王民強(qiáng)

上海建浩工程顧問有限公司 上海 200030

1 工程概況

上海國際乒乓球聯(lián)合會(huì)博物館和中國乒乓球博物館，位于上海市世博園文化博覽區(qū)15街坊16-06地塊。占地面積約5 000 m2，建筑面積為10 389 m2，建筑高度17.30 m（圖1）。主體結(jié)構(gòu)為鋼框架＋弧形鋼桁架。其中弧形鋼桁架質(zhì)量約250 t，長約65 m，高7.55 m，桁架底標(biāo)高＋9.60 m，由上弦、腹桿和下弦三部分組成，桁架上、下弦為雙排箱形鋼梁，斷面尺寸：上弦為800mm×600mm×14mm×32mm，下弦為700mm×600mm×18mm×35mm，豎腹桿為φ325mm×18mm（圖2）。

圖1 建筑效果圖

圖2 大跨度弧形鋼桁架示意

2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

1）弧形鋼桁架長約65 m，高7.5 m，質(zhì)量約250 t，長度大、斷面大、質(zhì)量大，要在水平風(fēng)荷載作用下，將其安裝到離地面近10 m高空，其技術(shù)難度是較大的。

2）鋼桁架弧形部分為懸挑結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)需設(shè)臨時(shí)支撐架，但支撐架受沉降、壓縮變形和鋼桁架焊接、吊裝變形影響，其位置的選擇和頂標(biāo)高的確定，以及支撐架支座和穩(wěn)定設(shè)計(jì)等難度均不小，同時(shí)支撐架安裝、頂緊和弧形鋼桁架段安裝完成后的卸載、拆除也是質(zhì)量要求高，技術(shù)難度較大的。

3）鋼桁架弧形部分共分3段，須在兩側(cè)直線段安裝之后進(jìn)行安裝，其最后一段需嵌入安裝，會(huì)受氣溫?zé)崦浝淇s、焊接變形和吊裝誤差影響，合理確定其長度和焊縫寬度的難度也較大。

4）弧形鋼桁架安裝時(shí)的臨時(shí)支撐架坐落在地下室頂板上，驗(yàn)算地下室頂板承載能力和設(shè)計(jì)加固措施也是有一定難度的。

5）鋼桁架上下弦箱梁厚35mm的鋼板焊接質(zhì)量要求高，操作難度較大。

6）在近10 m以上高空，對大跨度弧形鋼桁架的軸線、標(biāo)高和垂直度進(jìn)行測量控制，因受風(fēng)、陽光、焊接和吊裝變形影響大，測量精度難以保證。

7）因施工場地狹小，導(dǎo)致場內(nèi)運(yùn)輸、堆件困難，故對施工組織管理要求更高，工序搭接要求更嚴(yán)。

8）工期緊，質(zhì)量要求高。本工程質(zhì)量目標(biāo)：上海市優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)金鋼獎(jiǎng)、上海市白玉蘭獎(jiǎng)?；⌒武撹旒艿跹b計(jì)劃工期為30 d。

3 制作與安裝

3.1 選好合格承包商

工程質(zhì)量是靠承包商來組織工人做出來的，因此，選好合格的承包商是保證大跨度弧形鋼桁架制作、安裝質(zhì)量的前提。

本項(xiàng)目通過兩輪實(shí)地考察和面試等招標(biāo)活動(dòng)，選定了鋼結(jié)構(gòu)制造商。對施工單位推薦的鋼結(jié)構(gòu)制造商的資質(zhì)、規(guī)模、業(yè)績、信譽(yù)、制造設(shè)備與能力、內(nèi)部管理和質(zhì)量控制制度等方面進(jìn)行綜合評(píng)估后，選定了其中一家管理能力、制作能力均較好的鋼結(jié)構(gòu)制造商。

3.2 把好質(zhì)量關(guān)

在鋼桁架制作過程中即組織監(jiān)理和施工單位代表駐廠進(jìn)行質(zhì)量控制：審核、確認(rèn)制作方案和工藝卡；原材料抽檢取樣復(fù)驗(yàn)；平行檢測；構(gòu)件加工工序質(zhì)量驗(yàn)收；焊縫探傷檢查；防腐防銹處理質(zhì)量檢查；出產(chǎn)前小拼裝質(zhì)量檢查驗(yàn)收；裝車、運(yùn)輸、卸車、堆放質(zhì)量監(jiān)督等。

