烟台文化中心钢结构安装施工难点分析

　　摘要：烟台文化中心钢结构工程汇集了建筑钢结构工程几乎所有的结构形式，结构新颖，形式多样，造型独特，施工安装难度高。工程从结构主体框架开始，到主体封顶，再到屋面造型，都有钢结构的存在。文章对烟台文化中心钢结构安装的施工难点进行了分析。 

　　关键词：烟台文化中心；钢结构工程；施工难点；建筑工程；钢骨柱梁 

　　烟台文化中心钢结构工程，荟萃了建筑钢结构工程几乎所有的结构形式，结构新颖，形式多样，造型独特，施工安装难度高。工程从结构主体框架开始，一直到主体封顶，再到屋面造型，都有钢结构的存在。随着主体施工同步进行历时两年，总共完成钢结构3000 

　　多吨。 

　　按照施工部位分为：劲性混凝土中的钢骨柱梁；大剧院屋顶钢结构；大剧院屋面大石头造型；京剧院小石头造型；C区屋面飘板钢结构；C区石头造型钢结构；B区飘板网架及钢管柱结构；A区博物馆屋顶钢结构；大剧院、京剧院、青少年剧院顶部吊挂、马道、音桥钢结构等。按照结构形式分为：焊接H型钢柱梁、焊接十字型、丁字型柱；焊接球网架；大直径钢管混凝土；由H型钢组焊成的大跨度钢桁架；钢管桁架等。下面就几个代表性的工程实例进行总结介绍。 

　　1 劲性混凝土钢骨柱梁 

　　1.1 本工程的钢骨柱梁的特点 

　　1.1.1 钢板厚度较大，材质为低合金结构钢，焊接性能较差，焊接要求高。 

　　1.1.2 截面种类较多，焊接空间少，焊接操作困难，焊接变形不易控制。焊接工字梁最大的截面高度能达到1.7m。 

　　1.1.3 对接焊缝等级高，全部为一级焊缝。尤其是施工现场环境恶劣，现场对接一级焊缝不易实现。 

　　1.1.4 现场安装困难。由于工程投标时地面以上的结构图纸不完备，现场的塔机分布没有考虑钢骨柱梁的吊装，部分区域塔机覆盖不到，导致此部分钢骨柱梁安装全部采用人工倒运，人力吊装。 

　　1.1.5 构件重量大，吊装困难。由于现场塔机的起重能力有限，而由厚板焊接成的钢骨柱梁重量大，吊装困难。 

　　1.2 最佳的施工解决方案 

　　根据工程特点，建设、设计、施工单位提出多个制作安装方案进行讨论优化组合，最后形成最佳的施工解决方案。 

　　1.2.1 针对低合金钢厚板的焊接，进行严格合理的焊接工艺评定工作，焊接过程中严格按照焊接工艺评定的参数进行焊接操作，工厂内对所有二级以上的焊缝进行100%自检，并请市质监部门进行第三方的检验 

　　监督。 

　　1.2.2 对于十字形和T字形的截面焊接操作空间困难的情况，工厂内预先按照1∶1比例制作好样板进行参照。为控制焊接变形，采用对称焊、间断焊等合理的焊接顺序，保证构件不变形。 

　　1.2.3 焊接工艺保证达到一级焊缝的要求。工厂内对接焊缝采用面K型坡口，单面焊接完毕背面清根保证焊透，埋弧自动焊焊接。对于现场的对接一级焊缝，采用二氧化碳气体保护焊焊接，药芯焊丝，工厂内加工好单面V型坡口，托底垫板焊接，保证底部间隙在6mm以上。现场接头采用临时定位板使用高强螺栓进行临时固定，焊接完毕后割除磨光。 

　　1.2.4 对于塔机覆盖不到的部位钢骨柱梁的吊装，使用塔机将构件吊运至最远处，使用滚杠、撬杠等工具将构件人工倒运至吊装位置，现场搭设三角形吊装支架，使用电动葫芦或手拉葫芦进行钢骨柱梁的缓慢就位，待钢梁就位后立即搭设脚手架进行临时支撑，固定好后进行焊接。 

