上海國際建設(shè)總承包有限公司 上海 200092

1 工程概況

背景工程的南北兩側(cè)結(jié)構(gòu)主要為由柱、梁組成的框架式結(jié)構(gòu)，中間部位為數(shù)榀長度為54 m的桁架，作為主要受力構(gòu)件。

本工程1層結(jié)構(gòu)面以上至屋面基本為全鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的南、北兩側(cè)為全鋼的框架柱、梁的核心筒結(jié)構(gòu)，作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的支承基礎(chǔ)體系，在框架結(jié)構(gòu)的縱向及橫向設(shè)置相互交接的豎向支撐，以增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的四向剛度。結(jié)構(gòu)的跨中為54 m的大跨度縱向桁架，根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力及使用要求，在相應(yīng)部位設(shè)置樓面桁架、屋面桁架，局部形成雙層桁架，縱向桁架支承于兩側(cè)的框架結(jié)構(gòu)（圖1）。

圖1 工程效果圖

本部分鋼結(jié)構(gòu)梁的主要形式為H型鋼梁，鋼梁有熱軋和焊接2種，其中熱軋鋼梁有11種組成，規(guī)格為306 mm×164 mm×5 mm×7.4 mm～1 500 mm×500 mm×25 mm×50 mm；鋼柱主要為箱形柱，截面尺寸有600 mm×600 mm、600 mm×900 mm以及900×900 mm三種，板厚30～80 mm，每根鋼柱以同截面延伸至上部。

2 施工部署

2.1 施工區(qū)域的劃分

本工程鋼結(jié)構(gòu)施工工作量大，工期緊迫，根據(jù)結(jié)構(gòu)分區(qū)及前道工序施工流水，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)，將工程劃分為2個(gè)區(qū)域同時(shí)進(jìn)行施工：第1施工區(qū)域（西區(qū)）為7軸～25軸，第2施工區(qū)域（東區(qū)）為25軸～43軸（圖2）。

圖2 施工區(qū)域劃分示意

2.2 各區(qū)域的總體流程

第1施工區(qū)域（西區(qū)）：由7軸向25軸流水施工。施工過程中先安裝桁架柱，再安裝南北兩側(cè)的鋼框架，最后安裝桁架梁。

第2施工區(qū)域（東區(qū)）：由25軸向43軸流水施工。施工過程中先安裝桁架柱，再安裝南北兩側(cè)的鋼框架，然后安裝桁架梁，最后安裝38～43軸跨中鋼框架及懸挑桁架。

3 主要施工技術(shù)

3.1 施工總體平面布置

本工程主體鋼結(jié)構(gòu)安裝分2個(gè)施工區(qū)域同步流水施工。

東區(qū)和西區(qū)分別選用2臺ZSL55145型（10 600 kN·m）行走式塔吊，布置于南北結(jié)構(gòu)兩側(cè)，北側(cè)塔吊中心距M軸9.85 m，南側(cè)塔吊中心距A軸10.3 m；場內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆费貒鷫Σ贾?，一圈貫通，外接大門1和大門3（圖3）。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)吊裝機(jī)械平面布置示意

同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場安裝機(jī)械開行路線，在其行走范圍內(nèi)布置行走道路，并進(jìn)行相關(guān)處理，以滿足吊機(jī)開行的地耐力要求。其中500 kN履帶吊和500 kN汽車吊要求開行道路地耐力為80 kPa，1 500 kN履帶吊和ZSL55145型行走式塔吊要求地耐力為120 kPa[1,2]。

3.2 機(jī)械的選用

從7～43軸共長324 m，安裝構(gòu)件較多，桁架柱和框架柱單根吊裝至安裝位置，桁架梁散件吊裝至現(xiàn)場拼裝成整體后提升，質(zhì)量較大，吊裝半徑又大，所以西區(qū)（7～25軸）與東區(qū)（25～43軸）分別選用2臺ZSL55145型行走式塔吊，并分別布置在南北兩側(cè)的基坑外，使吊裝區(qū)域可以覆蓋整個(gè)施工區(qū)域。另布置1臺KH700（1 500 kN）履帶吊、2臺QUY50A（500 kN）履帶吊、2臺500 kN汽車吊分別負(fù)責(zé)ZSL55145行走式塔吊的裝拆、地下室勁性柱的安裝，構(gòu)件駁運(yùn)以及地腳螺栓的安裝。

3.3 主要構(gòu)件分段

考慮到吊裝設(shè)備的性能，桁架柱地上部分沿高度方向分為4段單根吊裝，其中最大質(zhì)量約23 t；框架柱地上部分沿高度方向分為4段，其中最大質(zhì)量約9 t。

