1 工程概况
上海旗忠森林体育城网球中心主赛场屋面为高空旋转可开启式钢结构屋面。24.04m 标高以上部分为钢结构,由钢环梁以及钢屋面组成,钢环梁为倒梯形钢桁架结构, 重达1 780t , 上部投影外径达144m, 内径92m。环梁上平面3 根主弦管,下平面为2 根主弦管,上平面内外两侧弦管中心距达24m,下平面内外两侧弦管中心距为3m,钢环梁高7m。屋顶为8 片钢结构“叶瓣”组成,“叶瓣”支撑在钢环梁上,通过机械传动装置可旋转进行开启和闭合。每片“叶瓣”重达180t ,在各自的支点和转轴上同时进行旋转。
活动屋顶开关机械传动设备,是由8 片活动屋盖上分别配置各自独立的驱动装置组成。通过计算机操作控制,使8 套驱动装置同步运动,从而进行活动屋盖的开启运动。机械传动装置主要由转轴、支承台车、反力滚轮、轨道梁A、B、C 和夹轨器等组件组成。机械传动设备钢结构重量约1 020t 。
2 施工方案的选择
按照传统的钢结构安装思路,先沿混凝土结构外修建一条轨道,钢结构屋盖在周边场地拼装好后,用吊车吊起,沿轨道运至安装点并固定。采用此方法要求裙房结构一定要在钢结构屋盖安装完毕后才能施工,不能满足工期要求。经过反复比较分析,决定采用一点吊装、高空平面滑移,裙房结构同时施工的方案进行钢结构屋面安装。该技术难点主要包括滑移、滑移轨道的设计、垫板的选择、顶推设备的选择定位、滑移对底座结构的影响等。
3 滑移轨道的设计与施工
滑道由混凝土结构梁、钢导轨、滑块系统组成。滑道设置在钢环梁下弦杆下方,为两道环形滑道,直径分别为120m和126m圆弧上。为避开混凝土环梁的预应力锚固块,滑道高出混凝土环梁400mm,具体设计如图1 所示。滑块系统由滑道、滑块和导轨三部分组成,在整个旋转滑移过程中,滑道滑块系统起承重作用,导轨起着导向作用。
由于本工程采用旋转滑移的施工工艺,滑道高出混凝土平台400mm,分段环梁下弦杆现场对接处焊接比较困难。因此为保证焊接质量,在环梁现场安装区域,设置7 个预留口作为环梁焊接部位。分段环梁安装时,在预留口处进行焊接。旋转滑移时,焊接H 型钢作为预留口的滑道。
滑块设置在环梁下弦杆上,根据环梁在滑移过程中滑块承载力的不同,分两种节点形式: ①当滑块承载力≤600kN ,在每个环梁永久支座一侧800mm 处设置1个滑移块,如图2a 所示; ②当滑块承载力> 600kN 时,在每个环梁永久支座处两侧800mm 处各设置一个滑块,如图2b 所示。
4 钢环梁施工
4.1 钢环梁吊装
环梁在地面分36 段拼装,一次拼装12 段,分3 批拼装。为保证分段环梁高空能顺利对接,必须在拼装胎架上预拼装。即先在地面拼装12 段分段环梁,第12 、23 段拼装好以后,用300t 吊机就位到第1 段的拼装胎架上进行连续拼装。为确保环梁能连续吊装,在前一批胎架上安装完两段环梁后,即可开始拼装下一批环梁,如图3 所示。
环梁安装第1 、2 段时,由于环梁内侧主弦杆壁厚,并且内侧环梁悬挑大,重心偏离较大,因此在安装环梁前两段时,利用混凝土梁导轨埋件使得分段环梁和混凝土环梁连接可靠固定,另外环梁上平面内、外侧弦杆用Φ21.5mm 千斤顶和5t 手动倒链临时固定。第3 段开始,由于分段环梁搁置在混凝土梁上有多个支点,形成整体稳定,不需加临时可靠固定措施。环梁分段吊装吊点如图4 所示。