　　2 大剧院屋顶钢结构 

　　2.1 钢结构的施工难点 

　　2.1.1 单榀重量大，安装高度高，钢桁架的吊装非常困难。 

　　2.1.2 现场安装临时支撑要有足够的承载力，自身结构稳定，安装时不能导致结构变形，实施起来极其困难。 

　　2.1.3 厚板焊接，现场焊接工艺不易保证。 

　　2.1.4 现场安装如何保证设计要求的起拱度。 

　　2.2 具体措施 

　　2.2.1 由于施工现场无法进入汽车吊，使用了起重量最大的K40塔机布置在大剧院的施工部位。为了满足起重量的要求，将K40塔机设置在结构主体的内部，尽量靠近钢桁架的施工部位，距离越短吊起的钢桁架的重量越大，在其穿过楼板时留出施工洞，待钢结构施工完毕拆除塔机后再将预留洞重新浇筑封堵。 

　　为了保证桁架的整体受力不受影响，经与设计方北京京冶设计院沟通，同意施工时只能将每榀桁架分为3段吊装，空中拼接后焊接，根据现场K40塔机的吊装能力，几乎到了其吊装的极限，最远部位的吊装单元还是有点超重。为了解决这个问题，决定用北侧的80塔机辅助吊装最远的单元。 

　　现场吊装时，由专业指挥同步指挥两台塔机，统一协调，轻抬轻起，保证按照预先的吊装方案顺序进行钢桁架的吊装。 

　　2.2.2 由于起重机械的限制，所有钢桁架不能整体吊装，只能分段吊装后现场拼接，这就牵扯到现场的临时支撑问题。项目部考虑了很多支撑方案，结合考虑采用满堂脚手架的方案比较经济合理。 

　　搭设满堂脚手架支撑也有非常大的困难，那就是需要搭设的高度高。大剧院观众厅是阶梯式，可以根据脚手架的施工方案、依据地势进行搭设，脚手架支撑的最高处有21m。最难的是舞台部位的满堂脚手架，需要从地下室的基础筏板搭设到顶，搭设高度有45m，难度极大。各部门协作配合，通过严格计算和讨论，编制了专项脚手架施工方案，方案对舞台内脚手架自身内部加设水平和垂直方向剪刀撑外，还对脚手架的四周与结构框架柱进行了大量拉结，解决了脚手架的稳定性问题。 

　　2.2.3 为保证钢桁架的拱度，预先在脚手架支撑上，钢桁架的就位位置，脚手架立杆加密，在立杆上增加小横杆，按照钢桁架的起拱要求事先放线位置架设小横杆，为减少小横杆变形及钢桁架就位之后的调整，在每根小横杆下部加设顶丝顶住小横杆，这样就增加了脚手架支撑的稳定性并可在钢桁架就位后进行微量调整。 

　　3 屋面“大小石头”钢结构 

　　3.1 大小石头的施工难点 

　　3.1.1 钢桁架相贯节点加工困难。由于空间钢管的分布复杂和不规则多面体的自身特性，在大石头表面多面相交处，钢管相贯的特别多，造成此处节点结构复杂，钢管集中，角度较小。最复杂的节点钢管数量有 

　　8支。 

　　3.1.2 钢管规格多，各个钢管构件的相贯口都不一样， 制作和安装复杂。 

　　3.1.3 钢管桁架的空间跨度大，安装高度高，空间造型复杂，钢管桁架的空间定位放线、就位困难。 

　　3.2 采取的解决措施 

　　针对大小石头的工程特点，通过分析研究，采取以下措施： 

　　3.2.1 使用计算机设计加工软件Tekela进行空间建模，将节点的每支钢管的相贯口分解绘图、加工，在按照相贯顺序依次对相贯钢管进行编号1、2、3……，然后根据电脑上两支钢管的轴线偏差数值和角度关系先组装主管与1号支管，检查合格后立即进行相贯接口的焊接，焊接完成后再依次组装2号和3号支管、3号和4号支管，依次类推。 

