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1 工程概況

神農大劇院位于株洲神農城核心區(qū)西南角，鋼結構工程主要包括外殼鋼結構、劇場鋼結構2 部分。大劇院空間桁架外殼鋼結構采用空間空腹桁架結構體系，由控制基點沿徑向旋轉布置梁柱一體化變厚度平面空腹桁架，根據(jù)建筑分格沿環(huán)向布置一定數(shù)量的連續(xù)空腹桁架，與徑向桁架形成空間結構體系，形成建筑形態(tài)上的螺旋特征（圖1）。

圖1 神農大劇院鋼結構示意

外殼鋼結構東西方向長度達120 m、南北方向長220 m，單榀桁架最大跨度為120 m，最高點達86.3 m。鋼結構量約8 000 t。鋼外殼的支承結構采用桁架柱腳與下部混凝土結構+5.90 m標高柱頂連接，上部與壓力環(huán)連接。建筑外殼主體結構除在柱腳處與下部混凝土結構連接外，其余完全脫開。整個鋼外殼主結構共由60 榀徑向主桁架，14 榀環(huán)向管桁架、3 榀空間桁架以及壓力環(huán)、柱間支撐、屋面支撐、墻面抗風系統(tǒng)組成。其中主桁架采用變截面箱型桁架梁，環(huán)向梁采用鋼管桁架梁或鋼管梁，屋面支撐采用鋼管截面，墻面抗風柱采用箱型截面。

2 現(xiàn)場鋼結構施工

本工程鋼結構外殼采用分段吊裝，高空對接的方式進行安裝。安裝時使用2 臺D800塔吊進行大部分的徑向主桁架、環(huán)向桁架及裝飾桁架的吊裝。局部塔吊無法夠到的區(qū)域使用1 臺3 200 kN履帶吊和1 臺500 kN履帶吊進行安裝。桁架吊裝時，在桁架吊裝分段端頭下弦節(jié)點處設置臨時支撐架進行支撐。桁架安裝全部完成后再整體卸載，拆除支撐架。具體分為如下施工步驟。

2.1 大跨度桁架安裝分段

根據(jù)本工程鋼結構外殼的結構特點，從施工安全性、工作效率考慮，本工程鋼結構安裝主要采用地面拼裝、分段吊裝、高空組對的方式進行施工。

桁架的吊裝分段設計主要考慮幾點因素：滿足結構功能要求，分段點不能太多、位置應選擇在結構層次中受力較理想的位置，保證吊裝過程的安全和避免在支撐架卸載時出現(xiàn)承受最不利工況；盡量滿足現(xiàn)場吊機布置及吊機吊裝工況要求；分段點盡量選擇臨時支撐胎架便于安置的位置，同時，支撐架盡量設置在混凝土柱和混凝土梁上，減少對土建結構安全的影響，減少對看臺混凝土的加固處理[1,2]。代表性的桁架分段如圖2所示。

2.2 桁架拼裝

本工程的單層建筑面積大，桿構件種類、數(shù)量多，現(xiàn)場拼裝、焊接量大，工期非常緊，對施工的場地需求也非常大。為了更好、更快地完成拼裝工作，并保證拼裝精度和質量，采取了以下控制措施：

圖2 桁架安裝分段示意

構件進場時對構件幾何尺寸進行嚴格檢查，確保構件規(guī)格、尺寸誤差符合設計和規(guī)范要求；在地面拼裝時須放地樣，設置胎架，用全站儀控制拼裝定位精度，加強測量控制。制作胎具之前，用水平儀全面測量平臺基準面的水平并做好記錄，根據(jù)數(shù)據(jù)及實際情況，確定測量基準面的位置，并做好標志；組裝點焊定位后，先對構件進行幾何尺寸的檢查，確認后方可開始焊接，焊接要嚴格按焊接工藝要求進行。拼裝焊接完畢后進行檢查，并采用各類矯正措施，保證構件拼裝精度（圖3）。

2.3 臨時支撐胎架設置

本工程鋼結構單榀桁架最大跨度為120 m，地面拼裝完成后，高空組對安裝時，需在分段處搭設臨時支撐胎架。

根據(jù)方案設置要求和現(xiàn)有資源，本工程采用標準支撐胎架。標準支撐架由預先焊接好的4 片平面桁架組成，標準支撐架為組合式，現(xiàn)場安裝時主要采用螺栓連接，可以靈活進行組合，同時運輸方便，其組合尺寸（長×寬×高）為2.0 m×2.0 m×1.5 m、1.0 m×1.0 m×1.5 m，其中立柱和腹桿分別采用P89 mm×4 mm和P60 mm×3.4 mm的圓管，支撐架組裝高約50 m。單個支撐架可承重50 t，可組合成大小、高低不一的組合體，以適應不同的荷載和凈高要求（圖4）。

