横跨主路的钢桁架及吊挂结构施工技术

国家会议中心二期工程施工场地跨城市道路大屯北路钢桁架及吊挂结构跨度为36?m，大屯北路贯穿整个结构长99?m，道路上方8.500m标高采用H1200×400×22×32、H2100×750×25×50的H型 截面大跨钢梁；标高8.500~14.200?m东西两端18?m反吊挂8.500?m标高的钢梁，其中部为面积2?200?m2的大空间大厅，桁架与下部的钢梁无连接；标高14.200~ 19.900?m为钢桁架结构，桁架矢高6.27?m，共12榀，单榀最重约118?t，12榀桁架总重约1?100?t，钢桁架及吊柱均为箱形截面，其中上、下弦采用□800×600×35和□1?000×800×40方钢；直腹杆采用□800×800×30和□1?000×1?000×40方钢，斜腹杆采用□800×400×35和□1?000×500×35方钢，吊柱采用□800×800×30和□1?000×1?000×40方钢。

1　施工难点

（1）大屯北路从国家会议中心建筑穿过，使建筑物形成无柱空间，钢桁架及吊挂结构跨度达36?m，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程。

（2）大屯北路上方由12榀大跨度钢梁及钢桁架组成，钢梁最重约35?t，钢桁架单榀最重约118?t，重型构件的水平及垂直运输成为本工程的施工难点 。

（3）大屯北路上方两端为吊挂结构，且吊柱及钢桁架均为箱形截面，吊柱有多节点多方向对接，对吊柱标高、位置、垂直度安装精度要求极高，还须考虑结构自重及焊接收缩带来的变形控制问题。

（4）36?m跨度的钢桁架及钢梁、中部2?200?m2的无柱大空间和两端吊挂结构的挠度变形控制也是本工程的难点。

2??钢桁架及吊挂结构的施工工艺

根据本工程的结构特点，横跨主路的钢桁架及吊挂结构采用分段高空原位安装，其工艺流程为：安装支撑架→由中部往两端安装标高8.500?m的钢梁及两端吊柱→安装第二层周边钢柱及连系梁→在中部钢梁上设置12个支撑点→由中部往两端安装钢桁架下 弦→安装钢桁架的直腹杆→安装桁架上弦及桁架间的连系梁→安装桁架斜腹杆→拆除支撑，进行卸载。

3　支撑架控制结构安装精度及挠度的设置

根据大屯北路上方结构的特点，并考虑施工期间临时钢桥的影响，需布置不同的临时支撑架体。通过支撑体系来控制钢桁架及钢梁起拱，并使安装结构与支撑体系形成整体，以保证结构安装精度，控制挠度变形。

3.1　支撑架布置

支撑架底脚预埋件表面应平整（图1）， ? 609支撑管底板与预埋板应紧贴密实，若有空隙须使用钢板填满并沿支撑底板周圈垫实。每只柱脚使用8块100?mm×130?mm的20?mm厚钢板进行加固，底脚与固定板为双面贴角焊缝，焊缝高10?mm（图2）。

图1　支撑架构造

图2　支撑架底脚固定做法

吊柱下的支撑点采用20?mm厚钢板焊接而成，截面为□1000×1000×20×20，钢梁及桁架均采用 ? 400×16钢管（图3）。

图3　支撑点构造

3.2　支撑架施工模拟计算

（1）施工步骤1为大屯路首层支撑、标高8.500?m反吊钢梁层及吊柱安装。经计算最大挠度为7.0?mm，位于 ② 轴标高8.500?m反吊钢梁跨中； 最大拉应力为17.6?MPa，最大压应力为54.2?MPa。

（2）施工步骤2为大屯北路二层支撑安装及桁架层安装。经计算最大挠度为8.9?mm，位于 ② 轴标高8.500?m反吊钢梁跨中，最大拉应力为28.8?MPa，最大压应力为70.6?MPa。

经计算最大稳定应力比为0.121，支撑体系满足钢桁架及吊挂结构安装要求（图4）。

图4　支撑体系稳定应力比（计算机截图）

4　钢桁架及吊挂结构安装

4.1　中部无吊挂结构单榀钢桁架安装顺序

如图5所示，安装顺序为： ① 安装下层临时支撑→ ② 安装标高8.500?m的大跨度钢梁两侧分段→ ③ 安装标高8.500?m的大跨度钢梁中间分段→ ④ 安装上层临时支撑→ ⑤ 安装钢桁架下弦（标高14.200?m）中间分段→ ⑥ 安装钢桁架下弦（标高14.200?m）两侧分段→ ⑦ 安装钢桁架直腹杆→ ⑧ 安装钢桁架上弦（标高19.900?m）中间分段→ ⑨ 安装钢桁架下弦（标高19.900?m）两侧分段→ ⑩ 安装斜腹杆。

图5　中部6榀钢桁架及标高8.500?m钢梁的安装顺序

4.2　两端有吊挂结构的单榀钢桁架安装顺序

如图6所示，安装顺序为： ① 安装下层临时支 撑→ ②③④⑤⑥ 由 轴向 轴依次安装标高8.500?m的钢梁及吊柱 （设置缆风绳）→ ⑦ 安装钢桁架下弦（标高14.200?m）中间分段→ ⑧ 安装钢桁架下弦（标高14.200?m）两侧分段→ ⑨ 安装钢桁架直腹杆→ ⑩ 安装钢桁架上弦（标高19.900?m）中间分段→ ? 安装钢桁架下弦（标高19.900?m）两侧分段→ ? 安装斜腹杆。

图6　东西方向3榀钢桁架及标高8.500?m钢梁的安装顺序

5　钢桁架及吊挂结构卸载

5.1　卸载顺序

根据设计单位给出的边界条件及卸载模拟计算，最大拉应力为32.5?MPa，最大压应力为20.7?MPa，确定卸载顺序如下：（1）大屯北路桁架层卸载在混凝土结构浇筑前完成；（2）桁架层、吊柱及夹层钢梁安装焊接完成后，整体同步卸载上层的12个支撑点；（3）由中部无柱大厅向两端吊挂结构卸载下层的支撑点。

5.2　卸载方法

（1）在同步切除临时支撑点时，每次切除10?mm至临时支撑体系完全脱离结构。支撑点卸载完成后，使用25?t汽车式起重机拆除支撑架。

（2）在大跨度结构卸载前及卸载后，上部结构加载前使用全站仪监测结构挠度的变化情况，监测点位于支撑架处桁架下弦位置（图7）。

（b）

图7　钢桁架挠度观测位置示意

（a）有吊挂结构；（b）无吊挂结构

5.3　卸载应力监测

考虑到由于横跨大屯北路钢桁架及钢梁跨度大，需根据结构易损性分析结果布设应力传感器监测桁架关键杆件的应力，故设应力监测点24个，布设位置如图8所示。

（b）

（c）

（d）

（e）

图8　大屯北路桁架应力及变形监测点布设位置

（a）监测桁架示意；（b）轴监测钢桁架；（c）轴监测钢桁架；（d）轴监测钢桁架；（e）轴监测钢桁架

6　结束语

作为冬奥会重点工程，国家会议中心二期工程采用支撑体系分段原位安装施工技术进行钢桁架及吊挂结构安装，提高了安装精度，缩短了工期，卸载后大跨度钢桁架及钢梁挠度值与应力监测值均符合规范及设计要求，解决了城市道路贯穿建筑物大跨度无柱空间结构的安装精度及挠度变形控制问题。满足了构件运输及吊装要求。