　　3.2.2 为了实现空间钢桁架的精确加工，首先进行了钢桁架的精确放样，精确放样就需要进行精确的空间建模。使用Tekela软件对大石头进行空间建模，钢管相贯的精确放样，以现代科技的手段为钢桁架的加工制作提供了强有力的技术支持和品质保证。每支钢管构件都有对应的加工图，为了加工出来的构件不混淆，构件的表示显得极其重要。 

　　3.2.3 对于复杂的空间钢结构造型，其空间位置的放线控制历来是钢结构施工的难题，对于大石头这样的不规则多面体也是一样。 通过对大石头的整个体系进行了详细分析，发现整个大石头是由10个相对比较独立、各不相同、跨度很大的门式钢桁架所组成，如果将这10个门式桁架安装好之后，再加上事先加工好的相贯节点，整个大石头的整体外形就基本成型了，然后再以这10个门式桁架和相贯节点为基础，进行其他钢管构件、支撑等的放线。 

　　4 京剧院飘板网架及钢管柱钢结构 

　　4.1 此部分钢结构的施工难点 

　　4.1.1 焊接球网架是个倾斜的平面，连接B区和C 区屋面，网架的施工高度高。由于网架位于整体建筑的中部，大型吊装机械无法进入吊装，安装困难。 

　　4.1.2 大跨度网架的高空组装焊接，网架的起拱度不易保证。 

　　4.1.3 大直径、大厚度钢管柱市场上买不到，需要施工企业自己加工制作。 

　　4.2 具体的施工措施 

　　4.2.1 网架的安装方式优先采用的是整体吊装，其次是空中散装。由于地下室楼板的限制，大型吊装机械无法进入吊装，拔杆吊装也由于下面的钢管柱的妨碍而无法实现，只能空中散装方式。 

　　空中散装需搭设满堂脚手架，这个脚手架由于高度高（最高处接近30m）、四周没有支撑拉结固定点，又因网架是个倾斜面，搭设难度大，因此编制了可靠的脚手架专项施工方案。脚手架顶部，距离网架下弦30cm满铺架子板，安全网封闭好，操作工人就在架子板上进行网架的组装焊接。 

　　4.2.2 网架的最大跨度为41m，为保证在脚手架上空中组装起拱要求，预先在脚手架两边、对应着网架的每排下弦球处，立一根架子管，上面做好本排下弦球的标高标记，每排下弦球标杆之间拉线控制本排下弦球的标高和轴线，再在网架的跨度方向，拉一通长的钢丝来控制长度方向的轴线。预先算好每排下弦球的标高，再加上起拱高度，这样网架组装时拱度就自然显现出来了。由于脚手架上面加大垫块晃动过大，不易实现，我们在每个下弦球的位置全部加设脚手架用的顶丝，调整到下弦球的标高，很好地解决了这个问题。 

　　4.2.3 钢管柱的直径为1500mm，其中底部的两根钢管柱直径为2000mm，材质为Q345B，这么大直径的低合金结构钢管市场上根本买不到，只好购买钢板自己卷制加工。而且Q345B钢板强度大、厚度大，钢板卷制作非常困难。根据现场2514塔机的起重能力，把30多米的钢管柱分为6段进行卷制。卷制好后运至工地进行现场吊装、焊接。 

　　4.2.4 钢管柱的吊装，困难极大。把安装网架的满堂脚手架支撑，将其加固后作为安装钢管柱的临时受力支撑。每支钢管柱分6节吊装，由附近起重量比较大的2514塔机进行吊装。每吊装一节钢管柱，调整就位之后，先不松开吊钩，马上组织架子工进行支撑加固，加固完后才松开吊钩，转由脚手架支撑体系受力，然后再进行钢管对接接口的焊接，完毕后再进行下一节钢管柱的吊装，以此类推到顶。