林 波 朱学亮 曹 旺 董继勇 裴世赟 梁思远
(1.中建八局钢结构工程公司， 上海 200125； 2.中建安装工程有限公司， 南京 210046)
摘 要：杭州国际博览中心工程是一种典型的空间桁架结构形式。平面桁架是其主体框架体系的主要组成部分，桁架尺寸最长达8.77 m，跨度最大达54 m，分布于会展区域1～3层，单榀桁架质量最大达到184 t。综合考虑制作、运输、施工空间、施工工期等多方面因素，制定出大跨度多层重型桁架的快速安装技术，从而为类似工程提供可借鉴的经验。
关键词：桁架； 快装式支撑系统； 方案； 同步； 应用
杭州国际博览中心工程占地面积约19万hm2，位于鹏起路与奔竞二路交汇处，南邻七甲河，西距钱塘江800 m，总建筑面积约85万m2。钢结构总质量为14万余吨，其中平面钢桁架共计667榀，总质量4万余吨，约占总用钢量的25%。
本工程由会议会展、上盖物业、屋顶花园、地下商业、地下车库及机房共五大功能区组成。设计平面划分为九个区：I区为会议部分(①-⑧轴到②轴)，II-V区为会展部分(②-⑤、⑤-⑦、⑦-⑨、⑨-⑩轴)，VI-VIII区为上盖物业A、B、C塔楼，IX区为下沉广场，如图1所示。本工程±0.000 m以下为一整体，不设伸缩缝，±0.000 m以上根据建筑使用功能、结构体系、温度区段的要求，将其划分为结构独立单元，各结构单元之间设防震缝。
1-上盖物业A；2-会议I区；3-屋顶花园；4-球壳；5-飘带；
6-上盖物业B；7-上盖物业C；8-会展Ⅱ-Ⅴ区
图1 建筑结构分布示意
本工程平面桁架的高度均在3.6 m以上，跨度主要为18，27，36，54 m(会议区域)，单榀桁架最大质量达184 t。桁架的安装主要分布于会展区域标高为15.770，29.770，43.800 m的3层结构及会议区域的标高为27.000 m及屋顶的2层结构。同时， 54 m跨桁架分布于会议区域。
从图2-图4可以看出，本工程桁架在立面上为2层或3层，同时平面布置主要为18 m×27 m、36 m×27 m框架结构，层数多、跨度大。
1-Ⅰ区；2-Ⅱ区；3-Ⅲ区；4-Ⅳ区；5-Ⅴ区
图2 会议会展桁架竖向布置示意
图3 会议会展桁架平面布置示意
a-立面； b-轴侧
图4 36 m×27 m会展区域钢结构框架结构示意
2.1 方案的选择
考虑桁架结构的形式、现场的施工空间及施工工期的要求，对桁架的安装方案进行了对比(表1)。
表1 桁架安装方案对比
方案优点缺点方案一地面拼装,整体提升1)高空作业少,较安全2)质量能更好地控制1)场地受限,只能单拼拼装2)多层施工,桁架平移困难3)移动提升装置需多次移位和拼装,效率太低方案二采用快装式支撑架系统,高空散装1)便于吊装2)两层同时施工,同层桁架同时施工,施工效率高,满足工期要求1)高空作业量大,安全防护要做到位2)后期拆除难,同时影响Ⅱ区顶部结构安装
鉴于本工程的现场空间情况及工期要求，最终选用方案二：采用快装式支撑架系统，高空散装。
2.2 快装式支撑体系设计
2.2.1 快装支撑架的结构设计
桁架支撑体系设计时，主要考虑支撑系统能承载两层桁架并能保证同1单元的5榀桁架同时施工，设计最大荷载考虑3 400 kN。故支撑体系结构穿过桁架竖向为一体，底部设置在地下结构柱上及梁。每个桁架下弦与支撑系统间预留调整和顶紧装置安装空间，便于卸载和顶紧。
桁架安装用临时支撑通长设置，采用截面为2 400 mm×2 400 mm的格构柱，材质为Q345B。安装用临时支撑体系如图5所示。
a-结构；b-应用
1-穿桁二层架；2-穿桁一层架
图5 安装用临时支撑体系示意
2.2.2 快装支撑架结构布置
本工程桁架根据运输要求，其最大构件长度为18 m，最大高度为3.8 m，故27 ，36 m桁架居中分段，54 m桁架分为3段。桁架的支撑设置在现场对口处，如图6、图7所示。
1-ZC-TR2-3，ZC-TR2-4
图6 27，36 m桁架支撑体系平面布置示意
图7 桁架支撑体系立面布置示意
2.2.3 快装支撑架的验算
为保证快装支撑架体系的承载能力和安全性能满足现场施工要求，需要对其稳定性、安全性进行验算。
计算软件采用通用有限元软件ANSYS 13.0，结构构件采用Beam 188空间梁单元模拟，千斤顶采用Link 10受压单元模拟，受拉时失效。
计算中利用了ANSYS单元“生死”的功能模拟施工全过程；计算时，首先杀死未安装的单元以模拟未安装的杆件；当完成上一施工步进行下一施工步时，激活将要安装的单元，以此来考虑安装过程中由于杆件变形锁定的内力和变形的累积效应。
计算方法采用二阶弹性大变形算法，考虑了钢构件几何非线性的影响，因而考虑了钢结构构件的弹性稳定性。
荷载取值：1.2G(自重)，考虑节点构造及加劲措施的影响(考虑节点加劲及构造措施的影响乘以系数1.2)。
安装过程中，桁架与格构柱的整体的应力和竖向变形如表2所示，应力与施工步的关系如图8所示，最大竖向位移与施工步的关系如图9所示。安装过程中最大压应力为-63 MPa，最大竖向变形为-7.1 mm，结构的应力和变形均满足要求。
表2 单榀桁架及格构柱安装过程
最大应力和竖向位移
