張志平,汪 杰,王宜彬,崔瑞國,許本盈,賈紅學

(中國建筑第八工程局有限公司,上海 200122)

1 工程概況

1.1 項目概況

廣交會展館四期展館擴建工程是納入商務部和廣東省合作框架協(xié)議的重點工程,位于廣州市海珠區(qū)琶洲,總占地面積23萬m2,建筑面積約56萬m2,主要包含東、西2個地塊。其中,西地塊建筑面積46萬m2,包括展廳、會議中心、登錄廳、地下室及其他附屬設施。結(jié)構形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構+大跨度鋼結(jié)構屋蓋,項目整體效果如圖1所示。西地塊計劃于2022年10月15日完成工程實體建設并移交,于2022年秋季交會正式投入使用,絕對工期僅為644d,工期緊張。

圖1 廣交會展館四期展館擴建工程項目效果Fig.1 Effect of the Canton Fair Exhibition Hall phase IV exhibition hall expansion project

1.2 展廳屋蓋鋼結(jié)構概況

展廳區(qū)域平面上分為B,C,D,E 4個展廳,各展廳間設置獨立的屋蓋鋼結(jié)構。每個屋蓋平面尺寸約為128.3m(長)×92.1m(或93m)(寬),下方設置標高15.900m混凝土樓板。屋蓋采用帶預應力的倒三角形立體管桁架體系,基本參數(shù)為：主桁架最大跨度119.5m;桁架高度3～7.4m;每榀桁架間隔15m;桁架兩端與混凝土柱一側(cè)采用固定鉸支座,另一側(cè)采用單向滑動鉸支座(沿跨度方向);管桁架上、下弦桿規(guī)格為φ700×30;管桁架下弦桿內(nèi)設4束鋼絞線對稱布置,共68根(邊跨屋面懸挑較大的1榀桁架內(nèi)共84根);單根鋼絞線規(guī)格為1×19W-15.2-1860-YB/T081-2013,預張力5 050kN (邊跨屋面懸挑較大的1榀桁架內(nèi)鋼絞線預張力6 525kN); 斜腹桿采用高強鋼拉桿單向布置;單個展廳用鋼量 3 375t; 展廳屋蓋總用鋼量13 500t。展廳屋蓋及單個展廳屋蓋分別如圖2,3所示。

圖2 展廳屋蓋Fig.2 Roof of the exhibition hall

圖3 單個展廳屋蓋Fig.3 Roof of a single exhibition hall

1.3 展廳屋蓋鋼結(jié)構施工重難點分析

1)展廳屋蓋鋼結(jié)構安裝總量為13 500t,體量大,施工周期僅為4個月,時間緊、任務重。

2)展廳屋蓋鋼結(jié)構施工期間,其下部2層主體混凝土結(jié)構尚未完工,如何實現(xiàn)鋼結(jié)構和其他專業(yè)快速插入是難點。

3)展廳屋蓋鋼結(jié)構涉及大跨度桁架、預應力鋼絞線穿束、張拉及鋼拉桿施工,構件規(guī)格和數(shù)量多。

4)鋼結(jié)構施工高峰期,展廳屋蓋、卡車通道、珠江散步道及卡車坡道鋼結(jié)構同時進行施工,現(xiàn)場構件堆放體量大、種類多,對構件堆場及作業(yè)場地需求大。

2 展廳屋蓋鋼結(jié)構施工方案確定

1)方案1：散件發(fā)運、地面拼裝、高空吊裝 展廳屋蓋鋼結(jié)構待每個展廳2層混凝土樓板施工完成后搭設臨時回頂支撐,構件發(fā)運至現(xiàn)場后在混凝土樓板上進行桁架拼裝,然后進行大型機械分段整體吊裝,完成屋蓋鋼結(jié)構施工。

2)方案2：散件發(fā)運、地面拼裝、整體提升 展廳屋蓋鋼結(jié)構待每個展廳首層混凝土樓板施工完成后,發(fā)運至現(xiàn)場的構件在首層樓板上進行桁架原位拼裝,采用提升工藝完成屋蓋桁架整體安裝工作。

