李賀龍 馬得銀 王 輝 周 建 剡江偉

結構支撐體系是建筑工程結構的主要支撐系統(tǒng)，用于承受和傳遞結構的質量、外部荷載和內力，確保建筑結構的穩(wěn)定性和安全性[1]。目前，建筑物的功能逐漸多樣化，以休閑、娛樂和購物功能為核心的公共建筑，愈加注重公共空間的開闊性和建筑外觀的藝術性，因此衍生出不同的建筑形態(tài)及其結構支撐體系。其中，橢圓球體是劇院、體育館、圖書館、商業(yè)綜合體以及工業(yè)廠房等大型建筑較為常見的結構支撐體系。該體系的施工過程涉及諸多子工程，包括前期平面與高程控制、基坑工程、模板工程、混凝土工程以及支撐體系施工等。為提高施工質量，需要研究各環(huán)節(jié)的施工技術和施工要點。

1 橢圓球體結構支撐體系的優(yōu)勢和施工難點

在其他造型的結構支撐體系中，呈直線布置的地下連續(xù)墻會受到橫向的主動與被動土壓力。為了平衡力矩并約束墻體位移，必須將地下連續(xù)墻插入基坑底面以下的堅硬土壤中，插入深度由土壤性質及墻體支護方式確定，約為開挖后墻體露出土壤高度的0.3 ～0.6 倍[2]。然而，橢圓球體結構支撐體系不承受彎矩，地下連續(xù)墻僅受到周圍土壤產(chǎn)生的壓應力，無須插入基坑底面，也不需要設置水平方向支護，因此該體系在大型公共建筑中具有明顯優(yōu)勢。

橢圓球體結構支撐體系是大型公共建筑中常見的結構支撐體系，外形為橢圓球體，內部空間較大，在施工方面存在以下難點:

1）相較于常規(guī)結構支撐體系，該體系的建筑空間結構和跨度更大，存在空間定位難度大和平面與高程控制難度大等問題；

2）該體系的結構平面復雜，存在許多曲線墻體和多曲面弧形墻體，增加了施工難度[3]。

2 橢圓結構頂板的支撐架形式

橢圓結構頂板支撐架的立桿尺寸為Φ60 mm×3.2 mm 的鋼管，材質為Q355，步距為1500 mm 或1000 mm。橫桿為Φ48 mm×2.5 mm 的鋼管，材質為Q235，圓殼體中部的橫桿縱向間距為900 mm，橫向間距為600 mm，圓殼體兩端球體部分的橫桿縱向以及橫向間距均為600 mm。

立面斜桿采用Φ48 mm×2.5 mm的鋼管，材質為Q195。支模部位情況和參數(shù)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 支模部位情況表 單位/m

3 橢圓球體結構支撐體系的施工流程

橢圓構件的鋼板面施工是橢圓球體結構支撐體系的施工難點：橢圓構件眾多、類型各異，鋼筋混凝土結合鋼板面施工，鋼板面模板單件質量較大，焊接精度要求較高。橢圓球體結構支撐體系為盤扣式腳手架，結構整體為2 m 厚的頂板，給橢圓球體的定位放線帶來較大困難，具體為：

1）在施工前應做好定位放線工作，確保各橢圓構件的安裝點位。例如，對于橢圓球體的底部支座，應通過各種測量方法反復校核標高位置，確保符合設計要求。

2）橢圓構件應該按照先經(jīng)管后緯管的順序逐層安裝，采用基點生根法配合水準儀和經(jīng)緯儀逐一安裝經(jīng)管并調整垂直度，然后利用十字定位法精準定位橢圓球體的長軸和短軸，以點焊的方法焊接固定經(jīng)管對接節(jié)點。

3）在經(jīng)管之間穿插安裝緯管，利用連接卡環(huán)將緯管臨時固定在經(jīng)管上，利用水準儀和經(jīng)緯儀調整緯管的位置及標高，確保緯管安裝點位正確。安裝緯管同樣要遵循逐層安裝的順序，由頂部向底部逐層安裝和固定。

3）現(xiàn)場焊接橢圓球體結構支撐體系中的構件。由于考慮到體系中構件的焊縫眾多，并且焊接易導致構件變形，因此在焊接構件時應該采取防變形措施。例如，在現(xiàn)場焊接時應采用對稱焊接法，即在橢圓球體對稱的分區(qū)如東西分區(qū)或南北分區(qū)同時進行焊接工作，能夠抵消焊接產(chǎn)生的應力，從而有效控制支撐體系的變形。

