超大體量轉(zhuǎn)換桁架層成套綜合施工技術(shù)

國家會議中心二期項目地上3層，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層（標(biāo)高20.000?m）以下（首層）為鋼管混凝框架–組合抗震墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層以上（2層及以上）為鋼管混凝土框架–支撐結(jié)構(gòu)體系，局部大跨度屋面采用平面桁架和索承網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系。主要屋頂高度為44.85?m（局部出屋頂高度為51.78?m），總建筑面積40.9萬㎡，總用鋼量達(dá)12萬t。國家會議中心二期項目是2022年冬奧場館中開工最晚、體量最大、任務(wù)最重的工程，根據(jù)工期安排，轉(zhuǎn)換桁架工期僅2個月。該工程地上首層（標(biāo)高±0.000~20.000?m）為轉(zhuǎn)換桁架層，分南北兩區(qū)，為大空間會議廳及會展廳，其中會議廳為面積72?m×108?m的無柱大空間，會展廳為面積81?m×120?m及81?m×114?m的2個無柱大空間。轉(zhuǎn)換層桁架為大跨度矩形鋼桁架，在標(biāo)高12.050~19.750?m位置的桁架高7.7?m，最大構(gòu)件截面為□1?500×1?200×80×80，最強(qiáng)材質(zhì)為Q390GJC，單榀主桁架最重約800?t。會議區(qū)層跨度方向有9榀主桁架，長度方向設(shè)3榀次桁架，總量約9?000?t，上部標(biāo)高20.000~30.000?m的結(jié)構(gòu)（含樓板）重約4?600?t；展覽區(qū)轉(zhuǎn)換桁架層平面尺寸為81?m×234?m，跨度方向有18榀主桁架，長度方向設(shè)置3榀次桁架，總量約1.6萬t，上部標(biāo)高20.000~30.000?m的結(jié)構(gòu)（含樓板）重約1.2萬t（圖1、圖2）。會議廳及展覽廳結(jié)構(gòu)均采用多點(diǎn)支撐＋高空原位安裝。圖1??主要空間布置示意圖2??會議廳轉(zhuǎn)換桁架示意1??轉(zhuǎn)換桁架施工重點(diǎn)及難點(diǎn)（1）鋼結(jié)構(gòu)工程體量巨大，焊接工程量大，工期要求緊。（2）邊設(shè)計邊施工，深化設(shè)計量大且結(jié)構(gòu)體系豎向多變，構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，深化設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計幾乎同步進(jìn)行。（3）需合理選用施工方法和重型機(jī)械設(shè)備。（4）巨型轉(zhuǎn)換桁架承受上部結(jié)構(gòu)，其剛度、自重及支撐上部荷載大，須減小桁架對端部支撐結(jié)構(gòu)的影響，特別是上部荷載引起附加彎矩的影響。2轉(zhuǎn)換桁架安裝2.1施工方案經(jīng)綜合考慮整體工期、安全性、經(jīng)濟(jì)性及施工質(zhì)量可控性等因素，選取2套最優(yōu)方案，通過多輪論證比選，放棄了地面拼裝＋整體提升的方案，采用塔式起重機(jī)高空原位安裝＋汽車式起重機(jī)配合吊裝的方案。方案確定后，根據(jù)現(xiàn)場情況逐步優(yōu)化原位安裝支撐體系及桁架分段，形成最終方案。2.2施工方法2.2.1轉(zhuǎn)換桁架分段根據(jù)桁架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、起重機(jī)起重量及施工順序?qū)﹁旒軐舆M(jìn)行分段劃分（圖3）。主桁架下弦分段距節(jié)點(diǎn)2.0?m，分段最長約13?m，最重分段重約22.97?t；主桁架上弦分段距節(jié)點(diǎn)1.5?m，分段最長約12?m，最重分段重約28.21?t；腹桿分段最重約7.0?t。圖3?轉(zhuǎn)換層主桁架分段示意2.2.2轉(zhuǎn)換桁架支撐體系支撐體系采用

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609×16軌道支撐，位于地下混凝土柱頂位置，共63個支撐點(diǎn)。混凝土柱頂預(yù)埋1?100?mm×1?100?mm×20?mm鋼板，支撐體系與鋼板焊接固定并沿主桁架方向設(shè)H400×400×13×21通長鋼梁以增強(qiáng)整體穩(wěn)定，橫向采用

