[上海]展覽中心膜結構及陽光谷鋼結構施工方案

1、世博軸及地下綜合體工程膜結構屋頂及陽光谷工程施工方案世博軸及地下綜合體工程（膜結構屋頂及陽光谷工程）施工方案由于目前設計圖紙及模型還未最終確定，故無法進行深化設計及工況計算等工作，尤其是外桅桿的最終確定，所以本方案僅根據現階段掌握的信息編制，后期將逐步跟進、完善。第1章 工程概述1.1 工程概況及對結構的理解世博軸及地下綜合體工程（以下簡稱“世博軸”，見圖1-1），位于浦東。南北長1045m，東西寬地下99.5m110.5m，地面以上寬80m，基地面積130699m2，總建筑面積227169 m2，其中地上建筑面積42877 m2，地下建筑面積184292 m2。由-6.5m，-1.0m，4.

2、5m，10m標高的平面及膜結構屋頂組成，并設有6個特征標志性強的陽光谷以滿足地下空間的自然采光，陽光谷頂端與膜結構頂棚連結（見圖1-2）。圖1-1 世博軸及地下綜合體工程（膜結構屋頂及陽光谷工程）效果圖圖1-2 工程概況本工程包括膜結構屋頂和六個鋼結構單層網殼“陽光谷”。1.1.1 膜結構膜結構屋頂采用連續(xù)張拉結構，包括膜面系統和膜面支點系統兩個主要方面。 圖2-3 索膜結構效果圖總長度約840米，最大跨度約97米，總面積約64000 m2。膜采用聚四氟乙烯（PTFE）涂層的玻璃纖維織物。（1）膜面系統膜面系統是整個世博軸建筑形象的主要組成部分之一，膜面南北（沿1-05-13軸）長843米，東

3、西（沿AJ軸立面）最大投影寬度102.6米，總展開面積約64000 m2。膜面邊界和內部布置了輔助膜面成形的邊索、脊索和谷索，這些膜面索是荷載從膜面?zhèn)鬟f到支點的主要傳力構件。脊索在平面上呈連續(xù)的之字形，相鄰的脊索形成一個三角形，界定出一個膜面單元，該單元呈中央底四周高的單體倒錐形，整個膜面為連續(xù)的三角倒錐形膜單元形成的連續(xù)倒錐形曲面（見圖1-4）。圖1-4 索膜結構組成（2）膜面支點系統支點系統是為膜面提供張拉支點的結構，包括四類支點：u 膜周邊桅桿支點由外桅桿及相應背索形成的倒錐形膜面的周邊支點，共計31個，對應結構為31根外桅桿和62根背索。外桅桿柱均向外側傾斜，呈兩排布置，柱腳分別位于土

4、建B軸和J軸上，排距88米，柱距33米77米不等（最大處77m在磁浮車站附近）。柱頂即支點標高靠近磁浮車站的2處為39米，2號陽光谷南側和3、4號陽光谷北側的3處為18米，其余為36米。u 膜錐底下環(huán)支點由固定在中桅桿下部的下拉環(huán)形成的倒錐形膜面的錐底支點，共計19個，對應結構為19根中桅桿和相應鋼環(huán)及上下吊索。中桅桿均垂直地面，柱腳呈兩排交錯布置，排距22米，落于10米平臺的E軸和F軸上。靠近磁浮車站的2處的下環(huán)標高為18米，其余為15米。柱頂標高靠近磁浮車站的2處為38米，其余為35米。u 膜周邊陽光谷支點由陽光谷鋼結構提供的膜面的周邊支點，每個陽光谷3個支點，共計18個。u 懸索支點即中

5、桅桿柱頂，在中桅桿頂和膜面谷索之間設置有限制膜面位移的懸索，每根谷索上均有四根。（3）膜結構各系統之間的聯系u 支點系統內部的聯系每一個中桅桿和圍繞它的三個外桅桿之間設置連接柱頂的水平索。所有中桅桿和與之相聯系的水平索、外桅桿、背索以及少量必要的臨時索可形成一個自成立且相對獨立于膜面系統的的張力結構，使這些支點不會發(fā)生機構位移。u 支點系統與膜面系統間的聯系每一個支點單元與一個膜面單元對應，膜面?zhèn)髁嫾吽?、脊索、谷索均與相應支點連接。1.1.2 陽光谷世博軸“陽光谷”共有6個，結構體系均為三角形網格組成的單層網架，在底部為垂直方面，到上部邊緣逐步轉化為環(huán)向，采用三角形玻璃幕墻。6個陽光谷體型