3.3 因地制宜編制吊裝方案

弧形鋼桁架吊裝方案一般可有3個(gè)：即整體吊裝、空中散件安裝和分段分單元吊裝。

第1個(gè)方案由于吊裝高度不太高、場地狹小、整體吊裝需大型吊裝機(jī)具，費(fèi)用較高，故未采用。

第2個(gè)方案因空中散件安裝工期長、場地有限，故也未采用。

第3個(gè)方案為分段分單元在工廠小拼，再運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行空中總裝，因其對工期、吊裝機(jī)具費(fèi)用和狹小場地等都較有利，所以本弧形鋼桁架采用此分段分單元吊裝方案。具體在工廠制作時(shí)就將弧形鋼桁架分成7段，每段又分為上弦、豎腹桿（圖3）和下弦3個(gè)單元，最大單元質(zhì)量為16.7 t。

圖3 豎腹桿結(jié)構(gòu)

3.4 合理確定吊裝程序

合理的吊裝程序?qū)τ诖_保吊裝質(zhì)量和工期至關(guān)重要。本弧形鋼桁架吊裝程序[1-3]為：加固地下室頂板→安裝臨時(shí)鋼支撐架→吊裝第1、2段下弦→吊裝第1、2段腹桿→吊裝第1、2段上弦→吊裝第3、4段下弦→吊裝第3、4段腹桿→吊裝第3、4段上弦→吊裝第5、6、7段下弦→吊裝第5、6、7段腹桿和連接鋼梁→吊裝第5、6、7段上弦→全面檢查、驗(yàn)收鋼桁架吊裝質(zhì)量合格→撤離千斤頂（卸載）和拆除臨時(shí)鋼支撐架→拆除地下室頂板加固鋼管支撐。

3.5 選定吊裝機(jī)具

因直接安裝在鋼立柱上的4段鋼桁架中最大單體質(zhì)量為9.9 t，吊裝半徑12 m，故選用QY70K-Ⅰ汽車吊機(jī)，其臂長32.15 m，起吊質(zhì)量12 t＞（9.9 t＋1 t吊鉤質(zhì)量＋0.1 t吊索質(zhì)量）=11 t，滿足起重需求。

懸挑部分的3段弧形鋼桁架中最大單體質(zhì)量為16.7 t，吊裝半徑12 m，故選用QY100K-Ⅰ汽車吊機(jī)，臂長41.63 m，起吊質(zhì)量19.2 t＞（16.7 t＋1 t吊鉤質(zhì)量＋0.1 t吊索質(zhì)量）=17.8 t，滿足起重需求。

鋼桁架分上弦、腹桿和下弦3個(gè)單元吊裝，采用4根等長吊索4點(diǎn)捆綁吊裝，吊點(diǎn)設(shè)在上、下弦長度的1/4處，因?yàn)樽畲髥卧|(zhì)量為16.7 t，所以選用了鋼絲繩的規(guī)格為6×19＋1-28mm。

3.6 仔細(xì)進(jìn)行工程測量，確保測量精度

本弧形鋼桁架測量控制因受空中風(fēng)力、日照和焊接變形等影響，難度較大，故我們采用了三級(jí)控制網(wǎng)。對平面控制網(wǎng)豎向傳遞采用了外控法，并在標(biāo)高＋9.6m處設(shè)置測量操作平臺(tái)，用全站儀或經(jīng)緯儀從平面控制網(wǎng)點(diǎn)引測控制平面軸線；標(biāo)高控制點(diǎn)使用水平儀引測標(biāo)高控制點(diǎn)；對鋼桁架下鋼柱的測量與校正主要是鋼柱底就位控制、柱頂標(biāo)高控制和柱身垂直度控制。其程序是柱底軸線位置校正→柱頂標(biāo)高校正→錯(cuò)口調(diào)整→垂直度校正，對鋼柱受日照和焊接變形影響則采取了預(yù)偏措施，以保證柱底中心與下節(jié)柱頂中心對齊。

柱頂標(biāo)高考慮鋼柱豎向壓縮變形和沉降影響，要比原設(shè)計(jì)增加8mm，并用全站儀或經(jīng)緯儀將鋼柱垂直度測量校正到符合規(guī)范要求。每段鋼桁架就位時(shí)需先測量校正其兩端標(biāo)高合格，其次測量校正其兩邊平整度合格，再用全站儀測量校正其縱向中心線合格。最后對測量成果實(shí)行了自檢→復(fù)檢→專檢驗(yàn)收“三檢”制度，使測量精度滿足設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范要求。

