王小輝，范登超，斯志軍

(中冶(上海)鋼結構科技有限公司，上海 200941)

0 引言

隨著建筑市場的快速發(fā)展和人們審美觀點的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)代城市涌現(xiàn)出大量千姿百態(tài)的裝飾性造型建筑。此類建筑往往采用大跨度、高凈空、受力體系穩(wěn)定的鋼結構設計形式，為減少高空作業(yè)風險因素和吊裝次數(shù)，大多采用地面拼裝成單元模塊、整體吊裝的施工思路[1]。對于空間異形結構，由于其復雜多變的結構形式，拼裝的單元模塊形狀尺寸往往不規(guī)則，吊裝難度也越來越大。

1 工程概況

開封恒大童世界國際會議中心整體規(guī)劃取“北斗七星”之意，形似斗勺，采用“一主多輔”半包圍式布局模式。主體結構體系采用框架結構，外形為球形，外圍由裝飾性鋼結構花瓣包圍?；ò隇榭臻g異形雙曲圓管結構，由內(nèi)瓣、中瓣、外瓣構成。最大單體花瓣最高點標高為43.000m，管徑為1.4m，單片花瓣最大跨度約為58m。國際會議中心整體效果如圖1所示。

圖1 國際會議中心效果

2 工程特點及難點分析

1)花瓣主邊框和密肋為空間異形雙曲彎扭圓管構件，形狀為不規(guī)則的樣條曲線，且最大管徑為1.4m，吊裝難度大。

2)本工程為裝飾性鋼結構花瓣，結構外觀質(zhì)量要求較高，構件管口對接精度要求精確，吊裝時高空測量定位和校正難度大。

3)單片花瓣主邊框最大跨度約為58m，最高點標高約為43.000m，需合理劃分吊裝單元分段、確定吊裝順序，設置合理的構件吊點位置，嚴格控制構件吊裝過程中的變形。

3 吊裝技術

3.1 吊裝方案

根據(jù)花瓣結構形式和現(xiàn)場施工條件，主邊框在地面拼裝成分段單元模塊，采用三點吊裝；密肋為細長豎向構件，呈C形或S形曲線，在地面拼裝成整根構件，采用單點吊裝。

3.2 吊點設置

構件吊裝時，其重心位置關系到吊點設置。空間異形結構重心一般不在結構內(nèi)部，利用傳統(tǒng)經(jīng)驗很難確定重心位置。借助CAD繪圖軟件，建立吊裝單元模塊的三維實體模型，通過工具查詢質(zhì)量特性命令，查出單元模塊質(zhì)心坐標點，在所建立的三維實體模型中輸入質(zhì)心坐標，找到構件重心位置[2]，如圖2所示。確定吊裝單元模塊重心后，在其安裝姿態(tài)俯視圖狀態(tài)下，沿重心點垂直于桿件做剖切面，將該圓管剖切截面最高點設置為吊點，以構件重心為圓心畫圓，沿該圓與鋼管中心線2個交點的切線分別做鋼管剖切面，同樣將剖切面最高點設置為吊點，確保3個吊點分布在重心兩側(cè)，吊裝時有利于單元模塊平衡[3]。

圖2 單元模塊重心、吊點示意

密肋構件同樣通過先建立CAD三維實體模型，通過查詢質(zhì)心方式找出構件重心，在吊裝姿態(tài)下，沿重心做垂線，與密肋上口位置交點即為桿件吊點位置，如圖3所示。

圖3 密肋吊點示意

3.3 吊索具選擇

選擇吊索具的難點和重點為確定吊裝鋼絲繩長度，保證構件起吊后的姿態(tài)即為安裝姿態(tài)，且起重機鉤頭和構件重心在1條垂線上。在CAD三維模型中，吊裝單元模塊在吊裝姿態(tài)下，通過重心點畫1條垂直線，在此垂直線上設置1個滿足起吊高度的起重機鉤頭位置，以鉤頭位置為起點，分別與吊點連接畫直線段，同時要保證直線段與水平面夾角滿足吊裝要求，測量得出每條直線段長度，再減去所用卸扣尺寸即為鋼絲繩長度[4]，如圖4所示。根據(jù)吊裝單元模塊質(zhì)量及吊裝鋼絲繩夾角可計算得到每個吊耳和鋼絲繩分擔的力。依據(jù)GB 50017—2017《鋼結構設計標準》，根據(jù)該吊點受力選擇合適的吊耳尺寸，此外，需對吊耳抗拉、抗剪強度進行驗算。鋼絲繩和卸扣規(guī)格型號可根據(jù)其受力并查詢國家標準GB 8918—2006《重要用途鋼絲繩》、GB/T 25854—2010《一般起重用D形和弓形鍛造卸扣》來確定。