6、不一，其中4#陽光谷為旋轉對稱，其余均為軸對稱。每個陽光谷的高度為41.5m，最大的底部直徑約20米，最大頂部直徑約90米，6個總面積為31500 m2。陽光谷鋼構件均采用焊接箱型截面，截面高度180240mm，寬度65140mm，桿件長度1.003.5m。桿件材質均采用Q345B，部分實心節(jié)點采用鑄鋼節(jié)點。6個“陽光谷”鋼結構總重約3035t，節(jié)點總數為10600個。 圖1-5 陽光谷結構示意圖1.2 工程特點、難點分析1.2.1 索膜結構（1）膜面支點系統外桅桿重量大依照招標圖紙，原外桅桿的重量為40t，但根據現有信息外桅桿的重量已接近73t。另有兩根39m（磁懸浮處）重量達到85t，50

7、0t汽車吊位于基坑外無法進行安裝。（2）膜材材料新、尺度大材料新：本工程膜材料的力學性能指標達到了國家規(guī)范中A級膜的要求，這一級別的膜材在國內膜結構工程中的還沒有得到應用，在國際上亦屬罕見，對這一材料的加工運輸和張拉安裝都與B級膜材有所不同。尺度大：本工程膜面投影范圍約840m×100m。u 關鍵問題：Ø 膜面和索的預應力水平高：膜面預應力達到5kN/m，膜面谷索最大預拉力為300kN，邊索最大預拉力為400kn，脊索最大預拉力為800kN，柱頂連接索最大預拉力為800kN。由此引起背索最大拉力達5000kN以上。圖1-6 膜片張拉前后形狀對比Ø 單片膜的邊長尺寸

8、和面積較大：膜片張拉后最大邊長約110米，單片膜最大展開面積約1717。對膜材的裁減、包裝、運輸、安裝及展開都提出了更高要求。Ø 膜片張拉前后差異大：按照緯向3.5%的經驗補償率考慮，張拉前后的膜片最大邊長相差約4米，膜面的張拉行程較大。而索張拉前后的長度差異較之遠小，因此，這些尺寸變化較大的膜邊的順邊長方向張拉不能依靠張拉鋼索完成。（3）膜材形狀不規(guī)則桅桿均交錯排列，柱距、高度不一，使各膜單元雖形狀相似，但尺寸無一相同。u 關鍵問題：Ø 膜面裁剪：建筑外觀要求膜面單元之間的公共邊上的裁剪縫須對齊，由于膜面整體形狀的不規(guī)則性，勢必會使個別膜片的裁減損耗較大，要統籌兼顧經濟性

9、和美觀性。Ø 深化設計工作繁復：每片膜，每兩根索的夾角，每個節(jié)點均相似但不相同，且數量較大。Ø 施工現場管理：須確保放樣準確和無差錯，現場管理組織難度大。Ø 沒有典型或者有代表性的構件，施工控制需要測量的索力多。（4）索膜系連續(xù)張拉結構u 關鍵問題：Ø 膜結構單元之間以脊索分界，屬于柔性連接，張力是連續(xù)傳遞的，從而單元之間的相互影響較大。而先期安裝的膜單元又須具有一定的比較均勻的預應力，以便能夠在相對較長的施工周期內具備一定的抗荷載能力，故需研究張拉施工對相鄰單元的影響。Ø 世博軸膜結構屋頂的施工實質是對大尺度不規(guī)則連續(xù)柔性曲面進行高預應力張拉

10、成形的過程。（5）膜結構與陽光谷相互制約圖1-7 膜結構索與陽光谷鋼結構的連接示意圖u 關鍵問題：Ø 膜結構與陽光谷兩種結構一柔一剛，相互連接，相互作用，結構上要求錯開施工，而工期又要求同時完工。本資料WORD完整版：點擊查看更多鋼結構施工方案精品資料推薦：點擊查看1.2.2 陽光谷（1）鋼結構為大懸挑、空間不規(guī)則單層網殼結構圖1-8 某陽光谷的平、立面u 關鍵問題：Ø 鋼結構呈空間不規(guī)則變化，沒有規(guī)律可循，對構件的深化設計、加工制作及現場安裝帶來的不小的難度；Ø 大懸挑又不規(guī)則的空間結構對現場測量定位帶來極大的困難和不便，安裝質量控制難度大；Ø 大懸挑

