上海f1國際賽車場鋼筋結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)

1、F1國際賽車場鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)1工程基本情況1.1工程概況F1國際賽車場位于市嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)，是一座具有世界一流水準(zhǔn)的公共建筑。整個賽車場包括 賽道、主、畐情臺、新聞中心、空中餐廳等各種配套設(shè)施。圖1 F1國際賽車場主看臺和新聞中心、空中餐廳看臺部分及新聞中心、空中餐廳是整個工程的主體結(jié)構(gòu)，造型新穎別致。主、副看臺屋蓋均為懸臂鋼結(jié)構(gòu)，其中主看臺為獨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)越性和競爭性，空間桁架結(jié)構(gòu)具有受力合理，抗震性能好的特點。新聞中心、空中餐廳總重量

2、為 5700t。1.2結(jié)構(gòu)特點主看臺設(shè)計采用一般體育場大跨度、大空間的特點，與以往工程不同的是整個屋蓋設(shè)計成兩頭懸臂式樣，中間采用獨立勁性鋼柱為支承點。整個屋蓋系統(tǒng)荷載全靠獨立勁性鋼柱承擔(dān)及平衡， 對結(jié)構(gòu)整體撓度及安裝要求非常高。在主看臺兩端各有一座輔助建筑：新聞中心和空中餐廳。 這兩個建筑為對稱結(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)的全部荷載通過兩榀鋼桁架傳給砼筒體與主看臺結(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)

3、計，可以降低整個建筑的含鋼量指標(biāo)。圖2主看臺懸臂結(jié)構(gòu)和新聞中心、空中餐廳桁架結(jié)構(gòu)2施工難點2.1預(yù)埋勁性鋼柱安裝主看臺（12.7228.00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16.8828.96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12.6030.00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

4、難度主要體現(xiàn)在以下幾個方面：a）精度要求高長達(dá)400米的鋼結(jié)構(gòu)安裝，僅以常規(guī)的軸線偏差值來進(jìn)行現(xiàn)場控制是不夠的。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。b）交錯施工多與勁性結(jié)構(gòu)同時施工的有土建的鋼筋、混凝土，安裝的管線等，各專業(yè)施工隊伍在同一施工區(qū)域交叉進(jìn)行施工，使整個施工現(xiàn)場一直處于復(fù)雜多變的施工環(huán)境，加大了施工的難度。c）主副看臺為清水混凝土結(jié)構(gòu)由于主副看臺為清水混凝土結(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。2.2 主看臺懸臂鋼梁安裝過

5、程中的穩(wěn)定控制主看臺懸臂鋼梁包括前后懸臂梁， 梁的根部與獨立勁性鋼柱固定， 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， 必須在施工過程中控制懸臂梁的 彎矩值， 也就是控制懸臂梁在平面的穩(wěn)定。 如果在懸臂梁的懸挑端設(shè)置一臨時支撐， 那么懸臂梁 的穩(wěn)定可以控制，但是選用什么作為臨時支撐呢？如此高的支撐穩(wěn)定性、強度能滿足荷載要求 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？所有問題都需經(jīng)過計 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)在以下幾個方面：a) 鋼桁

6、架自重大、跨度大、截面高，因此在選用施工機械方面有困難，如果整體安裝，需選用 一臺超大起重量的機械設(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， 長度將近 50米， 重 達(dá) 263 噸，需要兩臺 300 噸履帶吊雙機抬吊才能滿足安裝要求， 而且在安裝過程中吊機還要負(fù)載 行走一段距離，對吊機的性能、施工條件等工況要求極高，每個環(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支架作為節(jié)點的臨時擱置點，因此支架的選用也是個問題，支架

7、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2.4 臨時支架的卸載問題因此施工結(jié)束后， 必須進(jìn)行是一個力的轉(zhuǎn)移過程，通過對直至臨時支架全部拆除， 荷載也可能會造成支架受力不均， 支架本工程鋼結(jié)構(gòu)施工過程中， 都運用臨時支架作為結(jié)構(gòu)的臨時固定，拆除，使結(jié)構(gòu)恢復(fù)自由狀態(tài)。支架的拆除過程也就是所謂的卸載， 臨時支架的逐漸拆除， 荷載也逐漸由臨時支架向其它結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移， 轉(zhuǎn)移完畢，整個卸載過程完成。在整個卸載過程中，荷載轉(zhuǎn)移是一個不確定因素，控制不好，的強度、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

8、面進(jìn)行控制：由于全站儀是a) 測量控制利用全站儀對勁性鋼結(jié)構(gòu)及埋件進(jìn)行定位控制是此次主要采用的測量控制方式。坐標(biāo)定位，所以在定位及復(fù)核控制時可有效地避免建筑物長而引起的累積誤差。b) 鋼筋處理勁性柱預(yù)埋件的原有箍筋形式是穿過鋼結(jié)構(gòu)柱體， 既影響鋼結(jié)構(gòu)性能， 又不便于施工， 會延長 施工工期，是一種不合理的形式。經(jīng)過與設(shè)計的協(xié)商及討論，對箍筋形式進(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 (1500X 800),這就造成混凝土澆搗