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219×10鋼管拉結(jié)（圖4）。圖4支撐架軸測示意2.2.3轉(zhuǎn)換桁架起拱根據(jù)設(shè)計要求，大跨度桁架安裝過程中主桁架需起拱，最大起拱值為65?mm；通過Midas軟件對桁架卸載與標(biāo)高20.000~30.000?m層結(jié)構(gòu)施工完成后的狀況進(jìn)行模擬驗算，撓度值分別為27?mm與40?mm。2.2.4轉(zhuǎn)換桁架安裝（1）轉(zhuǎn)換桁架原位安裝：采用塔式起重機(jī)安裝主構(gòu)件+汽車式起重機(jī)械安裝次構(gòu)件的組合安裝方式。（2）轉(zhuǎn)換桁架施工時選擇現(xiàn)場6臺塔式起重機(jī)進(jìn)行吊裝及轉(zhuǎn)料，其中1號、3號起重機(jī)型號為STT2200，最大回轉(zhuǎn)長度72?m；2號起重機(jī)型號為S1200，最大回轉(zhuǎn)長度70?m；7號、9號起重機(jī)型號為D1100，最大回轉(zhuǎn)長度分別為50?m和60?m；8號起重機(jī)型號為D2500，最大回轉(zhuǎn)長度80?m。（3）采用4臺50?t汽車式起重機(jī)配合吊裝支撐體系工裝及桁架次桿件，以減少塔式起重機(jī)吊次以免影響主桁架施工進(jìn)度，加快整個桁架層施工速度

（圖5）。圖5汽車式起重機(jī)械輔助吊裝（4）施工流程為：安裝中部兩軸線桁架下弦（以兩榀為一個單元從中間向兩側(cè)進(jìn)行），連接桁架之間的橫向連系桿件及次桁架下弦→安裝上下弦直腹桿→安裝桁架上弦，安裝兩榀桁架上弦間的連接鋼梁→安裝上下弦之間的斜腹桿，之后從中部2個軸線依次向兩側(cè)安裝鋼桁架，直至全部安裝完成（圖6）。隨鋼結(jié)構(gòu)安裝逐步進(jìn)行焊接后澆筑桁架層混凝土。待混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度置換液壓頂升油缸進(jìn)行卸載，最后拆除桁架下方的臨時支撐架。圖6轉(zhuǎn)換桁架安裝2.2.5轉(zhuǎn)換桁架卸載轉(zhuǎn)換桁架的卸載需待標(biāo)高19.900?m桁架層樓板混凝土澆筑完成并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后進(jìn)行，使該層混凝土樓板參與桁架層整體受力。在桁架層四周端部支撐位置設(shè)置后澆帶，后澆帶寬度為800?mm，標(biāo)高19.900?m桁架層卸載時不澆筑，待標(biāo)高30.000?m框架結(jié)構(gòu)及混凝土樓板澆筑完成后再進(jìn)行封閉。根據(jù)卸載前支撐架的反力計算，最大支撐反力為1?255?kN，采用35臺超高壓頂升油缸進(jìn)行同步卸載。轉(zhuǎn)換桁架卸載支撐點(diǎn)布置如圖7所示，卸載順序

如下。圖7轉(zhuǎn)換桁架支撐點(diǎn)布置（1）圖7中陰影區(qū)域28個支撐點(diǎn)由中間向角部順序切除，其余35個支撐點(diǎn)置換液壓頂升油缸并逐級加載達(dá)到支撐點(diǎn)計算反力值。（2）35個頂升油缸支撐點(diǎn)由中間向四周切除，轉(zhuǎn)換桁架層由35個頂升油缸支撐承載。（3）35個頂升油缸經(jīng)總控制柜進(jìn)行自動同步卸載，分5次逐級卸載，每次卸除頂升油缸豎向力的20%，每級時間間隔2?h用于對結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測。（4）全部卸載完成后靜置24?h，經(jīng)驗收合格后撤除頂升油缸。3施工監(jiān)測針對本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所用施工方法，大跨度轉(zhuǎn)換桁架結(jié)構(gòu)采用目前最先進(jìn)的智能監(jiān)測系統(tǒng)開展施工階段精度監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括鋼結(jié)構(gòu)桁架關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力、鋼柱應(yīng)力、臨時支撐應(yīng)力（振弦式應(yīng)變計+自動采集系統(tǒng)+定制軟件）。在轉(zhuǎn)換桁架主次桁架布設(shè)應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)24個，桁架跨中布設(shè)變形監(jiān)測點(diǎn)3個，基準(zhǔn)點(diǎn)1個，鋼柱布設(shè)應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)10個，臨時支撐柱監(jiān)測點(diǎn)12個。3.1主次桁架轉(zhuǎn)換位置應(yīng)力及變形監(jiān)測會議廳主次桁架跨度達(dá)72?m，需選取主次轉(zhuǎn)換桁架應(yīng)力及變形較大的弦桿和腹桿進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，共布置應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)24個、變形監(jiān)測點(diǎn)3個，再加1個位移基準(zhǔn)點(diǎn)，具體位置如圖8所示。（a）

