胡瑞靖，諶世榮

（中江國(guó)際集團(tuán)公司海外工程分公司，江蘇 南京 210008）

1 工程概況

埃塞爾比亞阿姆哈拉州議會(huì)中心建筑群項(xiàng)目位于埃塞爾比亞阿姆哈拉州巴哈達(dá)市青尼羅河畔。國(guó)際會(huì)議中心總建筑面約6 800 m2，半地下結(jié)構(gòu)形式，地上2層，屋面頂標(biāo)高為+16.50 m。鋼桁架支撐的橢球穹頂投影面積2 500 m2，其中長(zhǎng)軸67.20 m，短軸47.20 m。鋼桁架下部混凝土結(jié)構(gòu)由24根弧線形混凝土柱，由一寬0.25 m、高2.50 m的連系斜梁連接所有柱頂端，形成碗口狀的整體造型。由2榀三角主桁架，20榀單片次桁架組成的橢球面殼體屋面鋼桁架支撐于這24根弧形柱上。根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)情況施工條件，2榀主桁架采用高空散裝法，20榀次桁架采用跨外對(duì)稱吊裝法。該工程桁架平面布置圖如圖1所示。

2 鋼構(gòu)件的精細(xì)化預(yù)制作

圖1 桁架平面布置圖

橢球殼體屋面鋼桁架采用彎曲管桁架，其加工制作精度要求高。由于工程項(xiàng)目特殊，所處國(guó)家沒(méi)有符合要求的鋼結(jié)構(gòu)廠家，因此所有管件只能進(jìn)口，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接拼裝。2榀主桁架及20榀次桁架的全部管件必須按照設(shè)計(jì)圖要求進(jìn)行精確下料，成型，坡口切割。對(duì)于彎曲管桁架，上、下弦橢圓曲線成型準(zhǔn)確是保證橢球殼體屋面達(dá)到設(shè)計(jì)效果的關(guān)鍵。下料、切割的準(zhǔn)確是現(xiàn)場(chǎng)焊接、拼裝順利進(jìn)行的保證。特別是2榀主桁架采用高空散裝法，對(duì)此類(lèi)特殊造型鋼桁架的制作、加工，必須采用數(shù)控精密切割，精確成型技術(shù)。桁架上，下弦管件按設(shè)計(jì)圖精確下料、成型，管件坡口采用半自動(dòng)精密切割且下料后進(jìn)行二次矯平處理，并對(duì)所有管件根據(jù)桁架進(jìn)行編號(hào)。把好這第一道關(guān)的重要性在工程執(zhí)行過(guò)程中也得到充分的體現(xiàn)。不管是管件的長(zhǎng)度把控，曲線成型，破口切割都符合照設(shè)計(jì)圖紙要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊接、拼裝的質(zhì)量以及對(duì)進(jìn)度都起到了促進(jìn)作用。

3 次桁架的現(xiàn)場(chǎng)拼裝

20榀單片次桁架呈中心對(duì)稱輻射狀布置，因而每種同類(lèi)桁架只有四榀，總共分為5種規(guī)格，其管件的規(guī)格種類(lèi)繁多，選料配料必須準(zhǔn)確。次桁架平面圖見(jiàn)圖2。

圖2 單榀次桁架平面圖

這時(shí)，前期鋼構(gòu)件的精細(xì)化加工制作的優(yōu)越性開(kāi)始體現(xiàn)。雖然管件鋼材按大小分類(lèi)裝箱到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，但都對(duì)應(yīng)桁架有編號(hào)。在拼裝區(qū)放出大樣后，根據(jù)桁架編號(hào)，對(duì)應(yīng)選取上弦管件、下弦管件及腹管件進(jìn)行拼裝。拼裝結(jié)束后，按要求要對(duì)次桁架外形進(jìn)行復(fù)檢，發(fā)現(xiàn)超出允許范圍的尺寸偏差要及時(shí)進(jìn)行矯正。由于前期管件預(yù)制作的精細(xì)化加工，拼裝的所有桁架均按施工圖尺寸完成，各管件的相貫線均交匯于節(jié)點(diǎn)中心，尺寸誤差均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，并且完成時(shí)間比計(jì)劃工期提前10 d，加快了工程施工進(jìn)度。

