大型歌劇院下沉式舞臺鋼結構安裝技術方案探討

萬海山

（廣東省工業設備安裝有限公司，廣東廣州510000）

1 工程概述及鋼結構安裝技術介紹

嘉應歌劇院屬于乙等特大型劇院，此文化綜合體鋼結構吊裝施工工程位于廣東省梅州市。歌劇院為一座單體建筑，其主要功能是表演歌劇、話劇，并用于地下停車、演出培訓、文化展覽等。本歌劇院總建筑面積為41 256.79 m2，建筑高度為42 m；主舞臺為H型截面桁架結構（圓管吊掛結構），舞臺鋼結構重量約500 t。

1.1 數字化測量

全站儀自動化測量精度高，基于該技術對嘉應歌劇院鋼結構預埋件、預留安裝鋼結構位置坐標、角度、距離進行精準化測量，可通過計算機對歌劇院現場測量數據進行模擬處理或繪圖分析，省去了中間人工操作記錄，差錯率較低。

1.2 三維建模及工廠模塊化加工現場拼裝技術

基于全站儀數字化測量數據及鋼結構藍圖，使用Tekla Structures設計軟件可進一步對歌劇院鋼結構各構件及模型進行詳圖深化（圖1）。TS軟件具有3D實體結構模型分析、整合、細部設計等功能，其可用于鋼結構加工、現場半成品構件模塊化安裝等，有效提高了嘉應歌劇院鋼結構加工安裝效率，節省了安裝成本。

圖1 主舞臺鋼結構三維效果圖

1.3 履帶吊吊裝舞臺主桁架

嘉應歌劇院室內舞臺鋼結構吊裝共設兩個吊點，使用450 t履帶吊進行吊裝施工；舞臺鋼結構構件約500 t，450 t履帶吊整體吊裝單榀桁架，吊裝垂直距離最大可達42 m，最大水平吊裝半徑達56 m，單榀主桁架最大跨度24 m，最大吊裝重量20.5 t。采用450 t履帶吊整體吊裝主桁架，然后再分批分順序履帶吊其他舞臺構件。

1.4 整體式分段吊裝設備轉換層及馬道

舞臺室內設備格柵層及四層馬道鋼結構，采用東、西區分段吊裝整體卷揚機滑輪組提升，采用4臺葫蘆吊裝對主舞臺頂部設備格柵層進行分段式整體提升吊裝，各用2臺葫蘆吊裝整體吊裝4層舞臺馬道東、南、西、北四個區域的鋼結構。整體提升拼裝配合云梯、軟梯、掛籃、吊籃等安全措施，確保安全施工。

2 舞臺鋼結構吊裝施工特點及難點

2.1 施工特點

（1）嘉應歌劇院舞臺鋼結構主桁架單榀長24 m，重20.5 t，吊裝垂直距離最大可達42 m，最大水平吊裝半徑達56 m，吊裝舞臺鋼桁架存在距離遠、單榀吊裝重、吊裝高度高的特點，因此，現場鋼結構安裝施工風險大、難度高。

（2）本工程中的主、后舞臺室內結構總重約500 t，主舞臺臺倉標高為-19.5 m，主桁架頂標高為+31 m，垂直高度50.5 m，考慮施工成本未搭設滿堂紅腳手架，大部分凌空鋼結構安裝項目均無法使用大型吊裝機械設備，故施工條件極為惡劣。

（3）本建筑工程現場塔吊起重量無法滿足下沉式舞臺鋼結構構件吊裝要求，再加上土建現場施工環境制約，只能采用大型履帶吊車施工。

（4）在土建現場采用大型吊車進行鋼結構大型構件吊裝作業時，吊車進出場對現場路基、路面有較高要求。所以，在吊裝施工前需平整、加固及拓寬歌劇院吊機作業區域及行駛路徑，無形中增加了鋼結構吊裝難度及施工成本。

2.2 施工難點

嘉應歌劇院鋼結構吊裝工程施工受現場施工條件制約，由于建筑物下部的地下室、高達6 m的消防疏散通道及正門處設置的人行臺階通道等，汽車吊無法直接駛入場館內部展開作業；同時，舞臺鋼結構屬于反吊掛結構，未搭設滿堂紅腳手架，凈空垂直距離超過50 m，需通過跨外吊裝形式進行施工吊裝及拼裝。因此，室內下沉式舞臺鋼結構安裝難度大大增加。

