大空间圆形建筑钢结构安装技术探讨

　　关键词：大空间圆形建筑 钢结构安装 技术 

　　 

　　概述： 

　　近年，某些大型公共建筑采用了圆形或椭圆形的建筑造型，并谋求大空间以满足各种功能的需要，如中国国家大剧院、上海铁路南站主站屋等。虽然上述工程采用的结构形式各不相同，但无一例外的采用了钢结构。而在钢结构安装阶段，其内部均无法提供施工作业的场地和空间，其外部施工的条件又有种种限制，故在实施钢结构安装时采用了迥然不同的技术路线：中国国家大剧院采用在四周分设固定或行走式起重机进行综合安装；上海铁路南站采用可旋转的大跨度龙门起重机进行全区域覆盖安装。 

　　一、中国国家大剧院 

　　（一）工程概况 

　　国家大剧院是回家重点文化设施，工程位于北京人民大会堂西侧、长安街南面，占地面积约20万平方米，总建筑面积15万平方米。该工程中心建筑为一超级椭圆形半球壳体，壳体四周环绕巨大水池，使壳体犹如椭圆形珍珠半浮于水面。壳体长轴为212.20m，短轴为143 64m，半竖轴为46.285m，其内部容纳了歌剧院、戏剧院、音乐厅3个独立的太型建筑，壳体是一个独立的结构，与其内的建筑没有结构上的联系。主体建筑下部为三层地下建筑。 

　　（二）结构概况 

　　壳体系全钢结构，由中心环梁、粱架、斜撵和环向连扦等结构件组成，通过节点莲接，并同壳体座落的钢筋混凝t环粱连接固定，形成稳定的空间结构体系。壳体钢结构总重约6750t，按壳体投影面积计用钢量280Kg/m2：按壳体表面积计用钢量193Kg/m2。 

　　二、壳体安装施工与技术 

　　（一）施工总体技术路线 

　　采用构件分段、多道支撑，4条作业线对称综合安装。郎将构件在工厂分段制作后运输至现场，组台成吊装单元，东、西、南、北各设一条作业线，接中心对称的施工顺序，先中心环粱，后粱架，再环向杆件进行逐什节间安装。安装前，根据控制结构变形，确保安装精度的原则，设置可调节的临时支撑系统，作为各构件支承和施工阶段结构稳定的依托。待结构形成整体，完成全部节点连接后，再根据变形协调，卸载均衡的原则，按一定顺序拆除临时支撑，完成整个钢壳体的安装。 

　　（二）施工部署 

　　1.施工总平面布置。施工总平面布置是以壳体为中心，分三3区域进行安排。南、北两块分别设构件拼装区，其中北块设，东、西二块拼装地，南块设东、西、中三块拼装地。中间为吊装区，在吊装区和拼装区周边地区。基坑-7.000m标高处设置施工通道。 

　　2.吊装区域划分。吊装区域以中心环梁为中心、以壳体斜撑区为分界，划分为中心环粱、四个粱裂节间等5个吊装作业区。 

　　3.主要吊装机械选用。根据施工方案和吊装区域划分，选用4台大型起重机跨外进行壳悻结构安装。具体安排如下： 

　　（1）一台CC2800(600t)履带起重机先选用超起工况，接60m主臂、84m副臂，定位北面进行中心环粱吊装。然后选用常规工况，接60m主臂、84rn副臂，在北面进行第二、三、四区的上段梁架节间吊装。 

　　（2）两台M440D(600Im)塔式起重机接55m起重臂，位于壳体东西两侧行走，进入到第二、三、四作业区中、下段梁架节间及柱靴吊装。 

　　（3）一台SK560(609tm)塔机定位于壳体南面，接50.8m起重臂，进行第五作业区的吊装。 

　　（三）施工技术 

　　1. 壳体预变形。由于结构分布相对于短轴对称、长轴不对称，结构质量中心与几何中心不重合，因而壳体在结构自重作用下Z向(竖向)143mm、X向83mm Y向20mm，与壳体结构分布状况对应，壳体顶部向南变形83 mm。壳体在所有恒载作用下Z向191mm、X向98mm、Y向32mm，与壳体结构分布状况对应，壳体顶部向南变形98mm。为减少壳体自重产生的变形影响须采取如下预变形方案在保持环粱及粱架平面状态不变的前提下，仅对上段梁架在竖向平面内做竖向预变形，变形平均为170mm。另外通过对粱架t段屋面支座作适当调整，解决径向变形和局部竖向的微调。 

　　2.壳体姑构件吊装工艺。顶环粱架系结构包括梁架、水平连杆、斜撑，采用分段综合吊装，由于梁架细长、侧向刚度差，采用如下工艺吊装：1)台理分段，减小构件长度；2)利用悬挂脚手侧向加固，增加构件刚度；3)合理选择吊点吊具，减少构件吊装附加荷载。 

　　二、上海铁路南站主站屋 

　　上海铁路南站是地处上海中心城区南隅的重要交通枢纽。其主站屋屋盖钢结构系直径达275m的圆形建筑，中部微隆，四周上翘，状若覆碟。屋顶标高约42m，总投影面积近6万平方米。南北均设有下沉式广场，并有设备和东西旅客通道等4条地下通道与主站层相连。主站屋中间7.500m标高平台为候车区及检票通道，四周9.900m标高平台用作售票和商场等，并和周边的环形车道相连。 

　　主站屋屋盖钢结构是由中部内压环、径向布置的18根异形变截面分叉大梁、环向檩条和斜交预应力抗扭钢棒等组成的圆碟形空间结构，由18根内钢柱和36根外钢柱支承于9.900m标高的混凝土平台上。主体钢结构总重逾6 000t。 

　　主站屋屋盖钢结构安装时，南北广场已经或正在施工，而东侧轻轨明珠线站厅的建造也在抓紧进行，除西侧外无场地可利用。钢屋盖覆盖范围以下的纵横地下通道绝大部分已完成，7.500m标高和9.900m标高混凝土平台基本建成，特别是在钢结构安装期间穿越主站屋的沪杭线列车仍须正常运行。 

　　由于现场环境复杂，不具备起重机械沿周边开行安装的条件，而起重机械又无法进入结构跨内进行安装施工，因此常规的钢结构安装方法难以实施。同时18根分叉主梁单根重达200余t，起重作业半径大，现成的大型起重机械亦难以胜任本工程的钢结构安装。根据本工程钢结构特点和对周边施工环境的分析，在多方案比较的基础上，提出了“600t履带起重机定点就位，123m跨度旋转龙门起重机综合安装，600t•m中心塔吊辅助吊装”的施工技术路线。 

　　 

　　参考文献： 

　　[1]吴欣之，陈晓明，杨� 上海铁路南站超大直径钢结构屋盖安装技术-建筑施工2005,27(6) 

　　[2]王文军 超长大体积圆形环梁施工裂缝控制技术-科技风2009,(15)