4 主桁架定位和組裝

4.1 主桁架定位方案

由于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)條件限制，對(duì)于跨度67.20 m的長(zhǎng)軸及跨度47.20 m的短軸主桁架，只能進(jìn)行高空散裝法。主桁架平面圖見(jiàn)圖3。

圖3 長(zhǎng)短軸主桁架平面圖

為保證主桁架的順利組裝，在碗口狀區(qū)域內(nèi)搭設(shè)主桁架安裝胎架。這就到了鋼桁架施工最重要的環(huán)節(jié)：確保主桁架的就位準(zhǔn)確，既長(zhǎng)、短軸主桁架上弦管或下弦管同一高度上的四個(gè)管件中心點(diǎn)落在此高度上的設(shè)計(jì)橢圓方程上，并且主桁架截面為三角形桁架，這就要確保上、下弦管件的定位準(zhǔn)確。

首先是定位方案的確定。以確定下弦管件為例。在CAD圖形軟件同一視圖中打開(kāi)桁架平面布置圖、建筑長(zhǎng)軸剖面圖及建筑短軸剖面圖，并將兩剖面圖中心線分別與平面圖中心線對(duì)齊。根據(jù)設(shè)計(jì)，主桁架高2.50 m，上、下弦成橢圓曲線，其橢圓中心共于-8.00 m處，分別在兩剖面圖上以-8.00 m處公共橢圓圓心畫(huà)出主桁架下弦管件曲線所在橢圓。在建筑長(zhǎng)軸剖面圖中，以所畫(huà)橢圓中心為起點(diǎn)，沿長(zhǎng)軸以1.20 m為間距畫(huà)垂直于長(zhǎng)軸的構(gòu)造線①交于長(zhǎng)軸主桁架下弦及桁架平面布置圖的長(zhǎng)軸。過(guò)構(gòu)造線①與長(zhǎng)軸主桁架下弦焦點(diǎn)畫(huà)構(gòu)造線②垂直于構(gòu)造線①。將全部構(gòu)造線②復(fù)制，再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°命為構(gòu)造線③。根據(jù)同樣相對(duì)標(biāo)高布置于建筑短軸剖面，與短軸主桁架下弦相交。過(guò)構(gòu)造線③與短軸主桁架下弦交點(diǎn)畫(huà)構(gòu)造線④垂直于構(gòu)造線③交于桁架平面布置圖的短軸。最后，以桁架平面布置圖中心點(diǎn)為橢圓圓心，以構(gòu)造線①與桁架平面布置圖的長(zhǎng)軸的交點(diǎn)距中心距離為長(zhǎng)軸，以構(gòu)造線④與桁架平面布置圖的長(zhǎng)軸的交點(diǎn)距中心距離為短軸，畫(huà)出橢圓，即為長(zhǎng)軸主桁架與短軸主桁架下弦桿在同一相對(duì)標(biāo)高上四個(gè)中心點(diǎn)所在的橢圓。至此，就可以在地面層標(biāo)記出這些橢圓與主桁架平面布置圖長(zhǎng)、短軸的交點(diǎn)，這些點(diǎn)即為長(zhǎng)、短軸主桁架下弦水平位置控制數(shù)據(jù)，而高度控制數(shù)據(jù)分別是構(gòu)造線①與構(gòu)造線④分別交于長(zhǎng)、短軸主桁架下弦桿的相對(duì)標(biāo)高。定位方案示意圖見(jiàn)圖4。

