國際賽車場鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)

19/19上海F1國際賽車場鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)1工程差不多情況

1.1工程概況

上海F1國際賽車場位于上海市嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)，是一座具有世界一流水準(zhǔn)的公共建筑。整個賽車場包括賽道、主、副看臺、新聞中心、空中餐廳等各種配套設(shè)施。

圖1上海F1國際賽車場主看臺和新聞中心、空中餐廳看臺部分及新聞中心、空中餐廳是整個工程的主體結(jié)構(gòu)，造型新穎不致。主、副看臺屋蓋均為懸臂鋼結(jié)構(gòu)，其中主看臺為獨立大鋼柱與大懸臂工字形鋼梁、連接梁組成，空間結(jié)構(gòu)總重量為5800t。新聞中心和空中餐廳的上部結(jié)構(gòu)為大跨度鋼桁架空間體系，不管在跨度覆蓋空間和使用功能上都具有極大的優(yōu)越性和競爭性，空間桁架結(jié)構(gòu)具有受力合理，抗震性能好的特點。新聞中心、空中餐廳總重量為5700t。

1.2結(jié)構(gòu)特點

主看臺設(shè)計采納一般體育場大跨度、大空間的特點，與以往工程不同的是整個屋蓋設(shè)計成兩頭懸臂式樣，中間采納獨立勁性鋼柱為支承點。整個屋蓋系統(tǒng)荷載全靠獨立勁性鋼柱承擔(dān)及平衡，對結(jié)構(gòu)整體撓度及安裝要求特不高。

在主看臺兩端各有一座輔助建筑：新聞中心和空中餐廳。這兩個建筑為對稱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)上部呈梭形狀，為鋼框架體系，梭形的兩端分不座落在主看臺及砼塔樓頂上。梭形結(jié)構(gòu)由兩榀巨型鋼桁架及鋼桁架之間的聯(lián)系梁組成。結(jié)構(gòu)的全部荷載通過兩榀鋼桁架傳給砼筒體與主看臺結(jié)構(gòu)。為了使力傳遞明確，在鋼桁架兩端各設(shè)置了一道轉(zhuǎn)換桁架，利用轉(zhuǎn)換桁架直接將荷載傳給砼立柱。由于荷載明確從而有利于巨型桁架的設(shè)計，能夠降低整個建筑的含鋼量指標(biāo)。

圖2主看臺懸臂結(jié)構(gòu)和新聞中心、空中餐廳桁架結(jié)構(gòu)2施工難點

2.1預(yù)埋勁性鋼柱安裝

主看臺(12.72～28.00米)勁性結(jié)構(gòu)共有43根立柱。立柱高為15.22米，最大單重約25噸。鋼柱之間分不用水平撐連接和斜撐連接。

競賽操縱塔、行政治理塔的勁性柱標(biāo)高16.88～28.96米，分為上中下3節(jié)(6米、5.23米、0.7米及0.12米的埋件)，最重的一節(jié)重約15噸，長6米，在6層、7層及8層處有勁性鋼梁與其連接。新聞中心與地面連接塔、空中餐廳與地面連接塔的勁性柱標(biāo)高由12.60～30.00米，分為上中下3節(jié)(9米、7.88米、0.5米及0.12米的埋件)。

勁性鋼柱的安裝難度要緊體現(xiàn)在以下幾個方面：

a)精度要求高

長達400米的鋼結(jié)構(gòu)安裝，僅以常規(guī)的軸線偏差值來進行現(xiàn)場操縱是不夠的。由于結(jié)構(gòu)施工是分段進行的，其累積誤差可能造成鋼結(jié)構(gòu)安裝無法進行。因此如何保證土建結(jié)構(gòu)及安裝埋件的高精度成為勁性結(jié)構(gòu)施工的難點。

b)交錯施工多

與勁性結(jié)構(gòu)同時施工的有土建的鋼筋、混凝土，安裝的管線等，各專業(yè)施工隊伍在同一施工區(qū)域內(nèi)交叉進行施工，使整個施工現(xiàn)場一直處于復(fù)雜多變的施工環(huán)境，加大了施工的難度。

c)主副看臺為清水混凝土結(jié)構(gòu)

由于主副看臺為清水混凝土結(jié)構(gòu)，而勁性結(jié)構(gòu)為鋼與混凝土結(jié)構(gòu)，如何解決土建結(jié)構(gòu)與勁性結(jié)構(gòu)的節(jié)點處理，使結(jié)構(gòu)達到清水混凝土的標(biāo)準(zhǔn)是一大難點。