（b）（c）（d）（e）圖8轉(zhuǎn)換層桁架監(jiān)測點(diǎn)布置示意（a）監(jiān)測桁架三維圖；（b）監(jiān)測次桁架1（軸）；

（c）監(jiān)測主桁架2（1/軸）；（d）監(jiān)測主桁架3

（軸）；（e）監(jiān)測桁架4（軸）3.2桁架鋼柱及臨時支撐柱應(yīng)力監(jiān)測會議廳主次桁架梁柱連接為剛接節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換桁架安裝與卸載過程中需監(jiān)測鋼柱5根，考慮偏心荷載作用，每根柱需在受彎方向?qū)γ嬖O(shè)2個監(jiān)測點(diǎn)，共設(shè)10個應(yīng)力傳感器。

根據(jù)結(jié)構(gòu)易損性分析臨時支撐應(yīng)力監(jiān)測選取跨中及邊跨受力較大的6根臨時支撐柱（圖9），在每根臨時支撐柱上設(shè)2個傳感器。圖9轉(zhuǎn)換桁架臨時支撐柱應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)位置會議廳主次桁架轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)關(guān)鍵應(yīng)力采用振弦式應(yīng)變計進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，固定方式為焊接；桁架位移采用靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，固定方式為焊接。振弦式應(yīng)變計和靜力水準(zhǔn)儀采用帶有4G傳輸?shù)慕庹{(diào)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，云平臺自動接收數(shù)據(jù)、分析和展示。系統(tǒng)在卸載前2?d完成建設(shè)與調(diào)試。卸載當(dāng)日以每10?min采集1次的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。

卸載過程中，轉(zhuǎn)換層主次桁架的應(yīng)力實測值

表明。（1）所有監(jiān)測數(shù)據(jù)均真實有效地反映了轉(zhuǎn)換層主次桁架實際豎向卸載過程中桿件的應(yīng)力變化。（2）根據(jù)前期水平支撐卸載監(jiān)測結(jié)果已將部分?jǐn)?shù)據(jù)異常的監(jiān)測儀器進(jìn)行更換或修復(fù)，故豎向卸載過程中系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，未發(fā)生數(shù)據(jù)大規(guī)模異常，測點(diǎn)數(shù)據(jù)均正常。數(shù)據(jù)均已存儲于本項目監(jiān)測云平臺內(nèi)，可隨時查詢和導(dǎo)出，用于卸載情況分析。該階段監(jiān)測系統(tǒng)工作正常，不影響后續(xù)施工。（3）分析各階段的測試數(shù)據(jù)可知，在卸載進(jìn)行的小步驟內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)均有隨卸載步驟變動的趨勢，卸載完成后施工停歇期數(shù)據(jù)平穩(wěn)，與施工過程對結(jié)構(gòu)的影響變化規(guī)律相符。從定性分析角度表明卸載過程是可控的，例如測點(diǎn)B-YG-C1-4在上午9∶00頂升油缸開始第一次同步卸載開始時應(yīng)力變化為10?MPa左右；10∶20頂升油缸開始第二次同步卸載時應(yīng)力變化為2?MPa左右；12∶43頂升油缸開始第三次同步卸載時應(yīng)力變化為2?MPa左右；14∶02頂升油缸開始第四次同步卸載時應(yīng)力變化為2?MPa左右；16∶05頂升油缸開始最后一次同步卸載，其應(yīng)力值穩(wěn)定在19?MPa與模擬值完全吻合，說明監(jiān)測系統(tǒng)可準(zhǔn)確獲取卸載過程轉(zhuǎn)換層桁架受力變化狀態(tài)。卸載過程中，轉(zhuǎn)換層主次桁架下?lián)蠈崪y結(jié)果

表明。采用上述，技術(shù)進(jìn)行整體控制，轉(zhuǎn)換桁架