桁架梁按長度方向分成3段，按照從下至上的安裝順序在地面整榀拼裝，由ZSL55145型吊機(jī)從跨外散件吊裝，拼裝完后桁架的最大質(zhì)量160 t（圖4）。

圖4 主結(jié)構(gòu)分段示意

3.4 主要構(gòu)件施工工藝

3.4.1 地腳螺栓施工

本工程東、西區(qū)-6.40 m標(biāo)高的預(yù)埋螺栓組件分別采用1臺500 kN汽車吊跨外沿現(xiàn)有施工道路進(jìn)行吊裝，地下室螺栓吊裝流程按土建開挖部位相繼進(jìn)行。為了保證預(yù)埋螺桿的精度，在安裝過程中必須配套設(shè)置相應(yīng)的格構(gòu)柱、定位鋼板，地腳螺栓到位后，定位鋼板必須要與底板鋼筋等相連固定，以防止?jié)仓炷習(xí)r產(chǎn)生偏移。同時(shí)在螺桿上部螺段涂黃油、套PVC管，以防澆筑混凝土?xí)r損壞螺桿絲牙。

地下室地腳螺栓共計(jì)214件，基坑深淺不一，最大埋深達(dá)6 m，為了準(zhǔn)確安裝地腳螺栓組件，配套設(shè)置了1根格構(gòu)柱，在格構(gòu)柱四周設(shè)置75 mm×75 mm×6 mm的角鋼斜撐，防止在混凝土澆筑過程中的移位，格構(gòu)柱高度大于4 m的設(shè)置2道角鋼斜撐。并要與大底板上下皮鋼筋采用電焊進(jìn)行可靠焊接，減少由于混凝土澆筑及振動(dòng)產(chǎn)生的地腳螺栓的偏移。土建底板混凝土澆筑完畢后，再次針對每個(gè)地腳螺桿對應(yīng)軸線的位置進(jìn)行復(fù)核，對個(gè)別螺桿偏差大的，運(yùn)用現(xiàn)場實(shí)際尺寸單獨(dú)放樣并報(bào)加工廠制作（圖5）。

圖5 地腳螺栓加固示意

3.4.2 預(yù)埋螺桿的預(yù)應(yīng)力施工

1）預(yù)埋螺桿的預(yù)應(yīng)力張拉順序根據(jù)結(jié)構(gòu)兩端對稱、隔根張拉原則，盡可能使同批張拉錨拉桿中應(yīng)力相差不致過大，并考慮作業(yè)效率而確定。

2）本工程張拉施工操作順序?yàn)椋哄^頭清理→安裝工具連接螺母→安裝工具拉桿→安裝工具撐腳→安裝千斤頂→安裝工具螺母→按程序張拉、測量→卸荷錨固。

3.4.3 地下勁性結(jié)構(gòu)吊裝方法

本工程地下室勁性鋼柱共計(jì)214根，以25軸線為界，東區(qū)107根，西區(qū)107根，截面形式分別為箱型勁性柱及鋼管柱。考慮地下室采用QUY50A（500 kN）履帶吊下基坑吊裝，單件吊裝控制質(zhì)量12 t，分段長度為7.3 m。

進(jìn)行勁性柱吊裝之前，土建已完成混凝土底板的澆筑。QUY50A履帶吊由西區(qū)南側(cè)15軸處放坡開入基坑面，從西往東依次吊裝地下室鋼柱。

3.4.4 鋼柱吊裝方法

桁架柱控制吊重為190 kN，分段最大高度為10.95 m，結(jié)構(gòu)最大標(biāo)高42 m。桁架柱全部采用ZSL55145型行走式塔吊進(jìn)行分段安裝，ZSL55145型吊機(jī)的塔身高度為42 m，吊裝區(qū)域南北兩側(cè)ZSL55145型行走式塔吊完全覆蓋整個(gè)西區(qū)，最大單件構(gòu)件質(zhì)量19 t，可滿足施工需要。鋼柱吊裝采用二點(diǎn)就位、雙點(diǎn)吊裝，吊點(diǎn)位置在柱頂。

桁架柱按分段單根吊裝，待同一分段的2段構(gòu)件吊裝到位后，焊接補(bǔ)缺，使其形成一節(jié)桁架柱，再沿縱軸方向每側(cè)至少拉設(shè)2根纜風(fēng)繩保證其側(cè)向穩(wěn)定。