圖3 桁架現(xiàn)場拼裝

圖4 臨時支撐胎架設置

支撐胎架的上部及下部遇不規(guī)則接觸面時，使用工字鋼設置轉換胎架，以使傳力均勻，支撐架遇樓板時，上下點對點對頂，將上部荷載直接傳遞給基礎底板。支撐架搭設好后用纜風繩進行固定，纜風繩一端固定在已經穩(wěn)定的結構或預埋件的耳扣上，用手動葫蘆拉緊。

現(xiàn)場分段支撐點總數(shù)達344 個，支撐胎架搭設總高度逾13 000 m。平面布置如圖5所示。

紅色小球表示支撐架位置，其具體坐標已在深化設計中確認，并經設計方核算后實施。我們制定了臨時支撐胎架專項方案，明確所有支撐架安裝坐標點及安裝高度，并繪制施工圖，做好技術交底?，F(xiàn)場搭設時采用全站儀控制位置坐標。

2.4 壓力環(huán)安裝

壓力環(huán)是整個外殼鋼結構最重要的結構受力點，共有17 榀徑向桁架與之相連，其他徑向桁架則通過環(huán)向桁架與那17 榀徑向桁架連接，使外殼桁架結構形成一個整體。

壓力環(huán)作為桁架結構體系中最重要的節(jié)點，如果壓力環(huán)安裝誤差比較大，和徑向桁架拼接時就容易出現(xiàn)拼接焊縫過寬、受力不均勻甚至無法合攏等現(xiàn)象，將對結構整體受力情況和穩(wěn)定性帶來非常大的不利影響，因此安裝定位精確度要求非常高。

關于東陽市第三次土地調查工作的思考（陳玉雁等） .....................................................................................5-44

由于壓力環(huán)上下平面均為斜面，所以壓力環(huán)各不同位置標高也各不相同，而壓力環(huán)質量較大，且在高空當中，移動不便，要使壓力環(huán)的標高、整體垂直度、各軸線、點的位置等都達到設計和規(guī)范要求，安裝定位難度較大。

壓力環(huán)安裝前，首先在壓力環(huán)下部位置、觀眾廳上方搭設支撐架，由于單個支撐架截面面積較小，不足以提供壓力環(huán)安裝時所需的操作平臺，所以，支撐架搭設時使用3 組支撐架捆綁搭設進行支撐，支撐架頂部用工字鋼組拼成一個操作平臺。搭設完成后，用全站儀測量放線。根據(jù)壓力環(huán)對應的空間位置坐標，以及壓力環(huán)底面形狀和傾斜度，用工字鋼在支撐平臺上支設4 個支撐點，支撐點頂端位置分別為壓力環(huán)底面最高點、最低點和2 個中間點。這樣在壓力環(huán)吊裝時就可以更快、更精確地將壓力環(huán)的位置、方位、標高調整至正確位置。

壓力環(huán)整體呈圓環(huán)柱體，上下兩面為平行斜面，環(huán)內徑為1.2 m，外徑為2 m，內徑與外徑之間由加勁鋼板連接，環(huán)體總高度為3.011 m，傾斜面高差為0.428 m。外圓部分為一整塊鋼卷板加工制作而成，其余部分構件為鋼板拼接而成，所有鋼材材質均為Q345B，壓力環(huán)在工廠整體制作加工成型后運輸至現(xiàn)場，構件質量約為10 t（圖6），現(xiàn)場采用D800塔吊進行吊裝。

圖5 胎架支撐點平面布置示意

圖6 壓力環(huán)示意

2.5 結構測量控制

本工程部分桁架平面跨度大，在深化設計時需考慮安裝的下?lián)现?，計算出各個安裝控制節(jié)點的撓度，提前起拱。桁架安裝時，進行節(jié)點坐標轉換，利用全站儀進行桁架的測量定位，徑向桁架均組成吊裝單位進行整體定位，環(huán)向桁架盡量在地面拼裝好分段后整體吊裝，部分復雜節(jié)點處和現(xiàn)場條件不便利的地方采用單根吊裝，保證安裝時殼體結構的精度和穩(wěn)定性。