3.7 地下室頂板加固

由于3個(gè)臨時(shí)鋼支撐架均坐落在地下室頂板上，經(jīng)驗(yàn)算，其下方地下室頂板需加固，加固范圍比臨時(shí)支撐架底面4邊各擴(kuò)大2 m，加固底中心點(diǎn)需與臨時(shí)支撐架底面中心點(diǎn)重合。采用φ48mm×3mm鋼管作支撐桿件，主桿間距400mm×400mm，頂部采用可調(diào)托座＋100mm×100mm木方橫楞，水平桿步距900mm，下部掃地桿離地200mm，并按規(guī)范要求設(shè)置了垂直和水平剪刀撐。立桿頂部需用可調(diào)托座頂緊木方橫楞和地下室頂板。

3.8 安裝臨時(shí)鋼支撐架

由于地下室頂板表面不太平整，為使臨時(shí)鋼支撐架底面能全面接觸地下室頂板面，均勻傳力至地下室頂板和加固鋼管支撐，我們在臨時(shí)鋼支撐架底面下墊厚20mm鋼板，4邊各超出臨時(shí)鋼支撐架底面1 000mm，并在鋼板表面和臨時(shí)鋼支撐架四側(cè)面下部彈出十字墨線，將臨時(shí)鋼支撐架底面吊裝到位、校正，使4個(gè)側(cè)面十字墨線分別與鋼墊板上十字墨線重合，確保平面軸線位置正確，然后與鋼墊板焊牢。在校正其垂直度符合規(guī)范要求后，再用水平和斜向鋼管將其中部和頂部與鄰近鋼柱進(jìn)行固定以防止傾覆。最后通過調(diào)節(jié)支撐架頂端千斤頂，使支撐架頂端標(biāo)高符合預(yù)定要求（圖4）。

圖4 臨時(shí)支撐架安裝示意

4 質(zhì)量控制與安全卸載

1）安裝最后一段弧形鋼桁架時(shí)由于受到溫度變形、焊接變形和安裝誤差影響，所以在設(shè)計(jì)長度上需要調(diào)整。即在清晨日出前測量出末端鋼桁架在空中的實(shí)際需要尺寸，再加上兩端焊縫寬度，在工廠加工小拼末端弧形鋼桁架的下弦、腹桿和上弦3個(gè)單元，運(yùn)至現(xiàn)場，并要在上午10時(shí)前吊裝、就位、校正、焊接，完成安裝任務(wù)。

2）采取有效措施，確保厚鋼板焊接質(zhì)量。本弧形鋼桁架上下弦雙排箱梁系由鋼板拼焊而成，最厚鋼板為35mm。為保證該厚鋼板焊接質(zhì)量，我們組織工廠和現(xiàn)場進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，編制焊接工藝卡，培訓(xùn)焊工；控制焊接環(huán)境、風(fēng)速、溫度和濕度；進(jìn)行焊前預(yù)熱；分段、分層、間隔對稱施焊，監(jiān)控層間溫度，及時(shí)清除焊渣，最后做好焊后措施和焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)，從而確保了厚鋼板的焊接質(zhì)量。

3）安全卸載和拆除臨時(shí)支撐架以及地下室頂板加固的鋼管支撐。在弧形鋼桁架全部安裝完成并驗(yàn)收合格后，先進(jìn)行卸載，將3個(gè)臨時(shí)鋼支撐架頂部6個(gè)千斤頂同步微調(diào)下降，同時(shí)檢測弧形鋼桁架變形值，一旦出現(xiàn)變形值超標(biāo)立即停止作業(yè)查找原因，在采取有效措施后，方可繼續(xù)卸載。通過卸載平穩(wěn)轉(zhuǎn)移荷載且符合設(shè)計(jì)要求后，撤離千斤頂，再從上至下拆除臨時(shí)支撐架和地下室頂板加固鋼管支撐[4-7]。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目大跨度弧形鋼桁架安裝因地制宜，采用工廠小拼、現(xiàn)場空中總裝的安裝方法，即先吊裝兩側(cè)直段、后吊裝中間弧形段，再在懸臂弧形鋼桁架下采用臨時(shí)鋼支撐架支撐，頂端采用千斤頂調(diào)節(jié)標(biāo)高和卸載，下方地下室頂板采用鋼管支撐加固的方法，經(jīng)實(shí)踐取得了成功，較現(xiàn)場空中散裝和整體吊裝方案，不僅經(jīng)濟(jì)性和安全性好，工期也比計(jì)劃工期縮短1/3，質(zhì)量優(yōu)良，現(xiàn)已申報(bào)上海市“優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)”和“金鋼獎(jiǎng)”，且已通過了初審。