裝配式鋼結(jié)構(gòu)在大跨度會展中心主體建設(shè)中的應(yīng)用

楚升升張明啟馬佳寬

1. 中冶（上海）鋼結(jié)構(gòu)科技有限公司 上海 201908；2. 青建集團股份公司 山東 青島 266011

1 工程概況

煙臺八角灣國際會展中心項目位于山東省煙臺市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，總建筑面積20.06萬 m2，其中地上15.08萬 m2，地下4.98萬 m2，整體式屋面猶如天邊自由的白云，悠然飄蕩，又如蔚藍(lán)大海上翻騰的波浪，氣勢磅礴。項目整體效果如圖1所示。

圖1 項目整體效果圖

該工程由會展中心、綜合文化活動中心組成，其中會展中心由A1/A3、A2/A4（地上2層）、B1～B3（單層）5個展廳及主登錄廳（地上3層）和次登錄廳組成，展廳的柱間跨度均為66.7 m（圖2），高度30～49 m。

圖2 屋蓋大桁架形式

鋼柱主要為焊接箱形鋼管混凝土柱，鋼梁主要為焊接H型鋼和部分箱形鋼梁，屋面為大跨度管桁架結(jié)構(gòu)，整個會展部分5個展廳用鋼量約4.5萬 t，材質(zhì)均為Q355B。

2 裝配式應(yīng)用

2.1裝配式節(jié)點應(yīng)用

本項目裝配式鋼結(jié)構(gòu)柱腳螺栓采用整體框架組合節(jié)點，施工前采用措施型鋼將柱腳螺栓組裝，安裝時直接將整體框架定位即可，如圖3所示。

圖3 柱腳螺栓框架組合節(jié)點

地下鋼柱與混凝土梁鋼筋通過連接板焊接，現(xiàn)場如圖4所示。

圖4 鋼柱與混凝土梁鋼筋連接板節(jié)點

屋面桁架桿件連接通過加大弦桿節(jié)點處截面進(jìn)行加工廠組裝焊接，如圖5所示。節(jié)點設(shè)計簡單，建筑裝配化程度高，方便現(xiàn)場施工，施工效率及安裝精度有明顯提高，安全可靠。

圖5 屋蓋桁架桿件連接節(jié)點

2.2樓板構(gòu)造

A展廳27.50 m樓層桁架位置樓板及其他框架樓層樓板采用鋼筋桁架樓承板（圖6），減少了現(xiàn)場鋼筋的工作量，受力分布合理，可縮短工期，提高樓板質(zhì)量。在A展廳雙排柱外側(cè)汽車行走區(qū)域采用預(yù)制鏤空地面（圖7），工廠化預(yù)制，外觀優(yōu)美、安裝工藝簡單、效率高、裝配程度高。

圖6 鋼筋桁架樓承板

圖7 預(yù)制鏤空地板

2.3大跨度桁架裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工

2.3.1 桁架拼裝

受運輸條件限制，將桁架分段進(jìn)行散件加工，保證桁架上下弦桿分段不超過17.5 m。為保證現(xiàn)場拼裝質(zhì)量，構(gòu)件在除銹前進(jìn)行桁架整體預(yù)拼裝，待構(gòu)件各個工序全部合格后出廠。A展廳絕對標(biāo)高27.50 m位置處的型鋼平面組合桁架（圖8），高3.5 m，最大跨度24.4 m。

圖8 A展廳型鋼平面組合桁架

對大于17.5 m的桁架進(jìn)行分段運輸，小于17.5 m的桁架整體在加工廠進(jìn)行組裝焊接，減少現(xiàn)場組裝工作量，縮短工期，提高裝配程度。

屋面桁架現(xiàn)場拼裝同工廠預(yù)拼裝均采用“臥拼”的方式（圖9），拼裝時上下弦桿根據(jù)圖紙和起拱值定位拼接，腹桿補檔。具體拼裝流程如下：測量放樣，布置拼裝胎架；弦桿分段上胎定位，腹桿連接；以此類推，最后一節(jié)腹桿上胎定位，拼裝完成后對拼裝單元進(jìn)行測量復(fù)核。

圖9 屋面主桁架整體拼裝

拼裝胎架由鋼凳、墊板以及千斤頂共同搭設(shè)而成。胎架立柱及橫梁采用HW200 mm×200 mm×8 mm×12 mm熱軋H型鋼，其他支撐均采用角鋼75 mm×6 mm，立柱高度為850 mm，橫梁長度根據(jù)拼裝構(gòu)件設(shè)置為800 mm，立柱相應(yīng)位置設(shè)置受力加勁板，立柱底部設(shè)置鋼板墊片。每個弦桿設(shè)置2個胎架，胎架間距隨弦桿確定，且不大于8 m。

2.3.2 屋面大跨度桁架裝配式鋼結(jié)構(gòu)安裝

本項目屋面主桁架采用大跨度無臨時支撐安裝整榀吊裝技術(shù)（圖10），吊耳設(shè)置于桁架上弦，1臺260 t履帶吊作為主吊機，采用四點吊吊裝，吊鉤一側(cè)的2個吊點用1根鋼絲繩串接起吊，另一側(cè)的2個吊點用另一根鋼絲繩串接起吊的方法，來解決各吊點的負(fù)荷分配問題。

圖10 大跨度無臨時支撐整榀桁架吊裝

桁架起吊前需要將桁架進(jìn)行翻身，兩側(cè)汽車吊與履帶吊同步起吊，桁架與水平面夾角由0°翻身至90°，夾角達(dá)到90°，為吊裝狀態(tài)，之后由履帶吊單獨緩慢起吊。當(dāng)桁架至安裝位置后進(jìn)行測量矯正，然后由專業(yè)焊工進(jìn)行焊接固定，最后安裝主桁架之間的連系桿，保證整體穩(wěn)定，使用全站儀對桁架進(jìn)行定期觀測。