11、結構在安裝過程中的結構穩(wěn)定控制問題；Ø 單層網殼平面外剛度差，安裝過程中的變形控制難度大。Ø 單層網殼結構要求連接節(jié)點為剛性的抗彎連接，節(jié)點連接方向多、角度不一，對節(jié)點形式的選擇帶來了前無所有的挑戰(zhàn)。（2）玻璃幕墻與膜結構施工之間的協調u 關鍵問題：Ø 由于索膜結構有拉索與陽光谷鋼結構拉結，在膜的張拉過程中勢必會使平面外剛度較弱的陽光谷產生一定的變形，因此需要協調好玻璃與膜的施工順序，否則如果先將玻璃全部安裝好，則膜的張拉有可能對已安裝的玻璃產生損壞；反之，先張拉膜，后裝玻璃，那么膜上方的玻璃安裝時需要采取足夠的保護措施，以免施工中不慎落物，損壞膜面。1.2.3

12、工程自身及環(huán)境因素（1）規(guī)模巨大，周邊復雜；施工機械選型及平面布置難度大u 關鍵問題：Ø 本工程體量大，基坑面積廣，跨度超大；索膜結構及陽光谷施工時下部土建結構已經施工完畢。而待建屋頂結構居基坑中間分布，離基坑邊最近的外桅桿也要相距25m左右。機械選型、布置及裝拆受到很大制約。Ø 周邊在建工程多，且大多紅線緊鄰，因此與周邊工程的協調要求高。況且，世博軸尚有眾多聯系通道（天橋或地道）與周邊場館聯系，對兩側的南北施工通道上空形成一定的割斷。因此，本工程的施工機械選擇與平面布置必需要以移動方便，不影響這些通道的施工為前提。（2）工期緊湊，交叉作業(yè)；作業(yè)空間需求及安全控制要求高u

13、關鍵問題Ø 由于總工期非常緊湊，屋頂工程施工時要求同時進行其他專業(yè)的施工，各專業(yè)對施工作業(yè)面的要求多。因此，屋頂結構施工應盡量選擇對其他專業(yè)施工作業(yè)面影響小的方案。（3）體型特殊，變形復雜；施工階段穩(wěn)定及質量控制要求嚴u 關鍵問題Ø 本工程體型特殊，且剛柔并濟，施工階段結構尚未成型時的穩(wěn)定及變形控制是個很大的難題，需要得到足夠的重視，施工方案編制需要全過程結合穩(wěn)定、應力及變形三個關鍵問題展開，從而確保施工質量。第2章 索膜結構屋頂及陽光谷工程施工總體部署2.1 施工條件及要求2.1.1 現場施工條件根據現場踏勘，索膜結構及陽光谷具備施工時的現場條件如下：u +10m平臺完工

14、（局部根據土建施工流程要求預留，但不影響屋頂施工）；u 所有屋頂結構預埋件施工完畢；u 基坑東側已按永久狀態(tài)放坡；基坑西側目前為重力壩擋墻，屋頂結構施工前完成土坡回填；兩側基坑邊地耐力達到3t/m2；u 陽光谷土建結構交付順序為：4#、3# 2#、1# 5#、6#。2.1.2 總承包的關鍵要求u 從總工期考慮，屋頂結構施工宜選擇對其他專業(yè)施工影響小的方案；u 大型機械的選擇需要考慮基坑邊地基承載力；u 施工機械的選擇宜考慮不影響東西兩側與其他場館聯系通道的施工。2.2 施工總體技術路線2.2.1 總體技術路線通過對招標文件和圖紙的細致學習和深入理解，結合現場踏勘情況，綜合考慮總承包的重要要求，

