紹興金沙·東方山水國(guó)際商務(wù)休閑中心工程，總用地面積398145m2，總建筑面積約100萬(wàn)m2，由以商務(wù)辦公、酒店式公寓和五星級(jí)酒店為主的商業(yè)區(qū)，以室內(nèi)山館和水館為主題的旅游區(qū)，以高檔低層住宅和高層住宅為主的住宅區(qū)3個(gè)功能區(qū)塊組成。旅游區(qū)度假游樂場(chǎng)館建筑項(xiàng)目總用地面積為130513m2，總建筑面積為169833m2，地下1層，局部地下2層，主要包括6個(gè)大跨度空間場(chǎng)館。每個(gè)場(chǎng)館結(jié)構(gòu)獨(dú)立，自成體系，整體外觀均呈橢圓球形。如圖1所示。

D館為2層，建筑高度約24m；A，B，C，E，E 5個(gè)館為單層大跨空間結(jié)構(gòu)，建筑高度最高處為52.8。除D，F館采用框架與平面H型鋼桁架結(jié)構(gòu)外，A，B，C及E館屋蓋體系均借鑒了巨型結(jié)構(gòu)體系的概念，采用“主骨架＋次結(jié)構(gòu)”結(jié)構(gòu)形式的鋼桁架穹頂組合網(wǎng)殼。鋼桁架穹頂組合網(wǎng)殼的主骨架由多道輻射狀布置的拱形徑向主桁架與中央剛性環(huán)桁架組成，或者主骨架僅由徑向主桁架組成；次結(jié)構(gòu)由聯(lián)方型網(wǎng)格和環(huán)梁組成；中央穹頂則采用剛性單層網(wǎng)殼或剛?cè)峤Y(jié)合弦支穹頂，結(jié)構(gòu)體系十分復(fù)雜。作為建筑群中跨度最大的C館，其鋼屋蓋主要由16道截面寬4m、高4m的倒三角徑向主桁架、1道截面寬6m、高4m的倒三角環(huán)桁架及中央肋環(huán)形弦支穹頂結(jié)構(gòu)組成。作為建筑群中高度最高的E館，其鋼屋蓋主要由14道寬3m、高3.5m的倒三角徑向桁架、1道寬3m、高4m的四管環(huán)桁架及中央肋環(huán)形單層網(wǎng)殼疊合穹頂組成，如圖2所示。規(guī)模相對(duì)小一點(diǎn)的A，B館，其鋼屋蓋則主要由下部10榀徑向空腹桁架與中央肋環(huán)形弦支穹頂組成。各場(chǎng)館主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

工程特點(diǎn)、難點(diǎn)

1)鋼桁架穹頂組合網(wǎng)殼跨度大，矢跨比小，受力極其復(fù)雜。經(jīng)查，C館鋼屋蓋是目前世界上跨度最大的橢球形網(wǎng)殼，其長(zhǎng)軸與短軸比為1.67，長(zhǎng)軸和短軸的矢跨比分別為1/7.79，1/4.66。其跨度大大超過(guò)了《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ7-2010 和《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ61-2003規(guī)定的單層橢圓拋物面網(wǎng)殼的適用跨度50m。同時(shí)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的底邊兩跨度之比超過(guò)了適用比值1.5，短軸矢跨比明顯大于規(guī)程規(guī)定的1、6～1/9范圍。這給設(shè)計(jì)、施工提出了挑戰(zhàn)和更加嚴(yán)格的要求。

