异型网架结构分次提升和拼装技术

张志宇　饶翔　樊警雷

1.工程概述

中国博览会会展综合体（以下简称国家会展）位于上海市青浦区，总建筑面积600000平米，钢结构总量30000吨。其主结构分为A、B、C、D四个场馆，与之对应的出入口分别为F1、F2、F3、G，结构布局如下图1.1所示。

G区为全展馆的主出入口，该区采用多柱点支撑焊接球三层网架结构形式。G区屋盖网架2/G-M轴至1/G-Q轴为正交正放四角锥，2/G-M轴至3/G-K轴为正交斜放四角锥，四周悬挑部分为三角锥。主要网格单元尺寸为3.15m×3.12m。网架长127.7m，宽47.1m～152.2m，建筑面积9170m2，顶标高范围+32.100m～+34.685m。G区网架立面图如图12所示，俯视图如图1-3所示。

2.施工方案

由于G区网架下部空间场地不足，G区网架采取在地面拼装成型后，而后再提升到结构标高的施工方法。将网架分为两个部分在+7.950m及+16.000m楼面同时进行拼装，其中+16.000m楼面中间空洞部分需搭接额外的钢支撑平台。+7.950m标高网架拼装完成后，提升至+16.000m标高，两块拼网架空中对拼施工，对拼完成后再次整体提升网架到结构标高位置。网架提升完成后嵌补柱顶杆件、卸载并拆除提升装置，网架施工完成。提升采用穿心式液压千斤顶，单个提升力为100t。选取32根柱子中的18根柱作为提升柱（第一次提升16根，第二次提升18根），每个提升柱设置2个千斤顶。网架施工，以及网架提升示意图如图2.1，图2-2所示。

3.工程难点

1.第一次仅提升+7.950m平台上的网架，质量分布很不均匀，提升过程中会发生较大大偏移。怎样定位+16.000m平台上对接处的杆件位置，保证下部网架在提升偏移后仍能准确对接。

2.两处网架对拼完成后，会导致整体网架的重心重分布，产生二次偏移，在提升至结构标高时，应对这样的位移变化在提升时做怎样的考虑使得结构准确到达安装位置。

3.根据《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010需要对提升过程中不同步的影响进行验算。

4.结构计算

本次提升荷载为930t，其中钢结构自重580t，附带屋面其他结构合计350t。工作风载按照8级风计算，场地类别B类，考虑X、Y方向风荷载对结构的影响。采用通用有限元软件SAP2000对结构进行分析。

4.1第一次提升计算

提升点编号以及计算模型如下图4.1.1、4.1.2所示。

只考虑结构自重的工况。此时结构所产生的位移为自重荷载条件下质心、形心不重合引起的偏移。取与+16.000m平台对拼处周边的47个特征点进行观察，具体的计算结果如下表4.1.1所示。

根据特征点所反映出的位移变化情况，可知在网架的拼接处发生了X、Y方向的偏移。X方向所产生的位移基本呈现正负对称的趋势范围在-1.0mm～+1.0mm之间，由于网架是沿Y轴对称的，重心在Y轴线上，因此X方向上的位移并非是结构重心、形心不重合引起的位移，属于结构在自身荷载作用下引起的变形。X方向位移变化在1mm以内，在具体施工中可以通过牵引及其他方式使得结构完成对拼。Y方向上产生的位移即为网架重心、形心不重合引起的位移。图中所示，Y向偏移值在6.5mm～8.5mm之间。此位移值超出了人工能够改变的位移范围，若强行改变易使结构产生初始缺陷，使其在拼接处产生初始应力，改变了初始结构的受力状态。施工过程中，考虑位移的变化对网架拼接的影响。在拼装网架定位+16.000m平台最内侧连接处的焊接球坐标时，统一向Y方向偏移7.5mm以消除第一次网架提升给网架对拼造成的影响，剩下的差值根据现场情况做适当措施完成拼接。

由《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010 6.7.3中规定当采用穿心式液压千斤顶时，相邻两个提升点的允许高差值，应为相邻点距离的1/400，且不应大于15mm；最高点与最低点允许高差值应为50mm。因此对结构的第一次提升的不同步荷载工况影响进行验算，由于提升时结构是按20%设计荷载每级分级加载，因此不同步荷载对结构的影响验算分为8个工况。其中TSD7在提升过程中受力最大，采用竖向位移增大25mm的加载形式代替力加载为工况6。以外TSD2～9、7个提升点均按荷载值增加20%计算不同步影响。经验算结构应力，工况6满足要求，其余工况引起的不同步位移结果如下表41.1所示。

由以上计算结果可知第一次网架提升在各不同步工况影响下，相邻两点的最大高差值为9.8mm<15mm，最高点最低点的高差值也同样满足规范要求。

4.2第二次提升计算

提升点编号，以及计算模型如图4.21、4.22所示。

两处平台的网架对拼完成之后提升网架至设计标高，即网架的第二次提升。此时两块网架已经形成了一个整体，相对第一次提升的网架，结构重心的位置又有了新的变化。整体结构会产生二次偏移，为了方便侧向位移的对比，对第一次选定的47个特征点的位移变化进行统计结果如下表4.2.1、4.22所示。

由图中数据可知网架整体拼装完成后X方向所产生的位移在-1.5mm～+1.5mm之间，与第一次提升相同此时X方向的位移是结构在自身荷载作用下引起的变形。Y方向上的位移在-3.0mm～0mm之间是结构的最终的位移偏差。结构的二次位移在X方向相对位移范围-20mm～+20mm，Y方向相对位移范围6.0mm～11.0mm，即结构在拼装过程中Y方向会发生较大的位移。考虑到网架是沿Y轴线对称的，因此X方向质量同时对称变化对Y方向的位移影响较小。因此在空间对拼施工过程中，采用由前向后的推进方式对拼两处的网架。遵循X方向杆件对拼完全沿Y轴线对称的原则两侧同时施工，最后拼接Y方向的杆件。以减缓对拼后网架发生二次位移的速度，能够使结构在误差允许的情况下完成空间对拼。施工结果表明按此顺序对拼网架能有效的降低对拼过程中网架移位所造成的影响。

同样根据规范要求，对网架的第二次提升进行不同步荷载工况验算。TSD1、7由于荷载最大，仍采用位移加载的方式代替力加载，位移增大仍为25mm。经验算工况1及工况7下结构应力满足要求，其余荷载工况引起的位移如下表4.21所示：

根据表中所列出的结果所示：网架的第二次提升过程中，不同步工况下相邻两点最大高差，最高点最低点高差值满足规范要求。

5.最终结果

国家会展中心G区网架在2014年10月s日完成整体提升，一共用时约20hi包括第一次提升时间在内）。提升过程中，提升支架、网架均未出现任何不利情况。提升完成后对提升点周边以及提升支架周边的焊缝、杆件进行检查，未发现异常情况。网架提升到位的误差均在结构允许范围之内。

本工程网架施工方案，着重考虑了异形网架的分块拼装定位、提升不同步的影响、异形网架重一形心不重合引起的位移变化，在施工过程中考虑上述因素影响，使得最后网架施工圆满完成。为今后类似的网架或桁架的施工提供了一定的参考和借鉴。