吳 彪 向 前 唐 榮 鄧正寧 廖文濤

中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430040

隨著會(huì)展場(chǎng)館等高大空間建筑的迅速發(fā)展，建筑功能及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)愈發(fā)復(fù)雜，需要開(kāi)發(fā)出更加新穎的施工技術(shù)、安裝技術(shù)[1-2]。這類(lèi)建筑屋蓋附屬的機(jī)電管線及金屬屋面通常采用高空車(chē)或滿堂架安裝，存在施工作業(yè)面受限、材料運(yùn)輸困難、工人工效低、工期長(zhǎng)、成形質(zhì)量無(wú)保障、高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題，措施費(fèi)、勞動(dòng)力等施工成本增加。為了解決高大空間多專業(yè)施工組織不清晰、工序穿插不及時(shí)及平面布置協(xié)調(diào)難等問(wèn)題，本文依托珠海國(guó)際會(huì)展中心二期項(xiàng)目進(jìn)行了高大空間鋼屋蓋多專業(yè)一體化同步提升技術(shù)研究。

1 項(xiàng)目概況

珠海國(guó)際會(huì)展中心二期項(xiàng)目二標(biāo)段地處澳門(mén)與珠海交界的十字門(mén)CBD，集高端會(huì)展、會(huì)議及宴會(huì)功能為一體，是珠三角功能最完善、配套最齊全、設(shè)施最先進(jìn)的專業(yè)場(chǎng)館。展廳采用國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的上下2層72 m大跨鋼箱梁疊加布置，為典型的大跨重載結(jié)構(gòu)。

1.1 鋼結(jié)構(gòu)概況

項(xiàng)目展廳鋼結(jié)構(gòu)采用全球罕見(jiàn)的72 m大跨度薄腹板加勁大跨鋼箱梁上下2層疊加布置，鋼屋蓋面積7 776 m2，屋蓋共11榀鋼箱梁，最大梁截面3 800 mm×2 350 mm，單榀約270 t，總重約3 466 t。

1.2 機(jī)電安裝概況

鋼屋蓋全部采用鋼箱梁加小梁的形式。通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)主要包括空調(diào)水系統(tǒng)、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)；消防系統(tǒng)主要包括消防水系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)。鋼屋蓋下方共有風(fēng)管系統(tǒng)管線35條，共計(jì)1 750 m2，消防水管系統(tǒng)主管8條，共計(jì)545 m，機(jī)電管線位于鋼箱梁下弦次梁下方，最高安裝高度達(dá)37 m。

1.3 金屬屋面概況

金屬屋面位于鋼梁上方，為鋁錳鎂金屬屋面，主要提升內(nèi)容包括基層龍骨、壓型鋼板。鋼結(jié)構(gòu)在地面逐根拼裝完成后，進(jìn)行型鋼支架、金屬屋面基層龍骨及壓型鋼板的施工。金屬屋面隨鋼結(jié)構(gòu)同步提升的總面積約為5 186 m2。

2 高大空間鋼屋蓋多專業(yè)一體化同步提升技術(shù)

2.1 主要技術(shù)方法及工藝

鋼結(jié)構(gòu)在地面逐根拼裝完成后，進(jìn)行防火涂料、機(jī)電安裝消防管、型鋼支架、金屬屋面基層龍骨及壓型鋼板的施工。全部?jī)?nèi)容完成后，鋼屋面整體離地脫模100 mm，靜置12 h進(jìn)行全面檢查，待正常無(wú)誤后，繼續(xù)提升至離地面3.5 m標(biāo)高，懸停8 h，插入風(fēng)管安裝施工。各工序進(jìn)行分項(xiàng)工程驗(yàn)收并通過(guò)后，整體同步提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高。經(jīng)準(zhǔn)確定位后與柱頂鋼箱梁預(yù)留段進(jìn)行焊接，焊縫探傷檢測(cè)合格后，最終完成分級(jí)卸載工作，并完成管線軟連接安裝，如圖 1所示。

圖1 “兩懸停一就位”施工流程

2.2 鋼屋蓋體系智能化提升

為解決高大空間鋼屋蓋同步提升的難題，項(xiàng)目采用超大型液壓同步提升技術(shù)。通過(guò)利用提升設(shè)備以及計(jì)算機(jī)控制（圖2），結(jié)合液壓同步原理，將大型構(gòu)件提升到預(yù)定安裝位置，實(shí)現(xiàn)大噸位、大跨度、大面積的超大型構(gòu)件高空整體同步提升[3-4]。