2.6 桁架結構整體卸載

在結構施工完成后，取消受力支撐胎架過程稱之為卸載，卸載過程中，結構由機構轉化成整體結構，結構內力分布會發(fā)生變化，為了保證此過程中結構平穩(wěn)受力，本工程進行了卸載模擬計算并制定了結構卸載專項方案。

2.6.1 卸載前準備工作

確認所有鋼結構桿件安裝完成，所有焊縫都滿焊焊接完成并經相關方檢測合格；每個支撐點位置已進行統(tǒng)一編號，并做記錄和交底；檢查每個支撐點支托支撐位置是否正確；對結構受力過程和位移進行驗算，將結果作為結構卸載的理論依據(jù)。本次卸載主要依據(jù)MIDAS/GEN得出的分析結果，與設計單位提供的理論驗算結果（采用sap2000V14.1軟件）基本一致（圖7、圖8）；全面檢查整個結構，并經總包、監(jiān)理、設計等相關單位驗收通過。

圖7 卸載前位移

圖8 完全卸載后應力

監(jiān)控節(jié)點的選?。焊鶕?jù)鋼結構節(jié)點坐標及卸載過程模擬驗算數(shù)據(jù)分析，我方與設計單位協(xié)商共同選取了共11 個測量監(jiān)控點，主要在應力集中或撓度較大位置，并保證覆蓋外殼各個方向。在各監(jiān)控節(jié)點上便于觀測的位置貼上反光棱鏡片，并將該位置作為測量點的原始坐標。棱鏡片設置牢固后，與桁架的相對位置已經固定，每步卸載后立即測量棱鏡片的坐標變化，前后對比即可得出桁架節(jié)點在卸載中的位移， 對于超出變形范圍的節(jié)點必須進行適當加固等處理。

測量數(shù)據(jù)信息處理：測量數(shù)據(jù)包括每個監(jiān)控點、每個卸載步驟的卸載前原坐標、卸載后新坐標、計算得出的理論坐標。在每步卸載實施前后，利用全站儀對卸載過程進行實時監(jiān)控，并對相應的測量數(shù)據(jù)如實計入。并在卸載完成后，定期實施測量復核。

經多次測量復核數(shù)據(jù)得出，本工程桁架卸載后各監(jiān)控節(jié)點位移均在模擬計算范圍內，符合相關要求。

2.6.3 卸載施工流程

本工程結構厚度較大，剛度好，根據(jù)試算結果，除局部位置外，完全卸載后變形不大；由于在施工時支撐了較多的支撐架，在保證施工安全的前提下，單個支撐點采用分級卸載，整體上分區(qū)域、分步卸載。據(jù)本工程鋼結構施工的特點，支撐點位置均設在徑向桁架節(jié)點處，支撐方式有2 種：

1）采用20#工字鋼制作成門式形式進行支撐，節(jié)點下部接觸工字鋼，通過工字鋼將力傳至下部的支撐架上。

2）將支撐架頂部工字鋼立桿接長，立桿直接作用于桁架支撐節(jié)點。

為實現(xiàn)節(jié)點的分級卸載，采用氣割方式進行卸載，即采用割刀切割支撐架桿件與桁架節(jié)點的連接部位，每次切割20 mm。在切割過程中，隨著鋼材的熔融，在鋼外殼桁架自重的作用下，徑向桁架將緩慢產生水平或向上、向下的位移，直至填補完鋼支撐被割除位置的空隙。位移過程中，桁架水平位移較小，工字鋼可以保持接觸，確保支撐受力[3-5]。

當桁架支撐點將與節(jié)點分離，此時可直接將支撐點割除；當節(jié)點產生向下的位移時，在切割過程中，節(jié)點將繼續(xù)與支撐點頂緊，此時必須嚴格按照20 mm一段進行切割，一直割至支撐點與徑向桁架脫離。

每一步卸載完成后對整個結構進行全面檢查、測量，沒有問題后可進入下一級卸載工作，按照以上步驟，直至卸載完成。

3 結語

通過對神農大劇院鋼網殼結構安裝技術的介紹，為類似工程施工提供了一個有益的參考。中部地區(qū)大跨度鋼結構應用較少，本工程順利完成的同時，在鋼結構設計、施工管理、監(jiān)督等崗位上鍛煉了一批人才，為中部地區(qū)大跨度鋼結構施工的發(fā)展作出了一份貢獻。