3)方案3：散件發(fā)運、高空固定胎架拼裝、分段滑移 展廳屋蓋鋼結(jié)構待每個展廳首層混凝土樓板施工完成后,在首層樓板上搭設高空拼裝平臺,在平臺上進行滑移單元(3榀桁架為1個滑移單元)拼裝,采用分段滑移施工工藝完成屋蓋桁架整體安裝工作。

4)方案4：散件發(fā)運、高空原位提升、分段滑移 展廳屋蓋鋼結(jié)構待每個展廳首層混凝土樓板施工完成后,在首層樓板上進行桁架原位拼裝,滑移單元(3榀桁架為1個滑移單元)在地面拼裝完成后原位提升至指定標高,然后采用分段滑移施工工藝完成屋蓋桁架整體安裝工作。

方案優(yōu)缺點對比如表1所示。

表1 方案優(yōu)缺點對比Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of the plans

綜合對比,展廳屋蓋大跨度桁架采用散件發(fā)運、高空固定胎架拼裝、分段滑移方案可減少對施工場地的需求,工期用時短、專業(yè)交叉少,同時可保證各專業(yè)同時施工,降本增效。

3 方案實施

3.1 整體思路

鑒于工期緊張,展廳120m跨倒三角預應力鋼屋蓋與其下部2層主體混凝土結(jié)構同步施工,創(chuàng)新提出超長大跨度鋼桁架分段等節(jié)奏滑移施工技術,即鋼屋蓋滑移安裝+展館兩側(cè)附屬混凝土結(jié)構先行施工,展廳屋蓋鋼結(jié)構提前插入安裝,各專業(yè)平面、立面穿插施工,實現(xiàn)全專業(yè)快速穿插。

鋼屋蓋施工方面,研發(fā)了基于裝配式、自穩(wěn)定高空平臺的大跨度鋼桁架拼裝技術,實現(xiàn)超長大跨度重型鋼桁架分單元快速拼裝;針對主體結(jié)構作為滑移支撐體系兩側(cè)異標高的特點,設計雙向滑移軌道,并研制滾針式滑靴及動力系統(tǒng),確?；瓢踩€(wěn)定;應用倒三角預應力鋼絞線快速穿束和張拉技術,解決了超長預應力筋穿束張拉與高空滑移技術難題。鋼桁架分段等節(jié)奏滑移如圖4所示。

圖4 鋼桁架分段等節(jié)奏滑移Fig.4 Segmented equal-rhythm sliding of steel trusses

鋼屋蓋整體施工流程：施工模擬→高空拼裝平臺搭設→滑移軌道連通及安裝→鋼桁架拼裝→滑靴及動力系統(tǒng)安裝→可拆卸式支撐及護欄安裝→等節(jié)奏滑移→卸載就位→健康監(jiān)測及檢查→完成滑移。

3.2 高空平臺施工工藝

研發(fā)裝配式可周轉(zhuǎn)格構柱群支撐體系,采用12排(東西向)×6列(南北向)布置方式,安裝72根格構柱用于高空平臺搭設,每根格構柱下方設置轉(zhuǎn)換梁,將荷載傳遞至混凝土結(jié)構,確保高空平臺安全。調(diào)節(jié)立柱位置設置200型貝雷架南北貫通,貝雷架上方鋪設H200×100×8×12型鋼作為平臺鋼梁,再鋪設花紋鋼板形成平臺。格構柱頂設置圓管支撐,作為拼裝桁架的胎架。高空拼裝平臺如圖5所示。

圖5 高空拼裝平臺三維模型Fig.5 3D model of high-altitude assembly platform

3.3 鋼桁架分單元分段快速拼裝技術

鋼桁架采取高空分單元拼裝,以3榀桁架為1個單元,每個單元分段安裝。在裝配式高空拼裝平臺上安裝可轉(zhuǎn)動式快速脫胎管桁架臨時支撐體系,整體平穩(wěn)、傳力可靠,如圖6所示。

圖6 可轉(zhuǎn)動式快速脫胎管桁架臨時支撐體系Fig.6 Rotary quick-release bed-jig tube truss temporary support system

