宜兴文化中心大剧院钢结构施工关键技术
图1兴文化中心建筑效果
作者：杨国松1，李涛2，吴文平1，秦山虎2，丁剑强1，吴立辉1
（1.江苏沪宁钢机股份有限公司；2.北京建工集团有限责任公司）
1、工程概况
宜兴文化中心位于宜兴市东氿新城启动区核心位置，具有推进东氿新城建设，进一步完善城市功能，提高城市品位的发展战略意义。文化中心包括大剧院、科技馆、博物馆、美术馆、图书馆及公共文化建筑（见图1），其中大剧院建筑面积约4万㎡，正立面由自由曲面的玻璃幕墙和流线形的金属幕墙组成，如舞台上的幕布从底下掀开，隐喻大剧院是“永不落幕的舞台”。建筑功能含座大剧场、座音乐厅、5厅电影院以及其他公共后勤服务等，地下室设有车库、舞台机坑等。大剧院室外钢结构为纵、横向钢桁架，支撑于混凝土结构外墙及落地钢管柱上，其结构如图2所示。
a结构轴测图
b结构立面
图2大剧院结构示意
2、钢结构吊装方案
大剧院室外钢结构主要包括屋顶钢桁架以及落地钢柱，桁架高2.5m，最大跨度42m，最大质量42t；落地钢管柱截面Φ×40，安装高度达26m，自重约30t。由于桁架截面大、跨度大、质量大，且主体结构有一层混凝土地下室结构（混凝土需先行施工），因此钢结构安装难度非常大。为减小分段吊装作业半径，在地下室顶板设置一条起重机行走通道，屋面桁架采取分段吊装、高空对接的总体施工方案；主要施工吊装机械为2台t履带式起重机和4台土建塔式起重机；大型吊装单元采用履带式起重机吊装、小型构件用塔式起重机辅助吊装，其吊装机械布置如图3所示。
图3吊装机械布置示意
室外钢柱安装施工时，由于与柱脚埋件及桁架节点均采用向心关节轴承节点，因此钢柱定位时需采取有效措施确保稳定。考虑到本工程钢柱直径为mm，有足够的空间在柱底板销轴耳板的外侧设置小短柱支撑，且钢柱为垂直构件，无侧向倾斜。经计算在埋件板与钢柱端部封板之间设置支撑钢管（4根Φ89×6钢管），既可起到支撑钢柱，使其不发生倾斜失稳的支撑作用，又起到定位钢柱标高，有利于安装销轴的定位作用，如图4所示。
图4节点支撑钢管
桁架地面整体拼装，外形尺寸及焊缝检测合格后，利用t履带式起重机分段进行安装，同时在桁架分段位置设置格构式临时支撑。
3、起重机行走通道设置
综合考虑混凝土结构及钢结构分段特性，履带式起重机行走通道搭设在轴线上，在标高-0.m的地下室顶板上架设重型钢路基箱形成起重机通道。
由于起重机行走和作业产生的荷载已经远大于楼面设计荷载，为保护混凝土楼面梁、柱不被破坏，采用路基箱铺设在混凝土柱柱顶，并在沿起重机行走方向的柱两侧设置独立钢管支撑，与混凝土柱共同受力；由于横向路基箱宽度为2m，而在其铺设区域下方混凝土柱截面为mm×mm，因此有部分荷载将由混凝土框架梁来承担。为确保施工荷载不会导致混凝土结构梁剪切破坏和产生斜裂纹，故在混凝土框架梁端部设置独立钢管柱支撑，使施工荷载通过路基箱、混凝土梁、钢管柱支撑传递至混凝土基础平台，如图5所示。
a平面
b纵剖面
c混凝土梁加固支撑轴测图
图5起重机行走通道示意
4、起重机行走通道计算
4、1起重机荷载参数
在路基箱上施工作业的起重机为QUY型履带式起重机，施工工况为42m主臂、60m副臂的塔式起重机工况，履带式起重机自重t，后配重t，按吊装分段最大质量45t的荷载考虑，其作业总荷载为kN。
4、2通道验算
1）路基箱计算路基箱由4根H型钢、顶板和底板等焊接组成，型钢截面为H××13×24，顶板和底板用钢板厚度为20mm，材质为QB。
路基箱最大跨度为18m，最不利受力状态为履带位于18m跨跨中时，路基箱承受线荷载kN/m，计算模型如图6所示。
图6路基箱受力模型(单位：kN/m)
2）临时支撑计算起重机通道端部设有截面2m×2m的临时支撑，支撑竖向主管Φ×10，腹杆Φ89×5，材质QB。当起重机位于支撑顶部时支撑受力最为不利，偏于保守考虑，起重机所有自重荷载均由临时支撑承担，即每个临时支撑竖向主管承受kN集中力。
3）混凝土结构与独立支撑验算考虑路基箱宽度为2m，起重机荷载将通过路基箱传递至混凝土柱及独立支撑钢管（Φ×16，材质QB），从结构安全角度考虑，假定通道上的起重机荷载传递至横向路基箱时，其荷载全部由下部的独立支撑钢管承担，故混凝土梁端部受力按集中力考虑，荷载点距柱中心1m，荷载为÷4=.5kN，考虑路基箱自重后按1kN计算。根据混凝土结构设计图可知，混凝土梁最小截面为mm×mm（轴处?，轴处?），若此处混凝土梁受力可满足要求，则其余梁也可满足，计算模型如图7所示。
4）计算结论通过有限元软件Midas计算分析，在起重机施工荷载作用下，路基箱最大变形50mm，最大应力MPa；端部临时支撑最大变形为1mm，最大应力为41MPa；混凝土结构最大变形为1mm，最大应力比0.66；独立钢管柱最大应力为64MPa，最大应力比为0.35。以上结果除路基箱变形较大，其挠跨比50/10=1/，略＞1/，其余验算结果均满足施工规范受力要求。
在大剧院钢结构安装过程中，对路基箱、临时支撑进行变形观测，对混凝土梁、柱进行裂缝观察；观测结果显示：履带式起重机空载行走时，路基箱挠度为36mm，吊装作业时，路基箱挠度为42mm；临时支撑最大变形8mm，第3次起重机行走后，变形值稳定；混凝土柱及混凝土梁端部未产生裂纹。
经分析，其原因可能为：①路基箱计算时，取计算长度为18m，未考虑横向路基箱宽2m因素；同时起重机施工荷载均取最大值，安全储备系数较大。②临时支撑下部为开挖地基土，虽经压实处理，但仍存在部分沉降。但此支撑位于通道端部，故此沉降对支撑体系影响小。
5、结语
根据结构具体形式特点，设置钢路基箱起重机行走通道，减小了吊装作业半径、减小了使用起重机吨位，消除了混凝土地下室先行施工的不利影响，使结构安装方案更为经济合理；通过对通道路基箱、钢管支撑及混凝土梁进行模拟力学分析，计算时富余一定的安全系数，确保钢结构施工安全、经济、可靠，同时为同类钢结构安装提供了参考。
本文摘自《施工技术》杂志年第21期，论文下载及更多技术论文以治疗白癜风为主北京白癜风治疗最好的医院是哪家
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