超長S形鋼結構施工技術劉愛東

苑志龍 陳佳偉

摘要：國家速滑館“冰絲帶”造型四周由幕墻系統完成，結構短軸方向176m，長軸方向240m，幕墻是由一塊塊被彎成不同曲度的玻璃拼裝而成。外圍由低到高盤旋而成自然流暢的橢圓形曲面。整個曲面幕墻“骨架”由160根S形鋼結構組成，單根S形鋼結構最長為32.7米，重約6噸，最短有16.1米。本文對超長S形鋼結構施工技術進行介紹，解決了在工作面上大量散拼焊接和精準定位問題。

關鍵詞：超長S形;鋼結構;施工技術

1 工程概況

國家速滑館“冰絲帶”整個曲面幕墻“骨架”由160根S形鋼結構組成，單根S形鋼結構最長為32.7米，重約6噸，最短有16.1米。幕墻結構由環桁架及幕墻拉索直接受力，幕墻網殼骨架由豎向箱型S形鋼結構、圓管水平梁、幕墻與主體結構連接牛腿及封邊梁等組成。主要材質為Q420C、Q345B、Q345C，幕墻網殼構件截面主要包括：

主梁：口340*150*12*16、口350*150*16*20;水平梁：P180*6;牛腿支座：矩形方通B180*150*8*8、B400*150*20*25、B250*150*12*16;橫梁：矩形方通B170*70*10*10;封邊梁：矩形方通B250*150*12*16、B350*150*12*16。

2 難點分析

2.1設計難度

本工程160根S型龍骨，由標高15.8m到32.3m漸變，每根S龍骨由半徑不同的分段圓弧與少量的直線段組合而成，同時龍骨固定在張拉的索結構上，因此，每根龍骨設計時需要充分考慮結構變形以及每段圓弧與相鄰圓弧的匹配度、如何吸收現場結構偏差等因素。

2.2加工及運輸難度

S龍骨每根弧度、半徑、整根長度均各異，每根龍骨截面350*150，材質Q420C，采購訂貨、加工難度很大，單根龍骨又分別由不同的弧度組成，長度在16.1-32.7m之間變化，對運輸造成困難。

2.3定位難度

因造型以及S鋼結構直接作為承接玻璃的外裝飾龍骨，對龍骨加工和安裝精度要求極高，須控制在5mm以內。同時需要安裝在索結構上，張拉完成的索結構自身也在隨時發生形變，對精度定位有巨大難度。索區域S鋼龍骨底部，中部，頂部的固定連接方式各不相同。

2.4吊裝難度

S形龍骨超長，安裝區域周邊分布著下沉庭院、風井洞口、車庫等，作業環境復雜。車庫頂板承載限制了吊車噸位，使得每根S龍骨的吊裝都需要精確的計算吊裝重量、吊點位置、吊車作業半徑、出桿角度。

2.5焊接要求高

S龍骨焊縫均要求1級焊縫、100%探傷。無論是出廠前的焊縫檢測、還是現場安裝的焊縫都必須確保焊接質量。同時焊接量也是巨大的，單根S龍骨累計焊接長度近30m，對焊接質量的控制、要求等都提出了嚴峻的考驗。

3 解決方案與實施

3.1 施工思路

根據工期要求及工程特點，將東立面幕墻網殼對半分為兩部分，分別為東1區和東2區，根據幕墻拉索施工順序確定S形鋼結構施工順序，總體上從曲面南北低處向東西高處安裝，最終在東立面中部（R18軸）合攏，并處理好與西側幕墻單位作業面分界線處的合攏問題。

3.2 解決方案

3.2.1 設計保證措施

①根據造型，結合玻璃加工廠最大加工彎曲半徑尺寸以及能消耗誤差節點構造，確定S龍骨弧度半徑控制在1500m以內，進而深化每根S龍骨的設計尺寸。

②以BIM三維模型為設計依據，將主體結構與索結構同步建模到S龍骨體系，進行空間比對，考慮碰撞問題，確保后期加工和安裝滿足誤差消耗能力。

③在施工中分次測量主體結構初步穩定及拉索初次張拉第一階段實際位置、結構鎖死及拉索張拉后第二階段實際位置、最終穩定狀態的第三階段實際位置，將測量數據帶入理論的BIM模型中進行比對，修正理論模型。

④在測量的過程中，基于實際測量的支撐，我們在第二階段測量模型比對后就做出了可以下發加工圖的判斷，為工程的進度有效的贏得了寶貴的工期時間;

3.2.2加工制作保證措施

①按照設計BIM模型將每根S龍骨單獨拆解成可加工的加工圖，具體需要將每根S龍骨分成12段直線段、10段不同半徑的弧線段;每段再由四塊不同尺寸、弧度的鋼板拼成箱型體，下單前反復校核加工尺寸圖紙。

②加工首段首樣驗收：嚴格按照圖紙加工出一段S龍骨，包括尺寸、焊縫高度、倒角、噴涂觀感、防火涂料厚度等項目進行驗收，確保工序無誤再進行批量加工。

③過程中管控：加工過程中，派專人駐場監造，項目部隨時過程中抽查，下沉到加工班組進行針對交底

3.2.3定位精度保證措施

①加工精度控制：加工時針對每一根中的每一段，每切割出來一段及時校核尺寸，一段拼接完成后，再次校核尺寸，控制整體誤差精度。

②施工過程中的定位控制：

安裝前：

進行多次測量安裝基礎，保證定位準確。

根據根據拉索中心數據分析偏差情況表：

經分析，發現索頭偏差在15mm以內的均可以通過轉動牛腿和旋轉索頭來消耗左右偏差。

安裝過程中：

每安裝一根，及時用全站儀對安裝位置進行定位、復測、校正;實測與理論模型對比，及時糾偏。

同時安裝順序按照對稱施工原則，即南北兩組同時往中間進行安裝;對于安裝完成的S龍骨為防止側向傾斜變形影響精度，首根S型龍骨吊裝時需采用剛性支撐增強其側向穩定性，采用圓管支撐作為臨時穩定措施，支撐錨固在首層懸挑樓板及主體環桁架上。每安裝三根S龍骨，即進行部分橫向龍骨的固定，以保證已安裝龍骨的豎向精度;

3.2.4 吊裝保證措施

①進場前準備：結合施工難點中的精度問題，如何保證起吊后能夠正常安裝成為項目的關鍵點，首先，我們將S型龍骨的安裝節點進行分析，部分采用預制，部分現場焊接。

②現場拼裝準備：S形鋼結構整體重量較大，長度較長，最長為32.7米，無法整體運輸，因此將箱型弧梁構件分為兩段、三段制作，運輸。到場后進行拼接，一段吊裝。現場配合使用50噸汽車吊，80噸汽車吊進行吊裝，高空作業車進行輔助固定。

③吊裝準備：本工程吊裝分下沉庭院處整段吊裝、超長段分段吊裝、常規段整段吊裝工況。

4 結束語

通過本項目超長S形鋼結構吊裝的實施，吊裝方法科學合理，達到質量目標，施工高效。為類似異形超長鋼結構施工提供實踐性依據。

參考文獻：

《鋼結構設計標準》GB50017-2017

《鋼結構焊接規范》GB50661-2011

《鋼結構工程施工規范》GB50755-2012

《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB50205-200