15、我們從工程總體的大局出發(fā)，制定了對其他專業(yè)施工影響最小、工期、質量、安全可保證的施工方案，其總體技術路線可描述為：以土建交付順序為依據，兩大主線（陽光谷、索膜結構）前后并進、合理搭接；陽光谷鋼結構跨內單元體逐環(huán)吊裝；膜結構先支點后膜面兩階段施工。2.2.2 陽光谷鋼結構施工技術路線說明為加快施工進度，陽光谷鋼結構采用“工廠拼裝，現場自下而上，以單元體為吊裝單位，逐環(huán)安裝”的方法施工。以工廠加工精度控制現場安裝精度；吊裝作業(yè)遵循對稱吊裝的原則，及時形成閉合的穩(wěn)定體系。起重機械選擇固定自升式塔吊，居谷中布置，既不占用其他專業(yè)的作業(yè)面，又可確保單機全覆蓋作業(yè)，經濟性好；而根據計算，單機吊裝，工效完全

16、滿足要求。單元體在工廠組拼后直接運輸至現場。利用搭設于混凝土平臺上的滿堂腳手支撐，作為構件的臨時擱置和安裝時的操作腳手。采用滿堂腳手的目的：Ø 有效、均勻擴散施工荷載，經計算，經過滿堂腳手擴散后，傳遞至混凝土樓層板上的荷載（包括陽光谷構件自量（<100kg/m2）、滿堂支撐自重（<150kg/m2）及施工荷載（考慮100kg/m2）總計<350kg/m2；10m混凝土平臺的設計活荷載為300 kg/m2，再加上樓面層恒載（按100 kg/m2計）等，可供利用的樓面荷載達到400 kg/m2以上，因此，可以不對10m平臺進行加固，即可滿足陽光谷施工需要，為下部空間的其

17、他專業(yè)創(chuàng)造了施工作業(yè)面。Ø 陽光谷投影面積巨大，而受單層網殼平面外剛度弱的限制，單元吊裝的構件面積不可能過大（否則將導致施工變形超限），構件的臨時支撐點密布；且大面積的高空作業(yè)需要安全可靠的操作平臺。因此，滿堂腳手支撐是相對比較適宜的選擇。陽光谷安裝順序根據土建交付順序，擬為：SV4、SV3SV2、SV1SV5、SV6。2.2.3 索膜結構施工技術路線說明通過對招標文件和圖紙的細致學習和深入理解，經對比、總結分析，我們認為，按照傳統的施工方法（對鋼索進行張拉也即對支點進行張拉）存在以下幾個缺點：u 不能完全替代對膜面的張拉u 代價較高，需要施以較大的張拉力u 膜角部安全難以控制u 陽

18、光谷支點難以張拉u 對支點張拉之前，膜面無法具有均勻的預應力，對施工期膜面安全不利。基于以上認識，我們針對本工程膜結構施工，制定了兩階段安裝的的技術路線。（2）兩階段安裝具體說明u 階段一：膜面支點系統施工為膜面系統安裝預備所有支點，使各個支點坐標到達設計位置的允許范圍。此階段可與陽光谷施工同時進行。(a) 下環(huán)支點及與之相聯系的桅桿支點（自成立支點，見圖2-1）圖2-1 自成立支點如前所述，這部分構件加少量的臨時纜索可以構成一個相對獨立的張力結構，且以4號陽光谷為界又可分為獨立的南北兩段，臨時纜索共需11處。第一步：先臨時固定所有中桅桿和外桅桿，圍繞中桅桿搭設腳手架至柱子頂端。第二步：連接所

19、有的水平索和背索。第三步：安裝11處臨時纜索。第四步：以中桅桿腳手架為作業(yè)平臺，分段同時張拉每一根中桅桿頂三根水平索，背索會被動產生一定內力（見圖2-2）。此時背索的內力較結構恒載時背索的內力低。在張拉過程中逐步拆除第一步中的臨時保護措施。圖2-2 一階段結束時各索內力(b) 其它桅桿支點此部分構件只能和膜面系統平衡，此階段先臨時固定，并以設計長度連接背索。本資料WORD完整版：點擊查看更多鋼結構施工方案精品資料推薦：點擊查看(c) 膜周邊陽光谷支點隨陽光谷鋼結構自然形成。u 階段二：膜面系統施工利用可調節(jié)的膜節(jié)點沿膜邊界張拉膜面，先沿脊索和谷索初步張拉，再沿下環(huán)完成最后張拉。使膜面應力和膜面

