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成都新世纪环球中心中央游艺区钢结构屋盖工程介绍

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  成都新世纪环球中心中央游艺区钢结构工程位于成都市南门外,新会展中心东侧的城市生态公园内。其中,中央游艺区钢结构壳体长443.4m,跨度约155~194米,结构最高点约98m,总投影面积约8万平米,其中南、北两侧分别有39m、26m的悬挑拱形屋盖,东侧中央入口处布置有大跨度悬挑雨棚。主体结构建筑横断面为半圆形。钢结构壳体南北两侧与外圈写字楼相接,东西两侧结构底部分别有4~7层混凝土酒店裙房。

  钢结构壳体总长443.4m,结构通过两条缝分成了三个独立结构的单元,结构沿纵向布置有18榀拱形桁架,五道纵向桁架,主次桁架间采用单层网壳,每个结构单元有6榀主拱桁架。主拱桁架两侧落地端分别插入东西侧混凝土裙房内,为了尽量减小钢结构所占用的混凝土结构空间,除屋盖二中间两榀主桁架为三角桁架外,其余的主桁架分别从封边次桁架向下转变为平面桁架落地。为增强主桁架底部平面桁架段的侧向刚度,将两道封边次桁架设置为平行四边形桁架,同时在管桁架的上下弦杆中灌注混凝土,以增强主拱平面桁架段的刚度,提高结构的承载能力和稳定性。
  屋盖二东侧约44.5m跨范围为中央游艺区的入口,由于该位置建筑上不允许拱桁架落地,该拱桁架通过纵向次桁架将荷载传至两边的主拱桁架。该位置还在主结构上设置了一个悬挑24米的雨棚。

  本工程主受力结构为横向主拱桁架,主拱桁架之间以次桁架和单层网壳相连,由于主拱桁架落地端30米高左右范围侧向没有任何约束连接,且90%主拱桁架在落地端均为平面桁架,主拱桁架的平面外刚度很差,结构整体纵向刚度较弱。为了提高结构整体纵向刚度,结构沿纵向在每榀主拱桁架下弦杆与封边次桁架下弦杆相交处,向平面外方向分别设置两根拉索,拉索与地面基础相连,以增强结构沿纵向的抗侧刚度。
  主次桁架间的单层网壳结构,可以增强结构的整体刚度,并为屋面荷载提供了多路径的传递路线,增强结构的整体刚度,且由于其布置较密集、规律,可以在结构遭受意外荷载导致部分杆件失效时,将屋面荷载通过其他路径传递给主结构,从而提高了结构的防连续倒塌性能。
  本工程属于大跨度超高建筑,室内为无柱空间,结构构件尺度较大,且立面为半圆形,由于四周均有混凝土结构,施工场地狭小,现场施工难度较大。浙江精工钢结构有限公司从项目实际出发,研发了“大跨度拱形结构自平衡态分段累积提升”施工技术,本工程最终选取“分段吊装+累积提升”的施工方法。
  采用“大跨度拱形结构自平衡态分段累积提升”施工技术施工时,相对于常规施工方法,具有以下优点:
(1)在拱形结构下方设置水平拉索,使拱形结构形成自平衡状态。水平拉索与拱形结构连接处设置水平张拉设备——液压提升器。施工时,可以通过调节水平液压提升器的行程对水平拉索进行张拉,使拱形结构两端点保持设计形态,不发生水平向变形,此时拱形结构与水平拉索形成自平衡结构。拱形结构在自平衡态进行施工时,支撑系统仅受竖向轴力作用,该方法可以减小甚至消除拱形结构对支撑结构产生的水平推力,使拱形结构以设计形态进行拼装安装,可以提高拱形结构拼装、对接的精度,还可以减小支撑系统的用量。(2)根据施工条件和项目特点,将大跨度拱形结构分成若干分段,通过附加水平拉索形成内力自平衡结构后进行累积提升。该方法可以降低拱形结构的作业面高度,提高施工过程的安全性,有效提高施工质量。
  本工程所有杆件均为圆钢管,且管径较大,在施工过程中开发应用了链式对口器,用于大直径圆钢管的对口工作。该对口器适用性强,对口效率,对口精度高,极大提高了尺寸偏差控制水平,并为钢管对口焊接质量保证创造了有利条件。

  传统提升施工的提升架形式一般有两种,分别为悬挑梁式提升架和门式提升架。对于本工程而言,其两侧虽有混凝土裙房,但混凝土裙房高度较低,不满足提升施工的高度要求,故悬挑梁式提升架不适用,且由于主体结构高度较高,若使用门式提升架,考虑到半圆形主拱的几何尺寸,为保证提升梁等不与主结构发生干涉,则两次提升门式提升架高度至少需要达到44m、68m,高度太高,且采用门式提升架,结构的网壳需要提升就位后高空补杆的数量较多,故门式提升架操作较为不便,且经济性也较差。
  结合本工程的结构特点,浙江精工钢结构有限公司的技术人员设计了一种异型格构式提升架。该形式的提升架结构简单,提升架外轮廓尺寸相对较小,可以减小对主结构杆件安装的影响,且主结构与提升架在分段一、二之间通过牛腿焊接连接,主结构可以为提升架提供较强的侧向支撑,增强提升架的整体稳定性,在提升施工时,或在顶端水平荷载作用下,提升架的水平变形也相应减小。

     根据本工程的施工方案,分段3约100m跨部分需要在地面原位进行拼装,在施工时,采用了贝雷架搭设支撑架+脚手架搭设操作平台的复合支撑结构体系,作为原位拼装的支撑结构。贝雷架是一种可快速安装、拆卸的装配式支撑架,由主要承受竖向力作用的贝雷片和保证贝雷架稳定性的花片组成,且单个贝雷架可装配成由两片贝雷片构成的四肢格构式构件或由三片贝雷片构成的六肢格构式构件,甚至可将多个贝雷架通过花片连接形成多肢(六肢以上)组合型构件。由于分段3原位拼装最高点高度约20m,为保证施工安全、便捷,同时提高施工效率和施工质量,在原位拼装主桁架下方搭设脚手架,作为操作平台。
  (长江精工钢结构(集团)股份有限公司 刘中华)

作者: 来源:空间结构简讯 发布时间:2012年07月31日