4 橢圓球體結構支撐體系的主要施工技術

4.1 測量工程

橢圓球體結構支撐體系施工中涉及許多曲線墻體和多曲面弧形墻體，結構復雜，拼裝和焊接要求高，定位難度大，對施工現(xiàn)場的放樣測量精度提出了更高要求。

4.1.1 平面控制

平面控制是指在施工現(xiàn)場根據(jù)工程性質、場地大小和地形環(huán)境等，建立科學合理的平面控制網(wǎng)，目的是為施工放樣和平面測量提供依據(jù)。橢圓球體結構支撐體系施工的平面控制需要根據(jù)建筑設計方案的形狀和平面圖布設十字主控線，在十字主控線的基礎上加密，構建縱橫交錯的平面控制方格網(wǎng)。利用平面控制網(wǎng)和設計圖紙進行護坡樁與地下連續(xù)墻的現(xiàn)場定位和放樣，并構建施工現(xiàn)場的自定義坐標體系。

4.1.2 高程控制

高程控制是施工現(xiàn)場土方開挖和內部柱基礎施工等工程的重要施工技術。在施工前，需要根據(jù)施工現(xiàn)場的首級高程控制網(wǎng)向實際施工作業(yè)面導引標高，精準測量施工作業(yè)面的高程。在施工時，由結構作業(yè)面向各曲線墻體和多曲面弧形墻體作業(yè)面導引和傳遞標高，并通過控制網(wǎng)檢核各作業(yè)面的標高[4]。

4.2 基坑工程

基坑工程是橢圓球體結構支撐體系施工的基礎工程。相較于其他結構支撐體系，該體系跨度大、空間結構復雜且基坑深度較小，基坑要挖成鍋底形狀，同時做好軸線標高復核工作。

4.3 模板工程

4.3.1 曲線構件的主龍骨和次龍骨

橢圓球體結構支撐體系中包含曲線墻體和曲線樓板等曲線構件，不同的曲線構件需要采用不同的主龍骨和次龍骨。曲線墻體的主龍骨采用槽鋼彎曲成型，以鋼面板作為模板，為達到墻體的弧度要求，在相應位置加設不同厚度的楔形木墊塊。曲線墻體的施工必需充分考慮墻體的曲率和曲率半徑等參數(shù)，可以選用曲線半徑可調的鋼模板體系，以提高曲率半徑的可調節(jié)性[5]。

4.3.2 搭設安裝模板支撐體系

橢圓球體結構支撐體系的支撐架受力復雜，且頂板支撐設計難度較大，因此可以選用滿堂架作為橢圓球體屋面的支撐體系。搭設支撐體系的步驟為現(xiàn)場龍骨安裝、模板拼裝、鋼筋綁扎以及混凝土澆筑。

在安裝龍骨時，要先固定斜撐及緯度方向的主龍骨，再固定經(jīng)度方向的龍骨，最后調整龍骨的結構順序。龍骨安裝完成后，需要在龍骨結構內外拼裝模板。模板拼裝應分片進行，安裝前要在滿堂架上固定好模板圓心，以免在安裝過程中出現(xiàn)偏移。

此外，外模板支設時需要設置澆筑口和振搗口，便于澆筑填充混凝土，進而加固模板。架體搭設時，施工人員需要同步進行鋼筋綁扎和焊接作業(yè)，從底部自下而上澆筑自密實混凝土，完成模板支撐體系的搭設安裝[6]。

4.4 鋼管混凝土柱施工

鋼管混凝土柱是橢圓球體結構支撐體系的重要支柱，其施工過程存在諸多難點，例如鋼管樁無法統(tǒng)一放樣、吊裝精度要求高以及梁部分縱筋貫穿鋼管等。

在施工過程中需要分層安裝鋼管柱，根據(jù)施工圖紙組裝鋼管柱體以及連接管，并焊接內襯接口處。焊接完成后，在鋼管柱外圍包裹特定材質的保溫材料，一方面可以保護鋼管柱不受損壞，另一方面還可以提高混凝土的保溫性能。

此外，為了提高鋼管柱的安裝質量，可以采用方木柱箍固定鋼管柱，并用調節(jié)托局部調節(jié)鋼管柱的垂直度。針對鋼管柱吊裝的精度要求，在施工過程中可以利用全站儀、水準儀和實時動態(tài)全球定位（Global Positioning System-Real Time Kinematic，GPSRTK）技術等，包括精準定位和測定鋼管柱的三維坐標，從而為調整鋼管柱的垂直度和水平位置提供精準的定位數(shù)據(jù)[7]。

4.5 混凝土勁性柱施工

混凝土勁性柱是由型鋼外面包裹混凝土組成的結構，其質量和截面較大，會增加施工難度。同時，混凝土勁性柱內分布有密集的型鋼，箍筋工藝比較復雜，并且與其他結構構件存在大量交疊，增加了柱內型鋼處理的復雜程度。