圖2 計(jì)算機(jī)控制原理

提升前采用SAP2000和Midas軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行提升全階段分析，對(duì)施工全過(guò)程的不同階段進(jìn)行模擬分析驗(yàn)算；提升中結(jié)合TLJK-01型計(jì)算機(jī)變形監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)高頻調(diào)理模塊不斷采集綜合測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)變信息，在計(jì)算機(jī)端定期比較多點(diǎn)測(cè)量值誤差和安全值的偏差，并給出結(jié)構(gòu)件屬于正常、警告或報(bào)警的工作狀態(tài)提示，對(duì)全時(shí)段全過(guò)程鋼屋蓋、提升架及結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而確保提升過(guò)程安全可視化，實(shí)現(xiàn)安全快捷的整體提升。

3 鋼屋蓋＋機(jī)電＋金屬屋面多專業(yè)平面施工組織

大跨空間鋼結(jié)構(gòu)整體提升施工技術(shù)集合了機(jī)、電、液、計(jì)算機(jī)控制論等多學(xué)科高新技術(shù)于一體，結(jié)合現(xiàn)代施工工藝，實(shí)現(xiàn)超大、超重型構(gòu)件的大跨度、超高空整體提升[2]。本項(xiàng)目多專業(yè)一體化同步提升涉及鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電、金屬屋面三大專業(yè)同時(shí)在展廳區(qū)域施工，需對(duì)平面組織重點(diǎn)策劃及管理，合理規(guī)劃鋼構(gòu)件運(yùn)輸通道、吊車(chē)站位，各專業(yè)堆場(chǎng)，待提升區(qū)為鋼構(gòu)拼裝場(chǎng)地，剩余區(qū)為鋼構(gòu)、金屬屋面材料堆放場(chǎng)地及吊車(chē)作業(yè)區(qū)。

現(xiàn)場(chǎng)平面組織分為鋼梁拼裝階段平面布置及懸停階段平面布置：

1）拼裝階段平面布置：鋼梁拼裝、液壓提升裝置安裝、涂裝施工、機(jī)電后臺(tái)深化設(shè)計(jì)、支架及管線預(yù)制、消防管穿插施工、金屬屋面底板穿插施工等。此階段主展區(qū)主要用于鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)，其他堆場(chǎng)或加工區(qū)布置在展廳兩側(cè)。

2）懸停階段平面布置：風(fēng)管運(yùn)輸軌道鋪設(shè)、風(fēng)管安裝。此階段展區(qū)內(nèi)重點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)管安裝。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置“三區(qū)四通道四堆場(chǎng)”（2條車(chē)輛運(yùn)輸通道、2條行人通道、3個(gè)加工區(qū)，4個(gè)堆場(chǎng)區(qū)），如圖3、圖4所示。

圖3 鋼梁拼裝階段平面布置

圖4 鋼梁懸停階段平面布置

4 多專業(yè)一體化提升變形分析

4.1 整體提升模擬分析

展廳鋼梁采用一體化同步提升方法進(jìn)行安裝，在安裝過(guò)程中由于展廳鋼結(jié)構(gòu)跨度較大，結(jié)構(gòu)各提升點(diǎn)同步上升過(guò)程中存在一定程度的高度偏差。模擬計(jì)算時(shí)，以各提升點(diǎn)不同步位移最大誤差50 mm，同時(shí)保證不同步吊點(diǎn)提升荷載誤差在20%左右為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)結(jié)構(gòu)提升模型進(jìn)行不同步提升校核。提升工況下，荷載主要為構(gòu)件自重（未達(dá)到設(shè)計(jì)荷載），采用Midas Gen有限元分析模擬變形情況如圖5、圖6所示。

圖5 提升工況下結(jié)構(gòu)下?lián)?/p>

圖6 卸載工況下結(jié)構(gòu)下?lián)?/p>

由上述工況分析結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)整體提升時(shí)，結(jié)構(gòu)最大下?lián)蠟?1.8 mm，機(jī)電管線等其他變形按41.8 mm進(jìn)行控制。

實(shí)際提升工況分為100 mm脫模、提升2.0 m裝完風(fēng)管及卸載3個(gè)階段，荷載主要為構(gòu)件自重，經(jīng)此3階段后，實(shí)測(cè)變形情況如圖7所示。

圖7 不同工況下鋼箱梁撓度曲線

實(shí)測(cè)提升工況下，鋼箱梁提升過(guò)程中最大下?lián)献冃螢?1 mm，小于模擬變形41.1 mm；卸載時(shí)實(shí)測(cè)變形為44 mm，略大于模擬變形41.8 mm；變形均在可控范圍內(nèi)。

通過(guò)計(jì)算分析，可以得出以下結(jié)論：

1）大跨度鋼箱梁在拼裝安裝完成后，提升脫模100 mm，懸停12 h提前讓鋼梁在自重下進(jìn)行下?lián)献冃巍＝?jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，大跨度鋼箱梁最大下?lián)隙扰c計(jì)算模擬變形值基本一致，滿足大跨度鋼箱梁預(yù)起拱變形下?lián)现狄蟆?/p>

