上海f國(guó)際賽車場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)2

上海F1國(guó)際賽車場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)1工程基本情況1.1工程概況上海F1國(guó)際賽車場(chǎng)位于上海市嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)，是一座具有世界一流水準(zhǔn)的公共建筑。整個(gè)賽車場(chǎng)包括賽道、主、副看臺(tái)、新聞中心、空中餐廳等各種配套設(shè)施。圖1上海F1國(guó)際賽車場(chǎng)主看臺(tái)和新聞中心、空中餐廳看臺(tái)部分及新聞中心、空中餐廳是整個(gè)工程的主體結(jié)構(gòu)，造型新穎別致。主、副看臺(tái)屋蓋均為懸臂鋼結(jié)構(gòu)，其中主看臺(tái)為獨(dú)立大鋼柱與大懸臂工字形鋼梁、連接梁組成，空間結(jié)構(gòu)總重量為5800t。新聞中心和空中餐廳的上部結(jié)構(gòu)為大跨度鋼桁架空間體系，無(wú)論在跨度覆蓋空間和使用功能上都具有極大的優(yōu)越性和競(jìng)爭(zhēng)性，空間桁架結(jié)構(gòu)具有受力合理，抗震性能好的特點(diǎn)。新聞中心、空中餐廳總重量為5700t。1.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主看臺(tái)設(shè)計(jì)采用一般體育場(chǎng)大跨度、大空間的特點(diǎn)，與以往工程不同的是整個(gè)屋蓋設(shè)計(jì)成兩頭懸臂式樣，中間采用獨(dú)立勁性鋼柱為支承點(diǎn)。整個(gè)屋蓋系統(tǒng)荷載全靠獨(dú)立勁性鋼柱承擔(dān)及平衡，對(duì)結(jié)構(gòu)整體撓度及安裝要求非常高。在主看臺(tái)兩端各有一座輔助建筑：新聞中心和空中餐廳。這兩個(gè)建筑為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)上部呈梭形狀，為鋼框架體系，梭形的兩端分別座落在主看臺(tái)及砼塔樓頂上。梭形結(jié)構(gòu)由兩榀巨型鋼桁架及鋼桁架之間的聯(lián)系梁組成。結(jié)構(gòu)的全部荷載通過(guò)兩榀鋼桁架傳給砼筒體與主看臺(tái)結(jié)構(gòu)。為了使力傳遞明確，在鋼桁架兩端各設(shè)置了一道轉(zhuǎn)換桁架，利用轉(zhuǎn)換桁架直接將荷載傳給砼立柱。由于荷載明確從而有利于巨型桁架的設(shè)計(jì)，可以降低整個(gè)建筑的含鋼量指標(biāo)。圖2主看臺(tái)懸臂結(jié)構(gòu)和新聞中心、空中餐廳桁架結(jié)構(gòu)2施工難點(diǎn)2.1預(yù)埋勁性鋼柱安裝主看臺(tái)(12.72～28.00米)勁性結(jié)構(gòu)共有43根立柱。立柱高為15.22米，最大單重約25噸。鋼柱之間分別用水平撐連接和斜撐連接。比賽控制塔、行政管理塔的勁性柱標(biāo)高16.88～28.96米，分為上中下3節(jié)(6米、5.23米、0.7米及0.12米的埋件)，最重的一節(jié)重約15噸，長(zhǎng)6米，在6層、7層及8層處有勁性鋼梁與其連接。新聞中心與地面連接塔、空中餐廳與地面連接塔的勁性柱標(biāo)高由12.60～30.00米，分為上中下3節(jié)(9米、7.88米、0.5米及0.12米的埋件)。勁性鋼柱的安裝難度主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：a)精度要求高長(zhǎng)達(dá)400米的鋼結(jié)構(gòu)安裝，僅以常規(guī)的軸線偏差值來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制是不夠的。