2)本工程6個(gè)場(chǎng)館雖結(jié)構(gòu)獨(dú)立、自成體系，但均通過(guò)-0.5m標(biāo)高（室外地坪標(biāo)高為-6.5m）混凝土平臺(tái)連成整體，且各場(chǎng)館平面位置上部分重疊，導(dǎo)致施工交叉，不具備跨外吊裝條件，施工區(qū)域被限制在場(chǎng)內(nèi)，施工場(chǎng)地極其狹小。加上紹興柯巖地區(qū)特有的軟土地質(zhì)條件及工程所處的不利地理位置（項(xiàng)目四周環(huán)水），施工過(guò)程中，對(duì)起重機(jī)行走道路和構(gòu)件拼裝場(chǎng)地的布置與處理、臨時(shí)支撐胎架的設(shè)置、大型構(gòu)件的吊裝與穩(wěn)定、預(yù)應(yīng)力拉索的施工與張拉及支撐胎架的卸載與結(jié)構(gòu)變形控制等提出了更大的考驗(yàn)。

設(shè)計(jì)、施工關(guān)鍵技術(shù)

1、空間彎扭結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)技術(shù)

為達(dá)到建筑師構(gòu)思的河卵石奇特造型的建筑效果，紹興金沙·東方山水國(guó)際商務(wù)休閑中心工程各場(chǎng)館屋蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)中的諸多桿件呈現(xiàn)出三維空間彎扭特性，一般的詳圖設(shè)計(jì)軟件難以實(shí)現(xiàn)其三維建模和自動(dòng)出圖。在鋼結(jié)構(gòu)施工中，詳圖是加工制作、現(xiàn)場(chǎng)安裝的基礎(chǔ)。為確保詳圖深化設(shè)計(jì)的快速、準(zhǔn)確與適用，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)編程自主研究出管桁架自動(dòng)建模出圖軟件，該軟件可實(shí)現(xiàn)以下主要功能：①自動(dòng)完成對(duì)原設(shè)計(jì)提供線模賦予構(gòu)件屬性，如截面、材質(zhì)、β 角等。②自動(dòng)完成對(duì)原設(shè)計(jì)提供線模（所有構(gòu)件均為直線）中實(shí)際建模為弧線的構(gòu)件的擬合，并對(duì)所有可能的擬合方式進(jìn)行計(jì)算，確保所得的最終弧線為最優(yōu)擬合結(jié)果。③在AutoCAD中自動(dòng)完成實(shí)體拉伸。④自動(dòng)完成節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建。⑤ 自動(dòng)生成構(gòu)件圖和構(gòu)件清單。如圖3所示。

該軟件主要功能的實(shí)現(xiàn)均為自動(dòng)完成，無(wú)需手工操作。實(shí)現(xiàn)了較高程度的自動(dòng)化建模出圖、對(duì)貫口的分析和計(jì)算、需進(jìn)行貫口切割構(gòu)件的精確下料、相貫節(jié)點(diǎn)域的分析和計(jì)算以及既需進(jìn)行貫口切割又需煨彎的構(gòu)件煨彎平面標(biāo)記的自動(dòng)添加。主構(gòu)件節(jié)點(diǎn)域范圍的明確給出，為工廠構(gòu)件加工時(shí)拼接節(jié)點(diǎn)必須避開節(jié)點(diǎn)域提供了極大便利。煨彎平面標(biāo)記則確保了先切貫口后進(jìn)行煨彎構(gòu)件的加工精度。

2、部分非對(duì)稱施工技術(shù)

1）施工總體順序

由于各場(chǎng)館在平面位置上存在交叉、重疊或相鄰，且各場(chǎng)館之間通過(guò)混凝土大平臺(tái)連接在一起，如不按照一定的順序進(jìn)行施工，會(huì)造成起重機(jī)行走路線和進(jìn)出場(chǎng)館受到影響。同時(shí)，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工的總體部署和施工安排時(shí)，還需考慮土建結(jié)構(gòu)的施工順序與進(jìn)度。根據(jù)各場(chǎng)館之間的相對(duì)關(guān)系、總體平面布置、土建施工的先后順序及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，同時(shí)為減少施工資源投入，總體上按照Ｃ→Ｅ→Ａ→Ｂ 館的順序進(jìn)行施工，Ｄ，Ｆ 館根據(jù)土建施工進(jìn)度穿插其中。