4.2 主桁架組裝

圖4 主桁架下弦管件定位方案示意圖

定位方案確定后，就可以根據(jù)方案在地面標(biāo)記出控制點(diǎn)位，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行胎架搭設(shè)。根據(jù)定位方案得出的數(shù)據(jù)，設(shè)置支撐點(diǎn)。胎架必須有足夠的剛度及穩(wěn)定性，還要確保桁架支撐點(diǎn)的受力均勻。胎架完成后，對(duì)胎架進(jìn)行水平及垂直位置檢測(cè)，確保其精確度。下面進(jìn)行到主桁架的安裝：將長(zhǎng)軸主桁架中所有構(gòu)件按施工圖控制尺寸，按照定位方案在胎架上完成拼裝。拼裝過(guò)程中，確保各桿件的相貫線應(yīng)交匯于節(jié)點(diǎn)中心。這又顯示出鋼構(gòu)件精細(xì)化制作、加工的優(yōu)勢(shì)所在，拼裝完畢，其驗(yàn)收結(jié)果完全符合規(guī)范要求。

5 次桁架吊裝

次桁架采用支架法施工，即吊裝階段在殼體內(nèi)設(shè)置胎架支撐作為構(gòu)件空間定位的依托，并解決吊裝階段的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。胎架支撐在桁架安裝全部完成后，再卸載，拆除支撐。吊裝順序采用以短軸主桁架為中心，向長(zhǎng)軸兩邊對(duì)稱進(jìn)行吊裝。吊裝時(shí)，吊點(diǎn)必須設(shè)在桁架三匯交節(jié)點(diǎn)上。起吊時(shí)離地50 cm時(shí)暫停，檢查無(wú)誤后再繼續(xù)起吊。安裝第一榀次桁架時(shí)，吊裝到位后，在松開(kāi)吊鉤前進(jìn)行初步校正，底部對(duì)準(zhǔn)次桁架支座中心線或定位軸線就位，上部對(duì)接長(zhǎng)軸主桁架，調(diào)整其垂直度，并檢查桁架側(cè)向彎曲。各項(xiàng)檢查完成后，不要松鉤，與長(zhǎng)軸主桁架校正固定，跟著安裝部分檁條，與短軸主桁架固定。這樣，第一榀次桁架與主桁架形成一個(gè)具有空間剛度和穩(wěn)定的整體。接下來(lái)，以同樣的步驟吊裝剩余的次桁架。

在次桁架吊裝期間，應(yīng)建立對(duì)主、次桁架整體外形復(fù)測(cè)的監(jiān)測(cè)記錄。主桁架整體外形及整體標(biāo)高需定時(shí)定期復(fù)測(cè)，做好記錄，以確保整個(gè)殼體桁架安裝精度。在吊裝工程中，安排專(zhuān)人對(duì)胎架進(jìn)行跟蹤檢查，確保施工安全與吊裝準(zhǔn)確度。對(duì)胎架標(biāo)高進(jìn)行實(shí)時(shí)復(fù)查，避免由于胎架出現(xiàn)下沉、變形等問(wèn)題而造成桁架安裝錯(cuò)位的發(fā)生。

6 卸載

在鋼桁架全部安裝完成，所有連接節(jié)點(diǎn)及整體外形、標(biāo)高經(jīng)驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行卸載，卸載當(dāng)天的風(fēng)力不得大于4級(jí)。卸載應(yīng)依據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析、一切考慮結(jié)構(gòu)安全采取實(shí)時(shí)監(jiān)控的措施實(shí)行。卸載時(shí)，應(yīng)注意幾組支點(diǎn)同步對(duì)稱下降，在下降過(guò)程中，幅度不要過(guò)大，應(yīng)該是逐步按對(duì)稱分區(qū)分階段按比例下降，或者用每步不大于100 mm的等步下降法拆除支撐點(diǎn)。

卸載過(guò)程中應(yīng)有安全員和安全監(jiān)控員全過(guò)程監(jiān)測(cè)胎架，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)告。同時(shí)對(duì)鋼桁架控制點(diǎn)特別是主桁架的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄，最后與計(jì)算值進(jìn)行對(duì)照。

7 結(jié)語(yǔ)

鋼桁架要滿足橢球面殼體屋面的造型獨(dú)特、在加工，制作及安裝等各方面較高的技術(shù)與工藝要求。通過(guò)對(duì)此項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程的分析研究，總結(jié)出在橢圓殼體鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)施過(guò)程中要注意的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，以及橢球殼體屋面空間的定位方法。

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