双曲异形钢结构网壳单元式拼装技术

刘文杰 张维杰 王赫临

摘要：青岛东方影都秀场项目前厅区域外立面结构为双曲异形钢结构飘带结构，且每根飘带柱曲率均不相同，像这种复杂的钢结构形式在国内钢结构行业应用极少。该建筑外立面为铝板加玻璃的形式，为保证外幕墙的艺术效果，铝板、玻璃与钢结构之间的间隙压缩到了极致，这就对钢结构的安装精度要求非常高。以后秀场前厅钢结构网壳安装为例，通过样板施工积累经验，总结出了双曲异形钢结构网壳单元式拼装施工技术。

关键词：空间双曲；网壳；单元式拼装

1工程概况

青岛东方影都秀场是继“汉秀”、“傣秀”之后万达集团投资建设的第三座大型室内舞台秀，秀场和大剧院以其“碧海银螺”的造型，双星闪耀，建成后将成为整个东方影都最璀璨的标志性建筑。

青岛东方影都秀场地下一层，地上四层，结构最高点标高39.700m。其前厅钢结构为曲面网壳结构，主要由空间弧形钢管柱、空间弧形箱梁、斜腹杆组成，见下图所示：

2网壳施工难点分析及解决措施

秀场前厅钢结构网壳总高度39.7米，中间没有着力点，上部与屋面钢结构桁架连接，其安装难度主要总结为以下几点：

（1）前厅为双曲面异形结构，受安装误差积累、温度变形、焊接变形等影响，安装精度控制难度非常大。

（2）前厅网壳为空间双曲异形结构，三维坐标定位困难，控制点选择必须准确。

（3）安装顺序、焊接顺序及卸载顺序对安装精度影响非常大。

（4）桁架结构需结合卸载工艺考虑预起拱。

（5）前厅有双曲异形飘带结构，吊装时在自重荷载作用下，易发生扭转变形。

（6）由于自身弧度影响，安装后，飘带结构在平面内及平面外均易发生失稳。安装时飘带结构的弯曲率及稳定性控制将直接影响安装质量。

针对上述问题，经过多次模拟以及样板段施工总结经验，最终总结出以下解决措施：

（1）采用高精度全站仪对单根构件实行多点三维坐标进行测量，调整节点使得节点三维坐标值与设计值吻合，达到对节点高精度控制的目标。

（2）对整个安装流程进行模拟计算分析，保证安装流程合理可行。

（3）前厅飘带出厂前整榀多片预拼装，同时将预拼装胎架坐标、胎架对应构件支撑点坐标、拼装世界坐标系交予现场，现场直接使用此坐标系进行拼装（即整体还原工厂预拼装成果）。拼装胎架控制点用样冲眼冲标在弦杆上，包含现场对接接口门点（最低点，最高点，两侧点，共四个点），样冲点用胶带贴住，然后再喷涂中间漆。

（4）焊接整体顺序随安装整体顺序进行，并遵循以下原则。

A、吊装单元成形，校正完成后进行焊接。

B、构件焊接按照先主后次的顺序进行焊接。

C、采用对称焊接。

（5）考虑焊接收缩变形的影响，提前预控（经验值）。

（6）对于前厅飘带结构，将飘带结构和次结构形成拼装单元，采用多吊点吊装；

（7）在容易失稳的吊装单元安装时设置临时支撑，保证结构稳定性。

3钢结构拼装

3.1拼装总体部署

前厅网壳总计约450t，是由单根飘带柱分段加工组装完毕送至现场，由现场进行拼接组装，拼装时高空对口位置的次要杆件不装焊，方便高空对接时调整。胎架形式与后场飘带柱相同。同时组装相邻轴线箱形梁，网壳共联结成13片单元吊装。网壳分片、拼装场地及胎架示意如下：

钢结构加工厂按照网壳单元分片示意图在加工厂进行吊装单元预拼装，预拼装时采用对网壳每个关键部位（主副管两端及弯点、爪键焊接点及端点），都进行全站仪打点放样。预拼装完毕无误，将本批构件、预拼装控制点坐标图、拼装胎架坐标、胎架对应构件支撑点坐标、拼装世界坐标系交予现场，保证现场完美复原工厂预拼装成果。胎架制作图如图3.2、图3.3。