2.2主看臺懸臂鋼梁安裝過程中的穩(wěn)定操縱

主看臺懸臂鋼梁包括前后懸臂梁，梁的根部與獨立勁性鋼柱固定，因此勁性鋼柱在懸臂梁彎矩作用下產(chǎn)生撓度，阻礙安裝精度。為了幸免勁性鋼柱產(chǎn)生撓度，必須在施工過程中操縱懸臂梁的彎矩值，也確實是操縱懸臂梁在平面內(nèi)的穩(wěn)定。假如在懸臂梁的懸挑端設(shè)置一臨時支撐，那么懸臂梁的穩(wěn)定能夠操縱，然而選用什么作為臨時支撐呢？如此高的支撐穩(wěn)定性、強度能滿足荷載要求嗎？支撐必須從地面開始立起，與地面如何固定？是否阻礙其他單位施工？所有問題都需通過計算、協(xié)調(diào)才能決定。

2.3新聞中心、空中餐廳巨型鋼桁架安裝

巨型鋼桁架的安裝是工程中難度最大的一道工序，其安裝難度體現(xiàn)在以下幾個方面：

a)鋼桁架自重大、跨度大、截面高，因此在選用施工機械方面有困難，假如整體安裝，需選用一臺超大起重量的機械設(shè)備，才能安裝550噸重的鋼桁架，此方案顯然行不通。

b)假如采納分段安裝，那么依照施工條件分析，有一段鋼桁架跨越主看臺，長度將近50米，重達263噸，需要兩臺300噸履帶吊雙機抬吊才能滿足安裝要求，而且在安裝過程中吊機還要負(fù)載行走一段距離，對吊機的性能、施工條件等工況要求極高，每個環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格操縱。

c)采納分段安裝的話，焊接工作量將增大，而且所有對接焊縫必須在高空完成，質(zhì)量不容易操縱。

d)分段安裝必須采納臨時支架作為節(jié)點的臨時擱置點，因此支架的選用也是個問題，支架一定要滿足剛度及穩(wěn)定性要求。另外，支架及鋼桁架的穩(wěn)定性如何保證？這是安裝鋼桁架的最大難點。

2.4臨時支架的卸載問題

本工程鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，都運用臨時支架作為結(jié)構(gòu)的臨時固定，因此施工結(jié)束后，必須進行拆除，使結(jié)構(gòu)恢復(fù)自由狀態(tài)。支架的拆除過程也確實是所謂的卸載，是一個力的轉(zhuǎn)移過程，通過對臨時支架的逐漸拆除，荷載也逐漸由臨時支架向其它結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移，直至臨時支架全部拆除，荷載也轉(zhuǎn)移完畢，整個卸載過程完成。

在整個卸載過程中，荷載轉(zhuǎn)移是一個不確定因素，操縱不行，可能會造成支架受力不均，支架的強度、穩(wěn)定性都受到阻礙，容易發(fā)生意外。

3關(guān)鍵技術(shù)

3.1為了保證預(yù)埋勁性鋼柱順利安裝，我們考慮從以下幾方面進行操縱：

a)測量操縱

利用全站儀對勁性鋼結(jié)構(gòu)及埋件進行定位操縱是此次要緊采納的測量操縱方式。由于全站儀是坐標(biāo)定位，因此在定位及復(fù)核操縱時可有效地幸免建筑物長而引起的累積誤差。

b)鋼筋處理

勁性柱預(yù)埋件的原有箍筋形式是穿過鋼結(jié)構(gòu)柱體，既阻礙鋼結(jié)構(gòu)性能，又不便于施工，會延長施工工期，是一種不合理的形式。通過與設(shè)計的協(xié)商及討論，對箍筋形式進行改進，改進后的箍筋形式不阻礙鋼結(jié)構(gòu)，且布置方式亦增加了混凝土的施工空間，使得混凝土的施工質(zhì)量得到一定程度的保證。

c)混凝土處理

混凝土坍落度的操縱對勁性結(jié)構(gòu)混凝土的質(zhì)量十分重要。由于勁性結(jié)構(gòu)截面較大（1500×800），這就造成混凝土澆搗面較小（最小處厚度僅150），故混凝土坍落度由一般柱的100±20增大到140±30。

混凝土施工的機械依照混凝土的澆搗面及高度要緊采納50、75的振動棒，在勁性結(jié)構(gòu)外側(cè)由于鋼筋較為密集故選用50的振動棒，而勁性結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)由于混凝土澆搗高度約為16米，故特定了16米長的75振動棒。