2）機(jī)電管線按提升工況下模擬值41.8 mm進(jìn)行控制，可滿足提升階段的實(shí)際變形要求。

4.2 機(jī)電管線變形分析

4.2.1 消防水管變形分析

采用Midas Gen有限元分析模擬計(jì)算消防水管隨鋼箱梁變形情況如圖8、圖9所示。

圖8 消防管應(yīng)力云圖

圖9 消防管位移曲線

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，節(jié)點(diǎn)間（消防管每6 m一節(jié)）最大位移相差為10.5 mm，消防管最大應(yīng)力30.5 MPa，小于Q235鋼材的屈服強(qiáng)度205 MPa。

針對(duì)消防水管的變形，做出如下控制措施：

1）根據(jù)鋼箱梁變形曲線在跨中設(shè)置可撓性金屬軟連接件點(diǎn)并在主管地面安裝時(shí)預(yù)留后裝。

2）在鋼箱梁提升就位、卸載完成后進(jìn)行可撓性金屬軟連接件安裝，并在金屬軟接頭的一側(cè)設(shè)置固定支架固定[3-4]，如圖10所示。

圖10 消防水管連接處安裝

4.2.2 風(fēng)管變形控制

根據(jù)GB 50243—2016《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》，明裝水平風(fēng)管安裝時(shí)，水平度的允許偏差為3‰，

總偏差不應(yīng)大于20 mm。本次吊裝的風(fēng)管最長(zhǎng)為24 m，經(jīng)計(jì)算總偏差為72 mm，大于20 mm，故按照不大于20 mm偏差控制。因風(fēng)管在鋼梁脫模并提升3.5 m后安裝，此時(shí)鋼梁已充分變形，風(fēng)管僅考慮自身變形即可。

深化設(shè)計(jì)時(shí)，展廳風(fēng)管由兩側(cè)功能房間向展廳送風(fēng)。為了減少單根風(fēng)管長(zhǎng)度，讓其長(zhǎng)度控制在24 m以內(nèi)，將風(fēng)管在鋼梁跨中斷開(kāi)，安裝時(shí)通過(guò)調(diào)整支架間距及支架水平度控制風(fēng)管變形。

4.3 金屬屋面形分析

采用Midas Gen有限元分析模擬計(jì)算金屬屋面隨鋼箱梁變形情況如圖11、圖12所示。

圖11 金屬屋面應(yīng)力云圖

圖12 金屬屋面位移圖

通過(guò)上述有限元分析結(jié)果可以得出：金屬屋面最大應(yīng)力6.3 MPa，小于Q250鋼材的屈服強(qiáng)度250 MPa，最大豎向位移發(fā)生在中間跨位置，為35.752 mm。

金屬屋面變形控制措施如下：

1）金屬屋面工序較多，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成施工，僅進(jìn)行底層鍍鋁鋅壓型鋼板提升；隔汽層、保溫層、面層檁條、鋁鎂錳面層等工序在提升完成后施工。

2）通過(guò)計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，提前在金屬屋面底板安裝時(shí)預(yù)起拱30 mm。

3）為適應(yīng)提升過(guò)程中主體鋼結(jié)構(gòu)變形，主檁條與主檁條之間采用套芯件連接，使2根檁條之間預(yù)留寬15～20 mm縫隙，自由伸縮，減少固接，降低對(duì)金屬屋面的影響，如圖13所示。

圖13 主檁條套芯件連接示意

5 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目創(chuàng)新運(yùn)用高大空間鋼屋蓋多專業(yè)一體化同步提升技術(shù)，解決了常規(guī)工程多專業(yè)深化設(shè)計(jì)不協(xié)同、專業(yè)施工難協(xié)調(diào)、資源組織滯后等問(wèn)題，大大降低了機(jī)電安裝、金屬屋面施工難度，實(shí)現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電工程、金屬屋面3個(gè)專業(yè)一體化提升、整體就位，達(dá)到了提高成形質(zhì)量、縮短工期、減少安全風(fēng)險(xiǎn)的目的。鋼屋蓋提升累計(jì)完成3 466 t鋼結(jié)構(gòu)、85 t管線、73 t金屬屋面提升，同常規(guī)施工組織相比，節(jié)省了工期約98 d，節(jié)約成本費(fèi)用約339.6萬(wàn)元。

通過(guò)對(duì)高大空間鋼屋蓋多專業(yè)一體化同步提升技術(shù)的研究和成功應(yīng)用，提升了高大空間會(huì)展場(chǎng)館類(lèi)項(xiàng)目精益建造的應(yīng)用能力，填補(bǔ)了高大空間鋼屋蓋體系下機(jī)電管線、金屬屋面地面安裝施工的空白，為國(guó)內(nèi)大型會(huì)展場(chǎng)館類(lèi)項(xiàng)目建造提供參考，推動(dòng)了行業(yè)內(nèi)的技術(shù)水平提升，具有良好的推廣應(yīng)用前景。