2）施工模擬分析

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工一般要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜漫長(zhǎng)的施工過(guò)程以及結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換過(guò)程，在這一過(guò)程中，結(jié)構(gòu)體系、支承約束條件、荷載作用方式等都在不斷變化，結(jié)構(gòu)本身也處于不同受力狀態(tài)。不同的施工順序和施工方法，過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力和變形甚至最終成型后的受力狀態(tài)都會(huì)有所差異。為掌握屋蓋結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中變形及內(nèi)力變化，特別是非對(duì)稱施工方式下結(jié)構(gòu)不均勻堆載對(duì)側(cè)向變形的影響，借助有限元分析軟件進(jìn)行施工全過(guò)程模擬分析，以此來(lái)確定合理的施工方法和施工順序。

a.計(jì)算軟件和計(jì)算模型

鋼桁架弦支穹頂組合網(wǎng)殼的施工全過(guò)程分析采用非線性有限元計(jì)算軟件SAP2000的階段施工模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，弦支穹頂?shù)睦鲝埨治霾捎么笮屯ㄓ糜邢拊浖?/span>ANSYS。為保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，模擬分析時(shí)，將胎架結(jié)構(gòu)建入主結(jié)構(gòu)模型以形成整體結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算模型如圖4所示。卸載時(shí)，胎架頂部采用只壓?jiǎn)卧?/span>

B.施工分析結(jié)果

通過(guò)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，在自重作用下，拱形徑向主桁架和聯(lián)方型網(wǎng)格對(duì)中央穹頂結(jié)構(gòu)的水平推力作用明顯。反對(duì)稱施工順序下，中央穹頂和環(huán)桁架結(jié)構(gòu)的最終側(cè)向變形非常明顯，最大側(cè)移為30mm左右，位于左長(zhǎng)軸的環(huán)桁架上弦。自重下中央穹頂結(jié)構(gòu)較大的側(cè)移將導(dǎo)致徑向桁架與網(wǎng)格桿件的裝配及高空焊接難度加大，影響施工的安裝精度和成型后結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，因此應(yīng)盡量避免采用反對(duì)稱施工順序。如按照部分非對(duì)稱施工順序進(jìn)行施工，即采用徑向桁架對(duì)稱安裝或推遲網(wǎng)格安裝的方式，在下部屋面安裝過(guò)程中，由于非對(duì)稱施工導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)最大側(cè)向變形為23mm，如表2所示。根據(jù)《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ7-2010 施工允許偏差的要求：允許偏差為邊長(zhǎng)的1/2000且不應(yīng)大于40mm，施工精度滿足要求。整體結(jié)構(gòu)亦能滿足強(qiáng)度和剛度要求，施工過(guò)程安全。

3)部分非對(duì)稱施工工藝

根據(jù)各場(chǎng)館結(jié)構(gòu)形式的不同，C,E 館采取“先中央環(huán)桁架和穹頂，再外圍徑向桁架與聯(lián)方型網(wǎng)格，地面原位拼裝，高空分段分塊部分對(duì)稱吊裝”的施工思路，按安裝環(huán)桁架支撐胎架，形成整體支撐結(jié)構(gòu)→依次分段安裝中央環(huán)桁架→分塊對(duì)稱安裝中央穹頂→分段、分塊依次吊裝徑向主桁架和下部屋面聯(lián)方型網(wǎng)格的工藝順序。如圖5所示。分別采用1臺(tái)350t、1臺(tái)400t履帶式起重機(jī)進(jìn)行施工，輔以80t履帶式起重機(jī)和70t汽車式起重機(jī)，作為穹頂、聯(lián)方型網(wǎng)格補(bǔ)檔作業(yè)的起重機(jī)械。這樣既有利于控制結(jié)構(gòu)的安裝精度，同時(shí)減少高空作業(yè)量，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)總體方案，最大吊裝單元質(zhì)量約106t。為確保起重機(jī)和構(gòu)件運(yùn)輸車輛進(jìn)出各場(chǎng)館，在外圍混凝土結(jié)構(gòu)某一軸線間預(yù)留出入口。