3 下沉式舞臺鋼結構安裝施工方案

3.1 作業場地

本歌劇院下沉式舞臺鋼結構相關構件拼裝及堆放場地分別為“1#”“2#”“3#”，懸吊鋼結構施工的100 t履帶吊與450 t履帶吊作業區域重疊，并環繞嘉應歌劇院外圍整圈區域進行鋼結構吊裝施工[1]。

3.2 吊點分布

本歌劇院下沉式舞臺鋼結構吊裝作業按照“鋼桁架—鋼梁—吊柱—格柵層梁—交叉支撐、垂直支撐—鋼梁”的順序進行施工[2]。作業時，采用450 t履帶吊吊運500 t的鋼結構，共設兩個吊點。

3.3 主要施工安裝工作

3.3.1 前期準備

首先，在加工廠對鋼結構相關構件進行分段制作加工，運送至吊裝現場后，需對鋼構件進行分段組裝，使其連接為整體的吊裝結構。其次，結合此歌劇院下沉式舞臺特點及鋼結構吊裝方案、現場施工場地條件等，為了滿足現場安全、文明施工要求，要通過平臺放樣拼裝主舞臺鋼梁；此外，還要嚴格按照規范要求，檢查核實H型鋼的焊接實際偏差，進而對歌劇院下沉式舞臺鋼結構翼緣板、鋼梁扭曲度、彎曲度及外形尺寸等進行處理。

3.3.2 吊裝場地布設

本工程施工場地吊裝作業條件差，450 t履帶吊車吊裝作業時對路基承載力要求較高。因此，為了確保履帶吊吊裝作業安全，吊裝作業前，在吊車行進路徑及吊裝占位點鋪設路基箱板。

3.3.3 吊裝機械設備選擇

因現場吊裝作業條件受限，歌劇院室內下沉式舞臺鋼結構無法采用吊車作業。所以，只能于建筑外部采用大型履帶吊吊裝所有鋼構件。考慮到現場舞臺頂部、主舞臺處H型鋼桁架梁吊裝難度較大，故通過分析鋼構件重量、歌劇院下沉式舞臺鋼結構垂直高度、吊裝跨度等，確定了鋼構件的最終吊裝重量及吊裝距離，經過計算確定選用25 t汽車吊及100 t、450 t履帶吊作為主要吊裝機械。

3.3.4 吊裝過程中應注意的問題

在吊裝過程中，首先必須檢查吊裝環境，充分考慮各種危險源，做好安全保障工作。其次，要在桁架、梁、柱、底板面及相對應的混凝土梁面中，清楚標識軸線標高，然后對預埋螺栓位置進行校核。待一切準備就緒后，使鋼構件緩緩吊離地面10 cm進行試吊檢驗。完成后，使設備緩緩吊裝至承重鋼柱上，穩定后即可將吊索具解除，并進行安裝校核。在此環節，先調整標高，再對位移進行調整，直至垂直偏差調至最低。

吊裝時，要從靠近的第一榀鋼桁架梁開始，依次向遞進距離方向吊裝。第一榀吊裝后需臨時固定單榀鋼桁架，然后方可吊裝第二榀，就位后使兩榀間的垂直支撐、聯系鋼梁與前一榀連接形成穩固結構，依此方式循序漸進進行作業，直至吊裝完畢。

4 結語

綜上所述，大型歌劇院的下沉式舞臺鋼結構安裝技術風險大，作業難度高。此舞臺鋼結構需高空反吊掛安裝，作業環境惡劣，存在諸多不確定因子。為了減少鋼結構吊裝作業難度，降低施工風險，本工程在實施時，分別進行了動負荷、靜負荷及空負荷試驗，并對各項安全限位指示裝置進行調整，通過對鋼結構安裝作業方案進行實時監控，使現場鋼結構吊裝作業物體打擊風險、高空墜落風險、坍塌風險、觸電風險、火災風險降至最低，有效確保了歌劇院下沉式舞臺鋼結構安裝工作順利進行。