由于結(jié)構(gòu)施工是分段進(jìn)行的，其累積誤差可能造成鋼結(jié)構(gòu)安裝無(wú)法進(jìn)行。所以如何保證土建結(jié)構(gòu)及安裝埋件的高精度成為勁性結(jié)構(gòu)施工的難點(diǎn)。b)交錯(cuò)施工多與勁性結(jié)構(gòu)同時(shí)施工的有土建的鋼筋、混凝土，安裝的管線等，各專業(yè)施工隊(duì)伍在同一施工區(qū)域內(nèi)交叉進(jìn)行施工，使整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)一直處于復(fù)雜多變的施工環(huán)境，加大了施工的難度。c)主副看臺(tái)為清水混凝土結(jié)構(gòu)由于主副看臺(tái)為清水混凝土結(jié)構(gòu)，而勁性結(jié)構(gòu)為鋼與混凝土結(jié)構(gòu)，如何解決土建結(jié)構(gòu)與勁性結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)處理，使結(jié)構(gòu)達(dá)到清水混凝土的標(biāo)準(zhǔn)是一大難點(diǎn)。2.2主看臺(tái)懸臂鋼梁安裝過(guò)程中的穩(wěn)定控制主看臺(tái)懸臂鋼梁包括前后懸臂梁，梁的根部與獨(dú)立勁性鋼柱固定，因此勁性鋼柱在懸臂梁彎矩作用下產(chǎn)生撓度，影響安裝精度。為了避免勁性鋼柱產(chǎn)生撓度，必須在施工過(guò)程中控制懸臂梁的彎矩值，也就是控制懸臂梁在平面內(nèi)的穩(wěn)定。如果在懸臂梁的懸挑端設(shè)置一臨時(shí)支撐，那么懸臂梁的穩(wěn)定可以控制，但是選用什么作為臨時(shí)支撐呢？如此高的支撐穩(wěn)定性、強(qiáng)度能滿足荷載要求嗎？支撐必須從地面開始立起，與地面如何固定？是否影響其他單位施工？所有問(wèn)題都需經(jīng)過(guò)計(jì)算、協(xié)調(diào)才能決定。2.3新聞中心、空中餐廳巨型鋼桁架安裝巨型鋼桁架的安裝是工程中難度最大的一道工序，其安裝難度體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：a)鋼桁架自重大、跨度大、截面高，因此在選用施工機(jī)械方面有困難，如果整體安裝，需選用一臺(tái)超大起重量的機(jī)械設(shè)備，才能安裝550噸重的鋼桁架，此方案顯然行不通。b)如果采用分段安裝，那么根據(jù)施工條件分析，有一段鋼桁架跨越主看臺(tái)，長(zhǎng)度將近50米，重達(dá)263噸，需要兩臺(tái)300噸履帶吊雙機(jī)抬吊才能滿足安裝要求，而且在安裝過(guò)程中吊機(jī)還要負(fù)載行走一段距離，對(duì)吊機(jī)的性能、施工條件等工況要求極高，每個(gè)環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格控制。c)采用分段安裝的話，焊接工作量將增大，而且所有對(duì)接焊縫必須在高空完成，質(zhì)量不容易控制。d)分段安裝必須采用臨時(shí)支架作為節(jié)點(diǎn)的臨時(shí)擱置點(diǎn)，因此支架的選用也是個(gè)問(wèn)題，支架一定要滿足剛度及穩(wěn)定性要求。另外，支架及鋼桁架的穩(wěn)定性如何保證？這是安裝鋼桁架的最大難點(diǎn)。2.4臨時(shí)支架的卸載問(wèn)題本工程鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，都運(yùn)用臨時(shí)支架作為結(jié)構(gòu)的臨時(shí)固定，因此施工結(jié)束后，必須進(jìn)行拆除，使結(jié)構(gòu)恢復(fù)自由狀態(tài)。