由于E館中心疊合穹頂安裝高度較高，所以在高空分段安裝中央環(huán)桁架1～6段后，需先安裝上部屋面頂部第1個(gè)內(nèi)圈鋼結(jié)構(gòu)，然后再繼續(xù)分段安裝中央環(huán)桁架7～10段，最后分塊吊裝上部單層穹頂和整體吊裝徑向桁架及下部聯(lián)方型網(wǎng)格，穹頂補(bǔ)檔的環(huán)梁則利用130T汽車式起重機(jī)進(jìn)行吊裝。

A，B館采取“先外圍徑向空腹桁架和聯(lián)方型網(wǎng)格，后中央弦支穹頂，地面原位拼裝，高空分塊吊裝”的施工思路，按安裝空腹桁架下方支撐胎架→依次整榀吊裝空腹桁架及空腹桁架間聯(lián)方型網(wǎng)格→依次分片吊裝弦支穹頂?shù)墓に図樞?，采?/span>1臺(tái)250t履帶式起重機(jī)進(jìn)行施工。A，B館施工時(shí)，○Ａ１ ～○Ａ２ 軸、○Ｂ１ ～ ○Ｂ２ 軸分別為Ａ，Ｂ 館的施工主出入口，需預(yù)留○Ａ１ ～ ○Ａ２ 軸、○Ｂ１ ～ ○Ｂ２ 軸間的下部聯(lián)方型網(wǎng)格，待穹頂安裝完成后再進(jìn)行吊裝。

3、支撐胎架設(shè)置技術(shù)

在大跨度鋼桁架穹頂組合網(wǎng)殼分段、分塊安裝過(guò)程中，臨時(shí)支撐胎架不可缺少，特別是Ｃ，Ｅ 館徑向桁架安裝前，環(huán)桁架和穹頂全部落在支撐胎架上，支撐體系的強(qiáng)度和穩(wěn)定性是保證施工安全及安裝精度的關(guān)鍵。根據(jù)總體吊裝分段原則，以及考慮到胎架安裝、拆除的便利性和安全性，C館環(huán)桁架下部設(shè)置8組高約34m、由兩個(gè)1.5m×1.5m的型鋼格構(gòu)式胎架并聯(lián)形成的支撐胎架；穹頂中央設(shè)置1個(gè)截面2m×2m、高約35m的胎架；在6榀分段徑向桁架分段點(diǎn)處設(shè)置6個(gè)高約24m、基于單管撐的組合單片支撐架。E館環(huán)桁架下部設(shè)置10組高約33m、由2根單管撐和水平桁架組合而成的單片支撐架，兩單管撐間距3m；穹頂中央設(shè)置一個(gè)截面為4.8m× 5.8m、高約58m的四肢鋼管格構(gòu)式胎架。如圖6所示。

為保證胎架的受力安全，胎架的設(shè)計(jì)荷載通過(guò)提取整個(gè)施工過(guò)程分析中支撐點(diǎn)的最大反力得到，并經(jīng)軟件驗(yàn)算其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性。由于胎架架高度較高，胎架底部與基礎(chǔ)承臺(tái)預(yù)埋件焊接固定，中心胎架四周拉設(shè)穩(wěn)定纜風(fēng)繩，環(huán)桁架胎架之間增設(shè)

聯(lián)系桁架。

4、拉索施工技術(shù)

本工程Ａ，Ｂ，Ｃ 三館中心穹頂均為弦支穹頂，主體鋼結(jié)構(gòu)完成安裝后，需進(jìn)行中心弦支穹頂下部撐桿、鋼拉桿及拉索施工。由于各館弦支穹頂結(jié)構(gòu)形式基本相同，僅尺寸有所差異，故在此僅以Ｃ 館為例介紹拉索施工技術(shù)。