3.4.5 現(xiàn)場鋼架拼裝方法

1）主要施工方案：桁架的分段主要是由運(yùn)輸及吊裝質(zhì)量所決定，目前主要是以桿件形式進(jìn)行分段，最長約為20 m，質(zhì)量約15 t。整個(gè)桁架大體分為上弦3段、下弦3段及上下弦之間斜腹桿若干。由于桁架采取整體提升的方法進(jìn)行安裝，故鋼結(jié)構(gòu)散件需要在現(xiàn)場組拼成整體。根據(jù)現(xiàn)場情況，我們選擇原位立拼然后整體提升的方法。整個(gè)桁架采用立拼法的優(yōu)點(diǎn)在于避免桁架整體起扳，缺點(diǎn)在于拼裝時(shí)組裝精度較難控制（主要是平面的控制及拼裝幾何尺寸）。

2）拼裝場地：拼裝主要在1層樓面進(jìn)行，而1層樓面有承載力的限制（5 kN/m2），因此需要在拼裝時(shí)將桁架直接支承在立柱頂端上。由于采用原位拼裝，因此在對應(yīng)提升軸線下均需劃撥相應(yīng)的拼裝場地。

3）桁架立拼：利用跨外大型塔吊將下弦梁依次吊裝到位，采用鋼板調(diào)整到位后焊接成整體，之后將立桿、斜腹桿安裝到下弦桿上并焊接固定，最后將上弦桿安裝到位。桿件連接依靠定位板和螺栓，校正完成后再整體焊接。校正桁架的胎架共可使用11點(diǎn)，其中5個(gè)擱置點(diǎn)不能移動(dòng)，其余均可根據(jù)需要進(jìn)行臨時(shí)調(diào)整（圖6）。

3.4.6 鋼桁架加固方法

本工程桁架跨度大，片狀式桁架高度大而寬度窄，結(jié)構(gòu)形式限制了片狀式大跨度桁架整體拼裝后同步提升的條件。為了解決在單榀桁架提升過程中，桁架的上弦由于軸心受壓而產(chǎn)生的平面外失穩(wěn)，在片狀式大跨度鋼架的頂面設(shè)置裝拆式水平桁架，增加上弦寬度，以此增大桁架側(cè)向慣性矩，解決了單榀桁架提升平面外失穩(wěn)的難題（圖7）。

圖6 胎架剖面示意

圖7 鋼桁架頂面加固

3.5 鋼架提升方法

用塔吊將提升架安裝到柱頂相應(yīng)位置，安裝完成后進(jìn)行調(diào)試。在待安裝桁架上安裝連接臨時(shí)連桿，使桁架端部形成整體。提升點(diǎn)位于桁架上弦的下緣，深化設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行局部加強(qiáng)設(shè)計(jì)（包括臨時(shí)連接拉桿的設(shè)計(jì)）。托梁安裝完成后，即可進(jìn)行提升。要求在提升時(shí)同一側(cè)2個(gè)提升點(diǎn)的高差控制在10 mm之內(nèi)，兩側(cè)提升高差在50 mm之內(nèi)。由于本次提升不設(shè)嵌補(bǔ)段，采用斜斷面的形式，桿件上下自身斜50 mm。桁架成梯形切斷，桿件按高度從下至上兩端依次縮進(jìn)50 mm。為保證桁架在提升過程中順利通過每層的安裝節(jié)點(diǎn)區(qū)域，要求桁架在工廠加工時(shí)進(jìn)行預(yù)拼裝，加工廠應(yīng)統(tǒng)一公差值，確?，F(xiàn)場安裝尺寸更好地控制及實(shí)施。

雖然提升過程中間隙相對較大，但在過2層桁架時(shí)，仍需要人員作好監(jiān)護(hù)工作。提升過程中油管串通，保持千斤頂受力均勻，并做好同步工作。當(dāng)接近安裝位置時(shí)，4個(gè)提升點(diǎn)需要進(jìn)行微調(diào)作連接對位，因此各提升點(diǎn)的液壓提升器最好能切斷油路，以便分別動(dòng)作。對位完成后進(jìn)行斜斷面的焊接，焊接完成并檢驗(yàn)后，松掉千斤頂，進(jìn)行下榀桁架提升[3,4]（圖8）。

圖8 提升到位工況示意

4 結(jié)語

本工程作為世博會(huì)重要的會(huì)議、宣傳中心等綜合性場館，是世博會(huì)園區(qū)的核心建筑之一，是國內(nèi)外知名工程。其獨(dú)特的造型及新產(chǎn)品、新工藝的集中運(yùn)用，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)者新穎的設(shè)計(jì)理念，展示了上海建筑工程界鋼結(jié)構(gòu)施工的先進(jìn)技術(shù)和雄厚實(shí)力、擴(kuò)大了在上海乃至全世界建筑行業(yè)的影響，對提升企業(yè)施工品牌具有十分可觀的社會(huì)價(jià)值。