將預應力倒三角鋼桁架分為8～10段,如圖7所示,利用塔式起重機與汽車式起重機配合,按照先拼裝下弦桿再拼裝上弦桿的順序,在高空拼裝平臺上利用可轉(zhuǎn)動式快速脫胎管桁架臨時支撐體系進行拼裝。鋼桁架拼裝完成后,胎架即可轉(zhuǎn)動放倒,實現(xiàn)鋼桁架快速脫胎。

圖7 鋼桁架分段Fig.7 Segment of steel truss

3.4 預應力鋼絞線施工工藝

3.5 超長大跨度鋼桁架滑移技術

3.5.1鋼結(jié)構滑移單元分區(qū)

每個展廳6榀桁架,每3榀桁架作為1個滑移單元,將展廳屋蓋劃分為8個滑移單元,每個滑移單元重1 560t,滑移單元分區(qū)如圖8所示。

圖8 滑移單元分區(qū)Fig.8 Partition of slip unit

3.5.2鋼結(jié)構滑移施工工藝

1)滑移軌道布置

鋼桁架南北兩側(cè)混凝土結(jié)構作為滑移支撐結(jié)構,因其設計標高不同,造成鋼桁架兩側(cè)不等高。為保證超長大跨度重型鋼桁架滑移安全平穩(wěn),每組設置為雙滑移軌道。同時由于相鄰展廳結(jié)構梁間不連續(xù),特在此處增設臨時鋼軌道梁,確?；七^程中傳力均勻?；栖壍廊鐖D9所示,展廳鋼滑移軌道梁如圖10所示。

圖9 滑移軌道鋪設示意Fig.9 Laying of sliding track

圖10 展廳間增設鋼軌道梁Fig.10 Steel sliding track beams added between exhibition halls

雙軌中心距400mm,2組軌道中心間距約120m,采用800mm×200mm×20mm鋼板和816錨筋間隔800mm預埋(見圖11),與混凝土軌道梁連接,預埋板與QU100軌道采用卡板焊接連接?；栖壍罍y量以軌道梁(混凝土梁)最高點進行找平。

圖11 軌道預埋件示意Fig.11 Track embedded parts

2)滑移動力系統(tǒng)安裝

滑移動力系統(tǒng)由滑靴與液壓頂推裝置組成,如圖12所示?；闈L針式滑靴,如圖13所示,是滑移軌道與桁架的連接構件,滑靴頂面與桁架通過支撐焊接,底面滾針直接與鋼軌頂面接觸。

圖12 滑移動力系統(tǒng)Fig.12 The sliding power system

圖13 滾針式滑靴示意Fig.13 The roller slippers

液壓頂推裝置為組合式結(jié)構,作為滑移驅(qū)動設備,一端以楔形夾塊與滑移軌道連接,另一端以鉸接點形式與滑靴連接,中間利用液壓油缸驅(qū)動爬行。當油缸伸出時,夾塊工作(夾緊),自動鎖緊滑移軌道;油缸縮回時,夾塊不工作(松開),與油缸同方向移動,如圖14所示。并根據(jù)鋼結(jié)構整體滑移變形及應力數(shù)據(jù)實時調(diào)整滑移動力。每個滑移單元每組滑移軌道上布置3個滑移支點,頂推設備布置在滑移支點上,每個支撐點布置1個滑靴,共6個滑靴。

圖14 滑靴頂推示意Fig.14 Pushing of the slippers

3)超長大跨度鋼桁架等節(jié)奏流水分段滑移

展廳鋼桁架等節(jié)奏滑移與其下部2層主體結(jié)構同步施工,相互穿插進行。按滑移順序和方向,依次流水施工,優(yōu)先施工滑移軌道區(qū)南、北兩側(cè)附屬結(jié)構。當南、北滑移軌道區(qū)混凝土結(jié)構及軌道連接鋼梁嵌補完成后,隨即安裝滑移軌道、滑靴及動力系統(tǒng)。此時根據(jù)桁架落位順序,同步逆序穿插施工2層展廳水平梁板結(jié)構,實現(xiàn)鋼屋蓋滑移安裝與混凝土結(jié)構同步等節(jié)奏流水施工,如圖15所示。