9、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。混凝土施工的機械根據(jù)混凝土的澆搗面及高度主要采用50、75的振動棒，在勁性結(jié)構(gòu)外側(cè)由于鋼筋較為密集故選用 50 的振動棒，而勁性結(jié)構(gòu)側(cè)由于混凝土澆搗高度約為16米，故特定了16 米長的 75 振動棒。材料的控制及機械的適當(dāng)選用使混凝土的結(jié)構(gòu)密實，外觀色面一致， 達(dá)到清水混凝土的表觀要求。d) 高強度砂漿灌漿預(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收縮灌漿料。灌漿時砼表面必須堅固、無灰塵、油、油脂、水泥浮漿、修補物等雜質(zhì)。使用小鑿子使施工面粗糙。在澆灌前必須 使?jié)补?/p>

10、面被水浸透至少 4 小時。 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相對另一邊(灌漿料冒岀處)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保證灌漿時的落差。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

11、 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，采用了8cm高強度沙漿。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)的安裝對于體育場所中的懸臂結(jié)構(gòu)，我們有許多施工實例可借鑒，最類似的要數(shù)八萬人體育場鋼屋蓋的施工了。因此，我們自然想到用臨時支撐作為施工中懸臂端的臨時擱置點，以解決鋼梁平面穩(wěn)定性問題。通過對荷載進(jìn)行計算，決定采用$ 609鋼

12、管作為臨時支撐，鋼管根部與事先埋設(shè)在看 臺砼結(jié)構(gòu)上的埋件相連，上部通過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 （即場外一段）離開地面比較高，如果也采用$ 609鋼管作為臨時支撐, 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。通過受力分析，我 們決定在鋼柱頂上立一根臨時鋼管，然后在鋼管上設(shè)計一節(jié)點板，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)定問題。圖3主看臺懸臂鋼結(jié)構(gòu)安裝3.3巨型鋼桁架的安裝巨型鋼桁架兩端通過轉(zhuǎn)換桁架與主看臺及砼塔樓連接，兩榀鋼桁架之間通過聯(lián)系梁連接，組成一個空間框架體

13、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。對于這樣的鋼桁架，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，沒有超大起重量的吊機是不行的，根據(jù)現(xiàn)有的機械設(shè)備考慮，決定放棄該方案。于是，我們又提岀采用提升工藝，但是經(jīng)過仔細(xì)分析，這種工藝不太適合本工程，因為鋼桁架一端是塔樓，作為提升支架是沒問題的，而另一端是主看臺，側(cè)向都是空的，沒法作為提升支架用，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

14、。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，但是真正實施是有一定難度的。因此，在施工過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)場施工質(zhì)量。b）嚴(yán)格控制鋼桁架連接點的位移及標(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）臨時支架使用前對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）為了保證鋼桁架對接口位置準(zhǔn)確，臨時支架的高度必須進(jìn)行實際驗算，而且支架表面平整度 要好。e）為了解決臨時支架的穩(wěn)定問題，我們擬采用型鋼及浪風(fēng)鋼絲繩進(jìn)行加固。靠近砼結(jié)構(gòu)的臨時支架通過型鋼與結(jié)構(gòu)埋件連接固定，其余獨立支架可用浪

15、風(fēng)鋼絲繩臨時固定，并且相鄰兩個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優(yōu)點:a）通過對鋼桁架進(jìn)行分段，減少吊裝起重量，在施工機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)時間。為保證施工方案能夠有效實施，在施工前須經(jīng)過一些驗算分析：a）對鋼桁架分段后的確切重量一定要核實。b）對節(jié)點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驗算要如實反映。圖4空中餐廳巨型桁架吊裝3.4臨時支撐卸載為了確保卸載過程的安全，首先，我們將整個結(jié)構(gòu)，包括臨時支架在，建立一個模型，通過計 算軟件分析得岀卸載前每個臨時支架的受力情況。其次，根據(jù)計算確定支架拆除順序及

16、卸載量， 由于考慮支架的承受能力，拆除過程分幾次完成。最后，通過計算我們還可以知道在卸載過程中荷載是如何轉(zhuǎn)換的，又是如何回歸至零。卸載時荷載對整個結(jié)構(gòu)的沖擊力比較大,因此卸載前一定要確保整個結(jié)構(gòu)已連成一個整體,止結(jié)構(gòu)局部受力不均，造成破壞。4 工程實施與效益F1 國際賽車場鋼結(jié)構(gòu)工程具有施工難度大、施工工期緊、設(shè)計要求高、技術(shù)含金量高等特點。 針對大跨度、 大噸位、 超長懸臂鋼結(jié)構(gòu)和巨型空中桁架結(jié)構(gòu)的工程特點和施工難點， 經(jīng)過研究開 發(fā)和技術(shù)方案優(yōu)化，在主看臺鋼結(jié)構(gòu)安裝中采用“單機起吊、空中接力、雙機抬吊” 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“分段雙機抬吊安裝，支架承重；空中對接，整 體卸載”的施工工藝， 解決了施工場地限制、 施工機械能力限制等問題， 攻克了特殊施工工藝的 一些關(guān)鍵難點，達(dá)到了業(yè)主和設(shè)計要求，通過大家一致努力，順利完成該工程， 取得了較好的經(jīng) 濟(jì)效益和社會效益。4.1 經(jīng)濟(jì)效益在主看臺懸臂主梁的安裝中，由于施工方案的優(yōu)化，在確保安全的前提下改進(jìn)臨時支撐措施， 降低施工成本數(shù)十萬元。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，作為臨時支撐，取代原設(shè)計采用鋼管或型鋼作為臨時支撐，既經(jīng)濟(jì)又安全，節(jié)約成本四十多萬元。另外，原方案新聞