20、索內力同步增長至設計要求的預應力水平。此時膜面的張力會通過膜面索傳遞到支點系統的各結構索上，與第一階段時的各索力疊加使這些結構索最終達到結構恒載時的內力水平。這一階段需使膜面的張力分布、背索及水平索的張力分布、各支點的位移與結構恒載時以上各項在允許限度內吻合。(a) 脊索、谷索、邊索吊掛各索按照設計截斷長度安裝，此時各索只存在自重產生的內力。(b) 吊掛展開膜片并張拉膜面的張拉需要考慮以下幾各因素：Ø 膜面張拉需等到相關的陽光谷單體施工完畢之后方能進行。Ø 陽光谷和膜結構要求同期完工。Ø 陽光谷處的膜單元與中桅桿處的膜單元相比，面積相對較小，寬度相對較窄，陽光谷膜

21、單元兩側的中桅桿膜單元相互影響較小。因此，擬以陽光谷膜單元為界，由北至南將膜分成1#5#共5個區(qū)，見圖2-3：圖2-3 索單元編號第一段：MSV1A、B M1M3MSV2共5個膜單元，包括2個陽光谷單元和3個中桅桿單元第二段：MSV2M4M5MSV3共4個膜單元，包括2個陽光谷單元和2個中桅桿單元第三段：MSV3M6M8MSV4共5個膜單元，包括2個陽光谷單元和3個中桅桿單元第四段： MSV4M9M13MSV5共7個膜單元，包括2個陽光谷單元和5個中桅桿單元第五段：MSV5M19M14MSV6A、B 共8個膜單元，包括2個陽光谷單元和6個中桅桿單元其中第四，五段包含中桅桿膜單元數目較多，可從每

22、段的中部（M17、M11）開始展開膜面并沿著脊索和谷索初步張拉后逐漸向陽光谷膜單元延伸，最后統一沿著下環(huán)張拉到位。第一、二、三段包含單元數目較少，先全段展開膜面，然后全段統一按照先脊、谷索后下環(huán)的順序張拉到位。(c) 檢測并調整測量膜面應力及背索及水平索力，通過調整懸索和水平索使各檢測項達到允許范圍內。必要時可調整背索。同時測量各支點位移復核。(d) 下環(huán)張拉專項說明下環(huán)支點張拉可采用兩種方式進行：Ø 方法一：通過可調的下環(huán)邊索膜角節(jié)點逐點張拉；優(yōu)點：施工便利；可控性強。缺點：不能直接張拉谷索，只能通過調節(jié)懸索間接張拉。Ø 方法二：下環(huán)設計為可沿著中桅桿柱滑動形式，通過張拉

23、桅桿下穩(wěn)定索張拉下環(huán)（請見附圖深化設計圖紙）。優(yōu)點：可直接張拉谷索；有利于其它膜邊界上的張拉。缺點：工序繁瑣，要求桅桿的上下穩(wěn)定索均可調，下環(huán)張拉完成后，需再對桅桿的上穩(wěn)定索施加預應力；需設計可滑動下環(huán)節(jié)點。本標書采取以方法二為主，方法一為輔的下環(huán)張拉方案。2.3 總體施工流程陽光谷安裝順序：SV4、SV3 SV2、SV1 SV5、SV6。膜面安裝順序：3# 2# 1# 4# 5#。2.4 施工平面布置施工平面布置詳見附圖1，施工平面布置說明如下：（1）構件拼裝場地及堆場規(guī)劃u 陽光谷構件堆場規(guī)劃：擬將陽光谷構件堆放于10m混凝土平臺上，平臺承載力超過700kg/m2；而陽光谷單元體最大重量僅100k平臺可以滿足堆放要求。堆放時要求構件下鋪九夾板保護，并在每個節(jié)點下用道木抄實。u 中桅桿構件堆場規(guī)劃：中桅桿構件數量較少，擬堆放于基坑邊。根據總包提供數據，基坑邊坡坡頂承載力為3t/m2，可滿足中桅桿分段構件堆放。u 外桅桿構件拼裝場地：外桅桿重量相對較重，最重約72t；最重一段重約25t，擬在基坑邊設置