1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

C館中心弦支穹頂共3環(huán)，每環(huán)由環(huán)向高釩索、徑向鋼拉桿及豎向撐桿組成，上下、左右雙向?qū)ΨQ，長(zhǎng)軸跨度63.7m，短軸跨度43.9m。拉索索體分別為直徑60，80，100mm 1670級(jí)GLG650鍍層鋼絲光面索，一端可調(diào)，張拉端和固定端的錨具為熱鑄錨，連接件為叉耳式；鋼拉桿采用屈服強(qiáng)度650MPa、抗拉強(qiáng)度850MPa的GLG650鋼拉桿，一端可調(diào)，連接件為叉耳式。

2）拉索施工工藝

本工程弦支穹頂結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力拉索及其受力比較復(fù)雜，拉索施工的過(guò)程也就是結(jié)構(gòu)成型的過(guò)程。由于每一批次拉索的張拉都會(huì)對(duì)前階段張拉產(chǎn)生影響，并影響結(jié)構(gòu)的成型狀態(tài)，因此必須按照一定順序進(jìn)行施工，保證拉索建立的預(yù)應(yīng)力值符合設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)拉索及其相關(guān)施工的要求、拉索與斜拉桿的平面布置、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與索力分布特點(diǎn)，在拉索施工前和施工過(guò)程中，需要考慮雜交結(jié)構(gòu)索桿系無(wú)支架提升及過(guò)程分析、逐環(huán)分批循環(huán)張拉及過(guò)程分析、索夾抗滑模型試驗(yàn)、焊接板式大轉(zhuǎn)角球鉸節(jié)點(diǎn)等技術(shù)與措施，并采用斜拉桿主動(dòng)張拉來(lái)施加預(yù)張力。張拉過(guò)程中采用索力控制為主、變形控制及撐桿垂直度控制為輔的張拉施工工藝，具體施工步驟如下。

①在地面依次由外向內(nèi)組裝每一環(huán)的撐桿、鋼拉桿及拉索。

②次由外環(huán)向內(nèi)環(huán)通過(guò)16個(gè)主牽引點(diǎn)、16個(gè)輔助牽引點(diǎn)整體牽引提升各環(huán)撐桿、鋼拉桿及拉索并安裝就位。如圖7所示。

③依次預(yù)緊、分組（奇數(shù)號(hào)為一組，偶數(shù)號(hào)為一組）同步張拉外環(huán)、中環(huán)、內(nèi)環(huán)鋼拉桿至80%。

④拆除臨時(shí)支撐胎架。

⑤按由內(nèi)向外的順序反向依次補(bǔ)張拉鋼拉桿至100%。

3）拉索施工監(jiān)測(cè)

拉索預(yù)張力施工過(guò)程是個(gè)動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化過(guò)程，是結(jié)構(gòu)從零狀態(tài)向成型初始態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程。由于鋼構(gòu)件安裝誤差、拉索制作、安裝和張拉誤差、分析誤差以及環(huán)境影響等原因，實(shí)際結(jié)構(gòu)狀態(tài)與分析模型是有差異的。因此，有必要對(duì)拉索預(yù)應(yīng)力施工全過(guò)程予以監(jiān)測(cè)，對(duì)比理論分析值和實(shí)際結(jié)構(gòu)響應(yīng)的差異，及時(shí)掌握各關(guān)鍵施工階段的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，保證拉索施工全過(guò)程處于可控狀態(tài)，保證施工過(guò)程結(jié)構(gòu)安全，為下階段施工和最后的施工驗(yàn)收提供依據(jù)。拉索施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：各主動(dòng)張拉點(diǎn)的索力和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位移，并以控制索力為主，控制變形為輔，變形監(jiān)控為中心點(diǎn)相對(duì)內(nèi)圈環(huán)桁架的豎向位移。索力監(jiān)測(cè)設(shè)備采用配套標(biāo)定的千斤頂，位移監(jiān)測(cè)采用全站儀。為確保安全，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，每張拉完一批次后，應(yīng)及時(shí)讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，并與理論值比較，確定結(jié)構(gòu)狀況正常后，方可繼續(xù)張拉下一批次。