整個過程施工前利用有限元軟件對桁架整榀安裝的各個階段進(jìn)行分析，并用動畫進(jìn)行模擬安裝，確保施工安全可靠，保證桁架安裝質(zhì)量。

相對分段安裝設(shè)置臨時支撐方案，大跨度的整榀桁架裝配式鋼結(jié)構(gòu)安裝僅用3個工作日就把一榀主桁架安裝就位，取消了支撐胎架的采購、運輸、組裝安裝等工序，大大縮短了工期，減少了高空工作量，也減少了場地的占用，使得金屬屋面、防腐防火、樓承板等工序可以提前插入進(jìn)行分跨施工，減少了交叉作業(yè)現(xiàn)象[1-2]。

2.3.3 屋面懸挑桁架單元化裝配式鋼結(jié)構(gòu)安裝

此項目屋面懸挑最大已達(dá)到26.7 m，為方便施工，提高施工效率，采用單元化吊裝（圖11）。

圖11 屋面懸挑桁架單元化安裝

首先在地面簡易胎架上進(jìn)行單元式拼裝。待單元拼裝完整后，整體進(jìn)行吊裝，在懸挑端部附近布置支撐胎架，保證結(jié)構(gòu)吊裝過程穩(wěn)定。

當(dāng)懸挑全部安裝完畢并焊縫檢測合格后，進(jìn)行胎架整體分級卸載，使用此方法，吊裝脫鉤時間短，提高了施工速度和裝配程度。

2.3.4 大跨度桁架裝配式鋼結(jié)構(gòu)安裝精度控制

1）加工階段控制。

① 構(gòu)件加工。在裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工過程中，要充分將BIM三維模型和圖紙結(jié)合，采用最優(yōu)的加工設(shè)備和加工工藝，選用經(jīng)驗豐富、能力較強的技師對復(fù)雜零件精準(zhǔn)加工。提前考慮人工誤差、焊接變形，選擇最佳組裝順序和焊接工藝，流水線加工，嚴(yán)格控制各工序質(zhì)量，保證構(gòu)件在零件組裝過程中尺寸、位置、角度在規(guī)范和設(shè)計要求范圍內(nèi)。

② 桁架拼裝。桁架的拼裝精度直接影響現(xiàn)場安裝的精度。在拼裝過程中，首先要結(jié)合設(shè)計圖紙，在拼裝臺上對構(gòu)件進(jìn)行放線測量，提前考慮設(shè)計起拱值，構(gòu)件定位后先進(jìn)行臨時固定，待校正合格后進(jìn)行焊接?，F(xiàn)場拼裝的桁架應(yīng)在加工廠進(jìn)行預(yù)拼裝，檢查桁架弦桿的弧度和牛腿的位置、尺寸、角度是否符合規(guī)范要求，減小螺栓孔距離偏差，避免構(gòu)件返廠。

2）安裝階段控制。通過有限元分析軟件對桁架吊裝和整體施工階段進(jìn)行分析驗算，根據(jù)本項目桁架及施工工藝特點，驗算得知，桁架在與水平面夾角為0°、30°、45°、60°時剛度較弱，為避免桁架變形，在桁架最外側(cè)2點以及中間2個吊點對應(yīng)的下弦桿各設(shè)置1個支撐點。翻身前在桁架上下弦桿上設(shè)置測量反射片，在桁架翻身結(jié)束后對反射片進(jìn)行全站儀打點，尺寸符合設(shè)計和規(guī)范要求后，由監(jiān)理檢驗后旁站吊裝。就位時首先采用全站儀校正，然后通過碼板臨時固定，全部焊接完成之后方可割除碼板，履帶吊松鉤。安裝結(jié)束后定期對桁架反射片坐標(biāo)進(jìn)行記錄，將實測值和BIM深化模型坐標(biāo)值進(jìn)行對比，總結(jié)原因，提出解決方案，提高大跨度桁架安裝合格率。

2.4防腐、防火構(gòu)造

鋼構(gòu)件在工廠做防腐前保證構(gòu)件表面無油、干燥，拋丸除銹達(dá)到Sa2.5級，根據(jù)室內(nèi)外構(gòu)件不同，工廠內(nèi)涂裝的底漆和中間漆厚度也不相同，防火涂料及面漆現(xiàn)場涂裝，通過防腐涂料對鋼構(gòu)件的保護(hù)，阻止了腐蝕介質(zhì)滲透，有效地保護(hù)鋼構(gòu)件。

本工程耐火等級為一級，鋼柱選用3.0 h非膨脹厚型防火涂料，屋面桁架、樓層桁架、懸挑桁架選用2.0 h膨脹型防火涂料，樓梯、馬道、欄桿等為1.5 h膨脹型防火涂料，可滿足鋼結(jié)構(gòu)防火要求。

3 結(jié)語

本文結(jié)合煙臺八角灣國際會展中心項目，對鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點、樓板構(gòu)造、大跨度桁架的拼裝和安裝、防腐及防火構(gòu)造進(jìn)行分析，重點突出大跨度桁架裝配式鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)，在施工過程中充分運用BIM技術(shù)對裝配式鋼結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)行提前策劃和過程中檢查，保證了大跨度裝配式鋼結(jié)構(gòu)安裝的可靠性，提高了大跨度桁架安裝的精度，體現(xiàn)了裝配式鋼結(jié)構(gòu)快、好、省的優(yōu)點。