圖4 吊裝鋼絲繩長度示意

3.4 吊裝定位

花瓣主邊框吊裝單元模塊高空安裝時設置臨時支撐胎架，胎架支撐點與吊裝單元模塊重心盡量在1條直線上或在重心兩側(cè)，有利于構件整體穩(wěn)定[5]，如圖5所示。主邊框高空定位主要是控制構件管口中心點和胎架頂部支撐點坐標，來保證構件對接口精度和主邊框線形，胎架頂部需提前做好構件就位標高控制點[6]?；ò曛鬟吙虻跹b單元模塊采用三點吊裝，將其中2個吊點的鋼絲繩設置成倒鏈可調(diào)節(jié)形式，吊裝單元脫離地面拼裝胎架后，復核其尺寸，無誤后通過倒鏈調(diào)整其在吊裝姿態(tài)下兩端管口下口點的高低差，以確保在地面基本將吊裝單元調(diào)整到安裝姿態(tài)[7]，如圖6所示。構件高空就位后，采用全站儀測量管口中心點坐標，用于校正調(diào)整，如存在位置偏差，通過倒鏈進行細微調(diào)整，調(diào)整完成后，及時復測管口定位坐標，以確保后續(xù)安裝構件對接精度。

圖5 主邊框臨時支撐胎架示意

圖6 主邊框管口高低差示意

花瓣密肋為豎向安裝構件，上部與主邊框相貫連接，下部與預埋在混凝土中的平板埋件連接。密肋與主邊框相貫的定位點在主邊框加工制作時提前做出定位標識，如圖7所示。主邊框在地面拼裝時，再次復核密肋點定位標識，如有誤差，及時調(diào)整。密肋與平板埋件連接的定位點在其安裝前測出鋼管定位外形輪廓線，此時，密肋通過上、下2個定位點可進行初步吊裝就位。此外，在構件統(tǒng)一安裝標高處(如15m處)外側(cè)管壁做1個定位標識點，用來調(diào)整構件在空中的安裝姿態(tài)[8]，用全站儀測量該點坐標，通過拉設纜風繩調(diào)整，對密肋構件進行精確定位。

圖7 密肋安裝控制點示意

3.5 偏差分析

花瓣主邊框單元模塊高空定位和線形主要采用管口中心坐標點和臨時支撐胎架進行控制。構件高空定位完成后，采用全站儀測量管口外徑任意3個點位坐標和主邊框上預設密肋定位點坐標，用于主邊框?qū)庸芸诤途€形的偏差分析[9]，如圖8所示。將現(xiàn)場實測的坐標輸入至CAD三維模型中，即可分析得出構件安裝偏差，可進一步精確校正，同時也為密肋構件的安裝定位提供依據(jù)。密肋構件形狀為C形或 S形曲線，吊裝定位難度大。密肋構件在地面拼裝完成后，在桿件上選擇1個固定標高位置，畫出橫斷面線形，如圖9所示。密肋安裝定位完成后，采用全站儀測量桿件橫斷面線形上的任意3點坐標，將實測坐標輸入到CAD三維模型中，通過3點畫圓，將生成的圓與桿件原有的橫斷面線形對比，即可分析得出密肋構件定位偏差[10]。

圖8 主邊框管口偏差分析控制點示意

圖9 密肋構件偏差分析控制點示意

4 結語

借助CAD繪圖軟件，建立吊裝單元三維實體模型，通過查詢質(zhì)心，可方便、準確地獲得異形不規(guī)則構件重心位置，根據(jù)構件重心位置，準確確定構件合理吊點位置、吊裝鋼絲繩長度。構件高空定位時，通過布置臨時支撐胎架，控制胎架頂部支撐點和管口中心點坐標，很好地保證了構件安裝線形姿態(tài)和管口對接精度，現(xiàn)場施工效果良好。