成都新世紀環(huán)球中心中央游藝區(qū)鋼結構工程位于成都市南門外,新會展中心東側的城市生態(tài)公園內。其中,中央游藝區(qū)鋼結構殼體長443.4m,跨度約155~194米,結構最高點約98m,總投影面積約8萬平米,其中南、北兩側分別有39m、26m的懸挑拱形屋蓋,東側中央入口處布置有大跨度懸挑雨棚。主體結構建筑橫斷面為半圓形。鋼結構殼體南北兩側與外圈寫字樓相接,東西兩側結構底部分別有4~7層混凝土酒店裙房。
鋼結構殼體總長443.4m,結構通過兩條縫分成了三個獨立結構的單元,結構沿縱向布置有18榀拱形桁架,五道縱向桁架,主次桁架間采用單層網(wǎng)殼,每個結構單元有6榀主拱桁架。主拱桁架兩側落地端分別插入東西側混凝土裙房內,為了盡量減小鋼結構所占用的混凝土結構空間,除屋蓋二中間兩榀主桁架為三角桁架外,其余的主桁架分別從封邊次桁架向下轉變?yōu)槠矫骅旒苈涞?。為增強主桁架底部平面桁架段的側向剛度,將兩道封邊次桁架設置為平行四邊形桁架,同時在管桁架的上下弦桿中灌注混凝土,以增強主拱平面桁架段的剛度,提高結構的承載能力和穩(wěn)定性。
屋蓋二東側約44.5m跨范圍為中央游藝區(qū)的入口,由于該位置建筑上不允許拱桁架落地,該拱桁架通過縱向次桁架將荷載傳至兩邊的主拱桁架。該位置還在主結構上設置了一個懸挑24米的雨棚。
本工程主受力結構為橫向主拱桁架,主拱桁架之間以次桁架和單層網(wǎng)殼相連,由于主拱桁架落地端30米高左右范圍側向沒有任何約束連接,且90%主拱桁架在落地端均為平面桁架,主拱桁架的平面外剛度很差,結構整體縱向剛度較弱。為了提高結構整體縱向剛度,結構沿縱向在每榀主拱桁架下弦桿與封邊次桁架下弦桿相交處,向平面外方向分別設置兩根拉索,拉索與地面基礎相連,以增強結構沿縱向的抗側剛度。
主次桁架間的單層網(wǎng)殼結構,可以增強結構的整體剛度,并為屋面荷載提供了多路徑的傳遞路線,增強結構的整體剛度,且由于其布置較密集、規(guī)律,可以在結構遭受意外荷載導致部分桿件失效時,將屋面荷載通過其他路徑傳遞給主結構,從而提高了結構的防連續(xù)倒塌性能。
本工程屬于大跨度超高建筑,室內為無柱空間,結構構件尺度較大,且立面為半圓形,由于四周均有混凝土結構,施工場地狹小,現(xiàn)場施工難度較大。浙江精工鋼結構有限公司從項目實際出發(fā),研發(fā)了“大跨度拱形結構自平衡態(tài)分段累積提升”施工技術,本工程最終選取“分段吊裝+累積提升”的施工方法。
采用“大跨度拱形結構自平衡態(tài)分段累積提升”施工技術施工時,相對于常規(guī)施工方法,具有以下優(yōu)點:
(1)在拱形結構下方設置水平拉索,使拱形結構形成自平衡狀態(tài)。水平拉索與拱形結構連接處設置水平張拉設備——液壓提升器。施工時,可以通過調節(jié)水平液壓提升器的行程對水平拉索進行張拉,使拱形結構兩端點保持設計形態(tài),不發(fā)生水平向變形,此時拱形結構與水平拉索形成自平衡結構。拱形結構在自平衡態(tài)進行施工時,支撐系統(tǒng)僅受豎向軸力作用,該方法可以減小甚至消除拱形結構對支撐結構產(chǎn)生的水平推力,使拱形結構以設計形態(tài)進行拼裝安裝,可以提高拱形結構拼裝、對接的精度,還可以減小支撐系統(tǒng)的用量。(2)根據(jù)施工條件和項目特點,將大跨度拱形結構分成若干分段,通過附加水平拉索形成內力自平衡結構后進行累積提升。該方法可以降低拱形結構的作業(yè)面高度,提高施工過程的安全性,有效提高施工質量。
本工程所有桿件均為圓鋼管,且管徑較大,在施工過程中開發(fā)應用了鏈式對口器,用于大直徑圓鋼管的對口工作。該對口器適用性強,對口效率,對口精度高,極大提高了尺寸偏差控制水平,并為鋼管對口焊接質量保證創(chuàng)造了有利條件。
傳統(tǒng)提升施工的提升架形式一般有兩種,分別為懸挑梁式提升架和門式提升架。對于本工程而言,其兩側雖有混凝土裙房,但混凝土裙房高度較低,不滿足提升施工的高度要求,故懸挑梁式提升架不適用,且由于主體結構高度較高,若使用門式提升架,考慮到半圓形主拱的幾何尺寸,為保證提升梁等不與主結構發(fā)生干涉,則兩次提升門式提升架高度至少需要達到44m、68m,高度太高,且采用門式提升架,結構的網(wǎng)殼需要提升就位后高空補桿的數(shù)量較多,故門式提升架操作較為不便,且經(jīng)濟性也較差。
結合本工程的結構特點,浙江精工鋼結構有限公司的技術人員設計了一種異型格構式提升架。該形式的提升架結構簡單,提升架外輪廓尺寸相對較小,可以減小對主結構桿件安裝的影響,且主結構與提升架在分段一、二之間通過牛腿焊接連接,主結構可以為提升架提供較強的側向支撐,增強提升架的整體穩(wěn)定性,在提升施工時,或在頂端水平荷載作用下,提升架的水平變形也相應減小。
根據(jù)本工程的施工方案,分段3約100m跨部分需要在地面原位進行拼裝,在施工時,采用了貝雷架搭設支撐架+腳手架搭設操作平臺的復合支撐結構體系,作為原位拼裝的支撐結構。貝雷架是一種可快速安裝、拆卸的裝配式支撐架,由主要承受豎向力作用的貝雷片和保證貝雷架穩(wěn)定性的花片組成,且單個貝雷架可裝配成由兩片貝雷片構成的四肢格構式構件或由三片貝雷片構成的六肢格構式構件,甚至可將多個貝雷架通過花片連接形成多肢(六肢以上)組合型構件。由于分段3原位拼裝最高點高度約20m,為保證施工安全、便捷,同時提高施工效率和施工質量,在原位拼裝主桁架下方搭設腳手架,作為操作平臺。
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