圖15 鋼桁架等節(jié)奏流水施工順序Fig.15 Construction sequence of steel truss equal-rhythm flow repetitive construction

列舉4個等節(jié)奏流水施工過程不同工況(見圖16)：①工況1 滑移單元1拼裝完成,準備滑移,北側(cè)滑移軌道區(qū)結(jié)構與2層展廳梁板結(jié)構同步施工;②工況2 滑移單元1滑移到位,拼裝滑移單元2,北側(cè)滑移軌道區(qū)結(jié)構與2層展廳梁板結(jié)構繼續(xù)施工;③工況3 北側(cè)滑移軌道區(qū)域結(jié)構施工完成,第1,2滑移單元臨時落位,拼裝滑移單元3,2層展廳梁板結(jié)構繼續(xù)施工;④工況4 滑移單元1下方2層展廳梁板結(jié)構完成,滑移單元1卸載落位,其余部位梁板結(jié)構繼續(xù)施工。

圖16 等節(jié)奏流水施工工況Fig.16 Conditions of equal-rhythm flow repetitive construction

3.5.3鋼桁架滑移智能施工監(jiān)測

全過程模擬分析鋼屋蓋滑移施工,經(jīng)過計算,確定鋼桁架結(jié)構應力應變監(jiān)測點最佳布設位置,配合合理的溫度、應力及位移監(jiān)測方法,構建大跨鋼桁架施工監(jiān)測模塊。

大跨度鋼桁架滑移是動態(tài)過程,滑移推力、環(huán)境荷載、軌道承載力、軌道平順性等因素對桁架滑移準確就位均有影響。因此在滑移前,對滑移階段結(jié)構關鍵構件應變、位移、構件變形及環(huán)境溫度進行實時監(jiān)測、分析與反饋。滑移施工過程中,通過實時在線監(jiān)測桁架應力、位移、振動變化,避免滑移過程中結(jié)構應力集中、局部變形過大、脫軌、失穩(wěn)及傾覆,保證滑移施工過程結(jié)構安全、穩(wěn)定及滑移同步性。

滑移時對控制點進行位移監(jiān)測,以防鋼構件在安裝或卸載過程中實際坐標與設計坐標出現(xiàn)較大偏差并對結(jié)構產(chǎn)生較大側(cè)向力。通過對比監(jiān)測值與初始值,得出結(jié)構在各卸載階段位移變化,如圖17所示。

圖17 同步滑移位移監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.17 Displacement monitoring data of synchronous sliding

3.6 鋼桁架滑移后的變形監(jiān)測與復核

滑移就位后,采用基于BIM的三維激光掃描技術,對大體積屋蓋鋼桁架桿件安裝偏差進行掃描,利用點云模型與原圖紙模型進行誤差對比分析,通過模型對比快速生成偏差,實現(xiàn)復雜鋼桁架快速復核。

4 結(jié)語

廣交會展館四期展館擴建工程展廳區(qū)域120m跨預應力倒三角管桁架鋼屋蓋通過應用一系列施工技術,在工程體量大、結(jié)構復雜、周邊和場內(nèi)環(huán)境復雜、工期異常緊張的條件下,實現(xiàn)鋼桁架屋蓋快速安裝,效益顯著。

1)工期效益 高空固定胎架拼裝+分段滑移施工方案相比常規(guī)地面拼裝+高空吊裝、地面拼裝+整體提升施工方案減少了施工場地的需求,加快了施工效率,降低了對其他專業(yè)的影響,縮短工期119d,為后續(xù)機電安裝,金屬屋面及室內(nèi)砌筑、裝修等作業(yè)的提早插入創(chuàng)造條件,有效推動了廣交會展館四期項目整體履約工作。

2)社會效益 組織各類大型觀摩16次,有效提高了項目整體知名度,廣交會展館四期展館擴建工程將在原廣交會展館的基礎上再次升級,新增的展館會議中心和指揮中心功能將大大提升。建成后的廣交會展館總建筑面積達168萬m2,成為全球最大的會展綜合體,為更多國內(nèi)外企業(yè)提供了走向世界的舞臺,為推動形成以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局做出了更大貢獻。