支架的拆除過(guò)程也就是所謂的卸載，是一個(gè)力的轉(zhuǎn)移過(guò)程，通過(guò)對(duì)臨時(shí)支架的逐漸拆除，荷載也逐漸由臨時(shí)支架向其它結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移，直至臨時(shí)支架全部拆除，荷載也轉(zhuǎn)移完畢，整個(gè)卸載過(guò)程完成。在整個(gè)卸載過(guò)程中，荷載轉(zhuǎn)移是一個(gè)不確定因素，控制不好，可能會(huì)造成支架受力不均，支架的強(qiáng)度、穩(wěn)定性都受到影響，容易發(fā)生意外。3關(guān)鍵技術(shù)3.1為了保證預(yù)埋勁性鋼柱順利安裝，我們考慮從以下幾方面進(jìn)行控制：a)測(cè)量控制利用全站儀對(duì)勁性鋼結(jié)構(gòu)及埋件進(jìn)行定位控制是此次主要采用的測(cè)量控制方式。由于全站儀是坐標(biāo)定位，所以在定位及復(fù)核控制時(shí)可有效地避免建筑物長(zhǎng)而引起的累積誤差。b)鋼筋處理勁性柱預(yù)埋件的原有箍筋形式是穿過(guò)鋼結(jié)構(gòu)柱體，既影響鋼結(jié)構(gòu)性能，又不便于施工，會(huì)延長(zhǎng)施工工期，是一種不合理的形式。經(jīng)過(guò)與設(shè)計(jì)的協(xié)商及討論，對(duì)箍筋形式進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的箍筋形式不影響鋼結(jié)構(gòu)，且布置方式亦增加了混凝土的施工空間，使得混凝土的施工質(zhì)量得到一定程度的保證。c)混凝土處理混凝土坍落度的控制對(duì)勁性結(jié)構(gòu)混凝土的質(zhì)量十分重要。由于勁性結(jié)構(gòu)截面較大（1500×800），這就造成混凝土澆搗面較小（最小處厚度僅150），故混凝土坍落度由一般柱的100±20增大到140±30?；炷潦┕さ臋C(jī)械根據(jù)混凝土的澆搗面及高度主要采用50、75的振動(dòng)棒，在勁性結(jié)構(gòu)外側(cè)由于鋼筋較為密集故選用50的振動(dòng)棒，而勁性結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)由于混凝土澆搗高度約為16米，故特定了16米長(zhǎng)的75振動(dòng)棒。材料的控制及機(jī)械的適當(dāng)選用使混凝土的結(jié)構(gòu)密實(shí)，外觀色面一致，達(dá)到清水混凝土的表觀要求。d)高強(qiáng)度砂漿灌漿預(yù)埋件安裝就位正確后，在預(yù)埋件下澆灌含天然骨料高性能無(wú)收縮灌漿料。灌漿時(shí)砼表面必須堅(jiān)固、無(wú)灰塵、油、油脂、水泥浮漿、修補(bǔ)物等雜質(zhì)。使用小鑿子使施工面粗糙。在澆灌前必須使?jié)补嗝姹凰钢辽?小時(shí)。澆灌前須去除游離態(tài)的水。模板高度應(yīng)高于灌漿高度，具有足夠強(qiáng)度、防水和密閉。必須保證澆灌口處模板與基礎(chǔ)之間的距離為100mm，相對(duì)另一邊（灌漿料冒出處）距離為50mm。在其余邊緣也要保持50mm。在灌漿處，使模板向外傾斜45度角，并使其有足夠高度來(lái)保證灌漿時(shí)的落差。e)鋼結(jié)構(gòu)支座埋件的處理新聞中心、空中餐廳下的雙向抗震彈性支座是兩個(gè)空中鋼結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件，所以支座的安裝及支座下勁性結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)的處理十分重要。首先是將埋件的位置轉(zhuǎn)化為工程坐標(biāo)，再運(yùn)用全站儀進(jìn)行定位。定位的原則分別以空中餐廳、新聞中心各為一組，必須保證以組為單位進(jìn)行放樣，這樣可以減少2次放樣之間的偶然誤差。