施工步压应力/MPa拉应力/MPa竖向位移/mm1-12.95.1-1.72-15.56.2-1.83-28.911.8-3.44-34.614.2-3.55-37.715.5-3.56-39.316.3-3.67-45.114.0-3.78-45.813.7-3.79-50.512.4-3.710-52.211.9-3.911-53.313.1-4.112-57.711.0-4.613-58.311.0-4.714-61.110.5-5.515-62.111.9-5.816-63.013.1-6.017-57.253.8-7.1
图8 施工过程中最大应力的变化
图9 施工过程中最大竖向变形的变化
从表2可以看出，在第16步安装完成、尚未拆除临时桁架时应力最大，桁架自身的应力分布如图10所示，格构柱自身的应力分布如图11所示。
图10 安装完成时桁架的应力分布
图11 安装完成时支撑的应力分布
根据图8-图11可知，安装过程中，格构柱的最大应力为-63 MPa，桁架自身最大应力-12.755 MPa。由表2可知，拆除临时支撑后，桁架的应力重分布，增加到-57.2 MPa，桁架和格构柱均满足要求。
2.3 支撑体系的安装
整个支撑体系的安装顺序为：整体单元底座→整体单元第一节及支座→整体单元穿第一桁架层及支座→整体单元穿第二节及支座→整体单元穿第二桁架层及支座→整体单元穿第三节上支座，如图12所示。
2.4 支撑体系的拆除
施工中，每个结构单元当上层桁架安装完成，准备第三层桁架安装时，下一层桁架支撑体系拆除。顺序为：第二层桁架安装完成→第一层桁架拆除→第三层桁架安装完成→第二层桁架拆除→最后第三层桁架拆除，保证受力传递到底部支撑架上,如图13所示。
a-第一层支撑安装；b-穿第一层桁架支撑安装；c-第二层支撑安装；d-穿第二层桁架支撑安装；e-第三层支撑架安装
图12 支撑体系安装
图13 支撑体系拆除示意
1)将整体桁架施工周期缩短约2个月的施工时间，节约了150 t履带吊车约30个台班，减少了施工人工约2 000工日，同时成品支架可以在其他项目上继续使用。
2)加快了施工进度，保证了工程的整体施工进度，得到了建设单位、监理单位的好评，为进一步开拓市场打下了良好的基础。
钢结构中桁架结构是最常用的结构，尤其是在场馆类建筑中。而且随着建筑规模的增大， 造成桁架的尺寸、质量也不断增大，研究、总结桁架的相关安装技术对提高施工质量、降低施工成本有重大意义。该项目对多层大跨度超重钢桁架的成功安装，为今后类似工程提供可借鉴的经验。
参考文献：
[1] GB 50205-2001 钢结构施工质量验收规范[S].
[2] GB 50017-2003 钢结构设计规范[S].
[3] GB 50661-2011 钢结构焊接规范[S].
[4] GB 700-2006 碳素结构钢[S].
Lin Bo Zhu Xueliang Cao Wang Dong Jiyong Pei Shiyun Liang Siyuan
(1.China Construction Eighth Engineering Division Co.Ltd， Shanghai 200125， China;
2. Construction Installation Engineering Co.Ltd, Nanjing 210046, China)
ABSTRACT：Hangzhou International Expo Center project was a typical structure of exhibition building. The plane truss was the main component of its structure. The maximum length of truss was up to 8.77 m and its span was up to 54 m. They were distributed in each layer of the exhibition areas. The heaviest truss was over 184 t. Manufacturing transportation, the construction period and other factors should be taken into account. A kind of fast installation technology for multi-story overweight and long-span steel truss was developed.It also provided reference for similar projects.
KEY WORDS：truss； ready-package supporting system； scheme； synchronization； application
第一作者：林波，男，1973年出生，高级工程师。
Email：757319413@qq.com
收稿日期：2014 - 05 - 28
DOI：10.13206/j.gjg201501016
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