超大型異形鋼構設計與施工重難點分析研究

饒孟樹

（廣東順鐵控股有限公司）

1 工程概況

廣東某國際會展中心地上整體項目，總面積近乎達到15 萬㎡，是由商務中心、會議中心、展覽中心等組合為一體的功能場館，包含了會展、會議等功能，以及與之對應的配套設備。將被打造成順德的城市名片之一，提升順德形象。

圖1 國際會展中心效果圖

2 結構概況

本工程2 個標準展廳單館跨度最大標高21.43m，95.4m，其結構類型是下部屋蓋空間倒三角管桁架結構體系+鋼框架；結構形式為下部鋼框架+雙層網殼結構體系。本工程總用鋼量約1.6 萬噸，最大板厚50mm，最大矩形截面口800×1200×50×50，最大圓管截面P1000×40mm，最小圓管截面為P121×5mm，鋼材材質均為Q345B。

3 鋼結構難點分析及應對措施

3.1 鋼結構深化設計復雜

圖2 鋼結構總體構造

本標段工程包含9#、10#展館和中庭區域，其中，展館屋蓋采用大跨度空間倒三角管桁架結構，中庭采用雙層彎曲片狀管桁架結構，桁架跨度范圍為72m～84m，高度范圍為2m～6m。桁架桿件、節點類型復雜多樣且數量大，存在大量圓管相貫線焊接、片狀桁架彎管加工，同時需考慮與屋面專業、幕墻專業深化設計和現場施工的結合，整個鋼結構深化設計工作繁雜、量大。

3.2 構件加工難度大

⑴本工程鋼結構主要為鋼柱、鋼梁、屋蓋桁架，鋼結構用量約1.5 萬噸，加工周期僅為兩個月，材料采購及加工周期短，鋼構件種類多，部分截面鋼管難以采購；此設計要求桿件形成起拱狀態，但是桁架桿件多為很薄的板，極其容易形變，對構件的制作精度和運輸要求較高。

⑵中庭彎曲管桁架節點復雜，加工廠工藝要求高，焊接難度大，此外，其制作、安裝定位精度要求高。

3.3 鋼結構安裝精度控制難

⑴整體精度控制難

本工程天窗、屋面金屬板等結構安裝進度是以鋼結構整體精度控制為基礎，此鋼結構拼安裝節點數量較多，特別是在測量三維空間桁架空間結構吊裝時，較難控制。如果吊裝時產生較大的偏差，其他連接節點的尺寸就無法滿足，而需要重新設置，連接節點很難保證質量，嚴重影響施工進度。

⑵大跨桁架吊裝變形及整體穩定性難控制

大跨度超長空間桁架采取地面拼裝高空分段吊裝，尤其中庭大面積片狀雙曲桁架剛性較差，吊裝過程極易變形，另外大面積拱曲結構安裝過程極難保證整體穩定性。

3.4 現場拼裝施工難度大

⑴管桁架跨度重大、自重，構件制作和散件運輸存在一定變形，此拼裝的重點是對其整體尺寸的把控。

⑵下料加工切割構件的時候，往往會出現一定的偏差尺寸，再進行其他工序后，會使構件產生一些變形，產生誤差并不斷積累，會對我們后期拼裝產生不利的影響。

⑶此安裝結構的精度取決于地面是否平整，臨時胎架是否穩定。

⑷焊接施工難度大，現場拼裝焊接難度大，相貫線多、桿件夾角小，焊接量大。

3.5 卸載屋蓋結構難

卸載鋼結構即需要改變結構體系的受力，也要拆除臨時支撐。整個過程中，臨時的支撐力和鋼結構內部的桿件力都會發生變化，所以我們必須合理有序的卸載，才能保障結構的安全。本工程屋蓋管桁架面積較大，施工要求分區卸載，卸載點較多、面廣，分區整體同步卸載難控制。

4 應對措施

⑴鋼結構深化設計采用AutoCAD、XSteel 作為主要深化設計軟件，確保圖紙深化的合理性和經濟性。

⑵特派深化小組進駐設計院進行深化設計工作，加強深化設計過程中溝通，及時應對設計調整對深化設計的影響，減少溝通的時間，與設計調整同步。

⑶針對工期比較緊的特點，由深化設計管理組根據工期要求和施工部署，制定詳細的深化設計計劃，并定期召開各專業深化設計協調會。對于無法確定的節點部位，在深化工程中通過桿件分段、節點預留等方式處理，確保深化設計分階段部位及時出圖，確保鋼構件加工制作進度滿足安裝需要。

⑷對管桁架的加工流程：用CAD 軟件對其進行建模形成三維模型，將其轉換成DXF 文件，然后在導入到軟件WIN3D 中進行計算，得到了各種參數導入到PIPE-COAST 軟件中，采用切割鋼管相貫線最大直徑為800mm 的數控切割機切割并對其坡口進行加工。

⑸因為節點的定位控制非常復雜，采取預制構件的制作方法，然后運輸到現場，拼裝時必須按照實際的位置定位，保證其焊接的精準度。

⑹采用結構計算軟件進行屋蓋桁架吊裝變形以及屋蓋管桁架支撐、卸載穩定性分析，確保安裝過程中鋼結構整體穩定可控。

⑺管桁架的整體拼裝分為兩步：①先進行預拼裝，此操作在工廠完成，這個過程的重點在于需要仔細地檢查桿件的節點間焊接的間隙還有桁架的整體尺寸。②做好尺寸標記，使得現場安裝更便利。

⑻拼裝場地平整非常重要，必須先硬化整片，然后對支撐體系進行分析計算，使其穩定性和剛度得到保證，滿足要求。

5 結束語

本文以超大型鋼結構項目工程以異形空間結構為分析對象，運用AutoCAD、XSteel 軟件深化設計，建立三維線框模型；三維坐標測量定位，確保鋼構節點定位精度；采用結構計算軟件拼裝穩定性模擬分析；解決深化設計量大、構件加工問題、鋼結構安裝精度控制難、大跨度構件拼裝效果等工程施工難題，為以后類似工程積累了施工經驗。