當(dāng)支座定位完成后，再由全站儀進(jìn)行總的復(fù)核，這樣就能全面保證支座及其埋件的安裝定位的精確性?；炷恋臐矒v方案也關(guān)系到整個(gè)埋件的安裝。埋件處混凝土的澆搗先施工至下部勁性結(jié)構(gòu)的支座埋件支承處，再安裝埋件。在澆搗埋件下混凝土?xí)r，為保證埋件下的結(jié)構(gòu)密實(shí)，采用了8cm高強(qiáng)度沙漿。分段澆搗保證了柱的混凝土質(zhì)量，更保證了埋件下的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。3.2懸臂結(jié)構(gòu)的安裝對(duì)于體育場(chǎng)所中的懸臂結(jié)構(gòu)，我們有許多施工實(shí)例可借鑒，最類似的要數(shù)上海八萬(wàn)人體育場(chǎng)鋼屋蓋的施工了。因此，我們自然想到用臨時(shí)支撐作為施工中懸臂端的臨時(shí)擱置點(diǎn)，以解決鋼梁平面內(nèi)穩(wěn)定性問(wèn)題。通過(guò)對(duì)荷載進(jìn)行計(jì)算，決定采用φ609鋼管作為臨時(shí)支撐，鋼管根部與事先埋設(shè)在看臺(tái)砼結(jié)構(gòu)上的埋件相連，上部通過(guò)連接板與懸臂主梁連接。此種方法只解決懸臂主梁前半段的安裝，由于懸臂主梁后半段（即場(chǎng)外一段）離開地面比較高，如果也采用φ609鋼管作為臨時(shí)支撐，那么鋼管用量較多，成本較高，而且從安全角度考慮，其穩(wěn)定性也難以保證。通過(guò)受力分析，我們決定在鋼柱頂上立一根臨時(shí)鋼管，然后在鋼管上設(shè)計(jì)一節(jié)點(diǎn)板，用鋼索與懸臂梁后半段連接，再用另外一根鋼索與懸臂梁前半段連接，以此解決懸臂梁后半段的穩(wěn)定問(wèn)題。圖3主看臺(tái)懸臂鋼結(jié)構(gòu)安裝3.3巨型鋼桁架的安裝巨型鋼桁架兩端通過(guò)轉(zhuǎn)換桁架與主看臺(tái)及砼塔樓連接，兩榀鋼桁架之間通過(guò)聯(lián)系梁連接，組成一個(gè)空間框架體系。巨型鋼桁架為箱型截面，跨度達(dá)135.73米，單榀重量在550噸左右，跨中頂標(biāo)高40.633米，底標(biāo)高28.326米，賽道從跨下橫穿而過(guò)。對(duì)于這樣的鋼桁架，我們首先想到地面組裝、空中整體安裝的方法，既能保證施工質(zhì)量，又能滿足進(jìn)度要求，但是該方案馬上被否定，原因是要將550噸重的鋼桁架一次安裝到位，沒(méi)有超大起重量的吊機(jī)是不行的，根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備考慮，決定放棄該方案。于是，我們又提出采用提升工藝，但是經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析，這種工藝不太適合本工程，因?yàn)殇撹旒芤欢耸撬?，作為提升支架是沒(méi)問(wèn)題的，而另一端是主看臺(tái)，側(cè)向都是空的，沒(méi)法作為提升支架用，如果要加固的話，工作量肯定很大，從經(jīng)濟(jì)上分析是不合算的。唯一可行的辦法只能采用分段安裝。雖然分段安裝的方案是可行的，但是真正實(shí)施是有一定難度的。因此，在施工過(guò)程中我們盡量從以下幾方面下工夫：a)我們要求工廠進(jìn)行鋼桁架的預(yù)拼裝，以便保證現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。b)嚴(yán)格控制鋼桁架連接點(diǎn)的位移及標(biāo)高，包括與砼連接處的位移及標(biāo)高，這是直接影響安裝質(zhì)量的因素。c)臨時(shí)支架使用前對(duì)承受荷載的路基一定要進(jìn)行處理，使路基地耐力及平整度達(dá)到使用要求。