在施工過程中，可以根據(jù)混凝土勁性柱的節(jié)數(shù)采用不同的施工技術。例如，對于第1 節(jié)混凝土勁性柱，可采用鋼板支墊在型鋼下部安裝和固定柱內型鋼，并利用螺栓局部微調型鋼的垂直度；對于第2 節(jié)及以上的混凝土勁性柱，可以采用大磁力線墜控制型鋼的垂直度，用螺栓固定型鋼并在十字形四角方位進行焊接。

針對混凝土勁性柱與其他結構構件相交的問題，可以采用焊接工藝降低鋼筋處理的復雜度。例如，當混凝土勁性柱的型鋼與梁的縱向鋼筋相交時，要保留梁的縱向鋼筋并將其焊接在柱內型鋼表面；當混凝土勁性柱的型鋼與梁的縱向鋼筋垂直時，可以在型鋼上開孔并嚴格控制孔徑的大小，確?？v向鋼筋能夠穿過型鋼，鋼筋穿過孔洞后要焊接封閉開孔處，從而避免混凝土勁性柱和梁縱向鋼筋的結構性能下降。

4.6 鋼拱梁和鋼環(huán)梁施工

4.6.1 鋼拱梁施工

鋼拱梁施工分可為地面拼裝和高空吊裝2 個步驟：

1）在地面拼裝時，首先利用全站儀和水準儀等標定鋼拱梁拼裝時的地面點位。

然后，在鋼拱梁運輸至施工現(xiàn)場后，利用胎架和前期標定的拼裝點位，以側臥的方式拼裝鋼拱梁。

其次，在正式焊接前利用水準儀對鋼拱梁進行找平，確保不同節(jié)的鋼拱梁位于同一水平面上。

最后，焊接鋼拱梁。采用立焊、平焊和仰焊的順序，能夠有效避免焊接時鋼拱梁的變形問題。

2）高空吊裝時，采用履帶式起重機將鋼拱梁提升至特定位置和高度，利用水準儀調控鋼拱梁的水平位置和垂直度，調整鋼拱梁的角度并與中心環(huán)焊接固定。

4.6.2 鋼環(huán)梁施工

鋼環(huán)梁為月牙彎型圓環(huán)管，在施工過程中存在定位難和安裝角度調控難等問題，因此在鋼環(huán)梁施工前，可以利用計算機軟件精準定位鋼環(huán)梁在鋼拱梁腹板上的具體位置，通過全站儀和水準儀在施工現(xiàn)場的鋼拱梁腹板上定位放樣。然后根據(jù)現(xiàn)場定位安裝鋼環(huán)梁，并利用手拉葫蘆等設施動態(tài)調節(jié)鋼環(huán)梁的安裝角度，根據(jù)施工方案調整鋼環(huán)梁與水平面的夾角，并在校核定位以及角度之后方可進行焊接固定。

5 結語

4.7 卸載中心環(huán)、鋼拱梁和球鉸支座

在所有焊縫測試完畢且合格后進行卸載，千斤頂?shù)捻斏叨戎恍枳屼摿好撾x墊鐵即可，具體步驟為：首先，卸載前要在米字形鋼拱梁接近中心環(huán)的位置和鋼拱梁中間位置貼上反光片，便于測量卸載前后的鋼結構架體，精準把握卸載后的變化。其次，在卸載中心環(huán)之前，要先拆除球鉸支座底部的限位固定板，并用全站儀觀測支座坐標的變化[8]。最后，拆除第2 d 開始卸載鋼拱梁的支撐架體并測量數(shù)據(jù)，應該先拆除支撐架體的對角位置再卸載中心環(huán)，在中心環(huán)下部的米字梁上放置千斤頂，在千斤頂頂部做好測量標高的標識點，抽取墊鐵卸載中心環(huán)，卸載后狀態(tài)如圖1 所示。

圖1 卸載后狀態(tài)（來源：網(wǎng)絡）

橢圓球體結構支撐體系是大型公共建筑中常見的結構支撐體系，其外形獨特，為橢圓球體，內部空間較大而且空曠，在施工方面存在跨度大、空間定位難度大、平面與高程控制難度大、結構平面復雜以及拼裝困難等一系列問題，這些問題都會影響施工質量。

在施工前應根據(jù)工程性質、場地大小和地形環(huán)境等，建立合理的平面控制網(wǎng)和首級高程控制網(wǎng)，為施工放樣和平面及高程測量提供依據(jù)。在施工期間，應該高度重視曲線模板的調節(jié)、鋼管混凝土柱的分層安裝及垂直度調節(jié)、混凝土勁性柱的內型鋼相交處理等，以便滿足施工技術標準，切實提高施工質量，保證結構支撐體系的穩(wěn)定性和安全性。