4.2 钢环梁滑移
当第1 批1/4 环梁安装焊接完毕,并验收合格后,需顶推旋转滑移90°,再安装第2 批环梁。当第2 批环梁安装完毕,环梁完成1/2 圆环,再将半环顶推旋转滑移90°,再拼装下一1/4 环梁,直至环梁合拢,滑移过程如图5 所示。
环梁同步顶推旋转滑移控制以计算机控制为主,辅以人工观察。环梁在平移时,通过位移传感器将屋盖牵引点移动的距离信息反馈给计算机,计算机根据得到的位移信息和预设的位移误差允许值调整千斤顶的顶推速度,使环梁各顶推点位移误差始终控制在允许范围内。滑移前须先在导轨上标注距离标志,并在每个顶推点派专人负责观察;顶推点在滑移过程中的位置随时向控制中心汇报。
环梁采取支腿固定。环梁全部安装到位,并待叶瓣全部安装到位后,其支座应与混凝土埋件连接。
5 钢结构机械传动装置施工技术
机械传动设备包括轨道A、B、C、转轴、台车以及其他专业安装的机械部件,其中轨道梁A 为叶瓣滑动轨道,轨道梁B、C 分别装有台车,共8 组,安装精度要求很高,因此机械传动设备需整体安装。钢环梁结构合拢后,首先用1 台300t 履带吊安装轨道梁A 的临时支胎架,再用1 台600t 履带吊安装轨道梁B、C、台车及轨道梁A 等机械传动设备。B、C 梁的吊装如图6 所示。其中,CC2800 型600t 履带吊,主臂48m,副臂36m,半径34m,吊重43t 。
6 钢叶瓣施工
叶瓣采用履带吊单机整体吊装,先用1 台600t 履带吊单机整体将叶瓣安装在机械传动装置上。叶瓣就位后,环梁整体旋转滑移,接着逐片吊装叶瓣,每吊装一片叶瓣,环梁顶推旋转滑移一次,直至8 片叶瓣全部安装就位。为保证叶瓣安装到位的精度和机构的传动性能,在正式安装前,必须先在地面转台上作旋转调试,并在地面转台上确定与弧形轨道梁的连接节点位置。叶瓣安装流程如图7 所示。
叶瓣体型大、重量大、节点多、吊装高度和作业半径都很大,安装时不易于调节,吊装难度大。为了叶瓣安装的顺利进行,保证安装质量,确保安全,叶瓣吊装前后和吊装过程中必须采取一系列的技术措施。
1) 设置质量控制点。叶瓣安装以转轴、轨道梁和台车为基准面,转轴、轨道梁和台车按照设计要求进行精校后方可安装叶瓣。
2) 叶瓣和机械传动设备在安装前需进行预拼装,保证叶瓣和机械传动设备能在高空顺利安装到位。
3) 由于叶瓣安装是非对称安装,在叶瓣安装过程中,结构变形不协调。因此,8 片叶瓣安装必须有一个统一的基准面和参照点,即环梁合拢后结构在静荷载下,环梁节点板精校后的平面为基准面。
7 结语
本工程采用“一点吊装、平面滑移”技术进行钢结构安装,大大减小了因钢结构吊装对其它分项工程施工的影响,为平面、立体交叉作业提供了工作面。
1) “一点吊装、平面滑移”技术有效减少了吊装区域,大大地缩短了施工工期,从而减少了机械台班。
2) “一点吊装、平面滑移”技术最大限度地减少了吊装作业面,降低了吊装作业面措施费,节约了成本。
参考文献:
[1] 张同波,肖杰. 青岛地区大型钢结构工程施工方案选择[J ] . 施工技术,2008 ,37 (5) .
[2] 徐建设,娄卫校,李陵灵,等. 国家体育馆屋盖滑移支撑转换变形分析[J] . 施工技术,2007 ,36 (2) .