d)為了保證鋼桁架對(duì)接口位置準(zhǔn)確，臨時(shí)支架的高度必須進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)算，而且支架表面平整度要好。e)為了解決臨時(shí)支架的穩(wěn)定問(wèn)題，我們擬采用型鋼及浪風(fēng)鋼絲繩進(jìn)行加固?？拷沤Y(jié)構(gòu)的臨時(shí)支架通過(guò)型鋼與結(jié)構(gòu)內(nèi)埋件連接固定，其余獨(dú)立支架可用浪風(fēng)鋼絲繩臨時(shí)固定，并且相鄰兩個(gè)支架之間還可用型鋼進(jìn)行拉接。分段安裝方案至少有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：a)通過(guò)對(duì)鋼桁架進(jìn)行分段，減少吊裝起重量，在施工機(jī)械的選用上有更大的余地。b)可以保證連續(xù)施工，滿足工廠的制作、拼裝周轉(zhuǎn)時(shí)間。為保證施工方案能夠有效實(shí)施，在施工前須經(jīng)過(guò)一些驗(yàn)算分析：a)對(duì)鋼桁架分段后的確切重量一定要核實(shí)。b)對(duì)節(jié)點(diǎn)處支架的受力情況要掌握清楚。c)300t履帶吊的工況性能通過(guò)驗(yàn)算要如實(shí)反映。圖4空中餐廳巨型桁架吊裝3.4臨時(shí)支撐卸載為了確保卸載過(guò)程的安全，首先，我們將整個(gè)結(jié)構(gòu)，包括臨時(shí)支架在內(nèi)，建立一個(gè)模型，通過(guò)計(jì)算軟件分析得出卸載前每個(gè)臨時(shí)支架的受力情況。其次，根據(jù)計(jì)算確定支架拆除順序及卸載量，由于考慮支架的承受能力，拆除過(guò)程分幾次完成。最后，通過(guò)計(jì)算我們還可以知道在卸載過(guò)程中荷載是如何轉(zhuǎn)換的，又是如何回歸至零。卸載時(shí)荷載對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的沖擊力比較大，因此卸載前一定要確保整個(gè)結(jié)構(gòu)已連成一個(gè)整體，防止結(jié)構(gòu)局部受力不均，造成破壞。4工程實(shí)施與效益上海F1國(guó)際賽車場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)工程具有施工難度大、施工工期緊、設(shè)計(jì)要求高、技術(shù)含金量高等特點(diǎn)。針對(duì)大跨度、大噸位、超長(zhǎng)懸臂鋼結(jié)構(gòu)和巨型空中桁架結(jié)構(gòu)的工程特點(diǎn)和施工難點(diǎn)，經(jīng)過(guò)研究開發(fā)和技術(shù)方案優(yōu)化，在主看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)安裝中采用“單機(jī)起吊、空中接力、雙機(jī)抬吊”的施工工藝，在新聞中心、空中餐廳的鋼結(jié)構(gòu)安裝中采用“分段雙機(jī)抬吊安裝，支架承重；空中對(duì)接，整體卸載”的施工工藝，解決了施工場(chǎng)地限制、施工機(jī)械能力限制等問(wèn)題，攻克了特殊施工工藝的一些關(guān)鍵難點(diǎn)，達(dá)到了業(yè)主和設(shè)計(jì)要求，通過(guò)大家一致努力，順利完成該工程，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。4.1經(jīng)濟(jì)效益在主看臺(tái)懸臂主梁的安裝中，由于施工方案的優(yōu)化，在確保安全的前提下改進(jìn)臨時(shí)支撐措施，降低施工成本數(shù)十萬(wàn)元。在新聞中心、空中餐廳巨型鋼桁架的安裝中，利用公司廢舊的塔吊設(shè)備，作為臨時(shí)支撐，取代原設(shè)計(jì)采用鋼管或型鋼作為臨時(shí)支撐，既經(jīng)濟(jì)又安全，節(jié)約成本四