5、支撐胎架卸載技術(shù)

大跨度鋼桁架穹頂組合網(wǎng)殼采用“地面拼裝、分段或分塊吊裝、高空對(duì)接”的方式進(jìn)行安裝時(shí)，主桁架、環(huán)桁架和穹頂下方設(shè)置了足夠強(qiáng)度和剛度的支撐胎架，以確保安裝過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)在高空中的穩(wěn)定性及整個(gè)施工過(guò)程的安全。鋼結(jié)構(gòu)安裝、焊接完畢并形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系以后，需進(jìn)行支撐胎架的卸載，以確保分步有序地將胎架所受的力傳遞到結(jié)構(gòu)上。卸載施工就是將支撐體系與結(jié)構(gòu)脫離、內(nèi)力重新分布、結(jié)構(gòu)自重由自身承載的過(guò)程。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及支撐點(diǎn)的分布情況，參考軟件模擬計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)不同支撐點(diǎn)位的反力值差距較大，環(huán)桁架下支撐點(diǎn)反力較大，中心穹頂與徑向桁架下支撐點(diǎn)反力相對(duì)較小。根據(jù)這一特點(diǎn)，決定采用分區(qū)、分級(jí)砂漏卸載工藝，即通過(guò)砂漏套筒控制位移實(shí)現(xiàn)荷載平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。卸載過(guò)程如下：第1大步：分級(jí)卸載徑向桁架下方的支撐胎架；第2大步：分級(jí)卸載中央弦支穹頂中心胎架；第3大步：對(duì)稱、同步、分級(jí)卸載環(huán)桁架下方支撐胎架。環(huán)桁架胎架卸載時(shí)，采用對(duì)稱原則，長(zhǎng)軸和短軸方向的支撐胎架分成兩組，每組安排工人同時(shí)進(jìn)行卸載操作，依次輪流卸載，直至結(jié)構(gòu)脫空。

通過(guò)卸載模擬分析，同時(shí)考慮到卸載過(guò)程的安全性和便利性，卸載時(shí)第1級(jí)統(tǒng)一為1cm，后續(xù)每一級(jí)為2cm。為確保同步，各點(diǎn)位操作者必須在全部點(diǎn)位完成上一級(jí)卸載后方可開始下一級(jí)卸載操作。由于卸載工藝合理，組織準(zhǔn)備充分，Ｃ，Ｅ 館均在半天時(shí)間內(nèi)完成了全部卸載工作，整體卸載過(guò)程安全、平穩(wěn)，經(jīng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)下?lián)现?，C館最大下?lián)现翟?cm左右，E館最大下?lián)现翟?cm左右，與計(jì)算值基本吻合。

結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)大跨度鋼桁架穹頂組合網(wǎng)殼這一新型大跨度空間結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)施工中的深化設(shè)計(jì)、安裝方案、支撐胎架設(shè)置、拉索安裝與張拉、支撐胎架卸載等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析與研究，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)并在施工全過(guò)程模擬計(jì)算分析的基礎(chǔ)上選用了合理的施工方案。工程的順利實(shí)施驗(yàn)證了其可行性和準(zhǔn)確性，可作為類似新型結(jié)構(gòu)體系施工的參考。

（作者：陳橋生，潘榮娟，金平，趙奮，更多詳情請(qǐng)查閱《施工技術(shù)》2014年第14期，轉(zhuǎn)載請(qǐng)務(wù)必注明出處）