4钢结构安装

网壳安装过程中需要设置临时支撑点，支撑点使用型钢制作，在钢结构三维模型当中设计出胎架形式并经过计算，最终形成施工图纸指导现场施工。

4.1胎架布置

前厅网壳及雨棚吊装，共设置12组临时支撑门式胎架。每个门式支撑胎架由两个格构式胎架组成，上部转换梁上应设置临时管托支撑弧形桁架管，将网壳的水平推力转换为竖向力，下部设置型钢底座，通过膨胀螺丝与地面固定。若胎架基础为回填土或级配石，则采用路基箱。格构式支撑胎架按高度分为三类，每类的高度依次是14.8m，18.3m，21.8m，每个胎架上设置1～3个支撑点。胎架编号与支撑点编号的对应关系如下：

胎架一：支撑点1，2；胎架二：支撑点3，4，5；胎架三：支撑点6；胎架四：支撑点7；胎架五：支撑点8；胎架六：支撑点9；胎架七：支撑点10；胎架八：支撑点11；胎架九：支撑点12；胎架十：支撑点13；胎架十一：支撑点14；胎架十二：支撑点15。支撑点位置及编号如下图所示：

4.2安装顺序

整个前厅共分为13个吊装单元，按照编号顺序依次吊装1～13#吊装单元。为保证施工精度控制，采用先门洞后两边、先下部再上部、先右再左的吊装方案。

4.3吊装注意事项

（1）网壳安装前，使用全站仪校核各控制点坐标，CAD实体模型中比对，如有误差调整完毕后再吊装。

（2）网壳安装前，复核胎架标高及位置，如有变动或沉降，调整完毕后吊装。

（3）成片网壳原则上采取4点吊装，用钢丝绳捆绑于主管与环梁交汇处，上部使用2根主钢丝绳，每侧采用两根辅助钢丝绳，采用葫芦调节网壳就位姿态，钢丝绳长度通过模型重心放样得到。

（4）钢丝绳、绑扎带、葫芦规格通过重量计算选用。

（5）每安装一片网壳，及时进行钢环梁的安装，保证钢结构网壳的整体性。安装前提前打点或放線核对箱梁长度及安装错口。

（6）网壳安装完毕，应力充分释放后进行胎架卸载。

4.4胎架卸载

（1）网壳全部安装及释荷完毕，进行胎架卸载。胎架卸载采取分级分段卸载。

（2）胎架顶部采取H型钢立柱支撑主结构，分5次切割卸载，每次切除10mm，使结构均匀缓慢沉降，保证结构不出现沉降突变和异向变形。

（3）每次切割留结构充分变形及观测时间。

（4）卸载完成后继续观测，确保结构安全无多余变形。

5安装质量可控制措施

5.1拼装精度控制措施

为保证现场拼装精度，具体措施如下：

（1）胎架下部地面必须平整压实并铺设路基箱，胎架底部用焊接与路基箱牢固连接，制作后进行检验，胎架必须满足强度和安全要求；

（2）做好胎架安装前、安装中和安裝后的测量放线以及复测工作；

（3）在胎架上作构件的基准线和中心线，装配必要的定位支撑。然后将需组装的构件吊装在胎架上，满足设计要求后点焊固定；

（4）构件调整后，须记录各项数据并备案。如没及时进行焊接，须对该现场做好保护工作。即不允许大型机械设备、车辆在平台附近行走，不允许任何对构件下的垫板、千斤顶的撞击；

（5）焊接时尽可能采取对称焊接，同时，焊接量大的部位应先焊接，以减少焊接收缩对拼装精度的影响；

（6）焊工按《钢结构焊接从业人员资格认证标准》CECS 331-2013规定，经过考试并取得合格证后，方可持证上岗从事焊接工作；

（7）雨雪天气时，不在露天焊接，焊接区域表面潮湿时，必须用氧-乙炔焰烘干或用压缩空气吹干。风力超过8m/s时，采取防风措施。

（8）根据施工加载分析计算确定每榀桁架的起拱值。然后在加工场加工时考虑起拱，拼装时在对接节点处对起拱值进行控制。起拱值报由设计院确认后方可实施。

结束语

随着城市建筑多元化发展，空间异形钢结构的大量涌现，但施工过程中缺乏相应的施工经验与成熟的施工工艺，青岛东方影都秀场工程经过非实体样板段的施工经验积累、实体结构的总结、投入了大量的人力物力后，最终形成了大型钢结构网壳拼装、安装关键技术。

参考文献

[1]侯兆欣等：《钢结构工程施工质量验收规范》，中国计划出版社，2001年

[2]毛志兵等： 《钢结构工程施工规范》，中国建筑工业出版社，2012年