材料的操縱及機械的適當(dāng)選用使混凝土的結(jié)構(gòu)密實，外觀色面一致，達到清水混凝土的表觀要求。

d)高強度砂漿灌漿

預(yù)埋件安裝就位正確后，在預(yù)埋件下澆灌含天然骨料高性能無收縮灌漿料。灌漿時砼表面必須牢固、無灰塵、油、油脂、水泥浮漿、修補物等雜質(zhì)。使用小鑿子使施工面粗糙。在澆灌前必須使?jié)补嗝姹凰钢辽?小時。澆灌前須去除游離態(tài)的水。模板高度應(yīng)高于灌漿高度，具有足夠強度、防水和密閉。必須保證澆灌口處模板與基礎(chǔ)之間的距離為100mm，相對另一邊（灌漿料冒出處）距離為50mm。在其余邊緣也要保持50mm。在灌漿處，使模板向外傾斜45度角，并使其有足夠高度來保證灌漿時的落差。

e)鋼結(jié)構(gòu)支座埋件的處理

新聞中心、空中餐廳下的雙向抗震彈性支座是兩個空中鋼結(jié)構(gòu)的要緊承重構(gòu)件，因此支座的安裝及支座下勁性結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)的處理十分重要。

首先是將埋件的位置轉(zhuǎn)化為工程坐標(biāo)，再運用全站儀進行定位。定位的原則分不以空中餐廳、新聞中心各為一組，必須保證以組為單位進行放樣，如此能夠減少2次放樣之間的偶然誤差。當(dāng)支座定位完成后，再由全站儀進行總的復(fù)核，如此就能全面保證支座及其埋件的安裝定位的精確性。

混凝土的澆搗方案也關(guān)系到整個埋件的安裝。埋件處混凝土的澆搗先施工至下部勁性結(jié)構(gòu)的支座埋件支承處，再安裝埋件。在澆搗埋件下混凝土?xí)r，為保證埋件下的結(jié)構(gòu)密實，采納了8cm高強度沙漿。分段澆搗保證了柱的混凝土質(zhì)量，更保證了埋件下的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

3.2懸臂結(jié)構(gòu)的安裝

關(guān)于體育場所中的懸臂結(jié)構(gòu)，我們有許多施工實例可借鑒，最類似的要數(shù)上海八萬人體育場鋼屋蓋的施工了。因此，我們自然想到用臨時支撐作為施工中懸臂端的臨時擱置點，以解決鋼梁平面內(nèi)穩(wěn)定性問題。通過對荷載進行計算，決定采納φ609鋼管作為臨時支撐，鋼管根部與事先埋設(shè)在看臺砼結(jié)構(gòu)上的埋件相連，上部通過連接板與懸臂主梁連接。此種方法只解決懸臂主梁前半段的安裝，由于懸臂主梁后半段（即場外一段）離開地面比較高，假如也采納φ609鋼管作為臨時支撐，那么鋼管用量較多，成本較高，而且從安全角度考慮，其穩(wěn)定性也難以保證。通過受力分析，我們決定在鋼柱頂上立一根臨時鋼管，然后在鋼管上設(shè)計一節(jié)點板，用鋼索與懸臂梁后半段連接，再用另外一根鋼索與懸臂梁前半段連接，以此解決懸臂梁后半段的穩(wěn)定問題。

圖3主看臺懸臂鋼結(jié)構(gòu)安裝3.3巨型鋼桁架的安裝

巨型鋼桁架兩端通過轉(zhuǎn)換桁架與主看臺及砼塔樓連接，兩榀鋼桁架之間通過聯(lián)系梁連接，組成一個空間框架體系。巨型鋼桁架為箱型截面，跨度達135.73米，單榀重量在550噸左右，跨中頂標(biāo)高40.633米，底標(biāo)高28.326米，賽道從跨下橫穿而過。

關(guān)于如此的鋼桁架，我們首先想到地面組裝、空中整體安裝的方法，既能保證施工質(zhì)量，又能滿足進度要求，然而該方案立即被否定，緣故是要將550噸重的鋼桁架一次安裝到位，沒有超大起重量的吊機是不行的，依照現(xiàn)有的機械設(shè)備考慮，決定放棄該方案。因此，我們又提出采納提升工藝，然而通過認(rèn)真分析，這種工藝不太適合本工程，因為鋼桁架一端是塔樓，作為提升支架是沒問題的，而另一端是主看臺，側(cè)向差不多上空的，沒法作為提升支架用，假如要加固的話，工作量確信專門大，從經(jīng)濟上分析是不合算的。唯一可行的方法只能采納分段安裝。

盡管分段安裝的方案是可行的，然而真正實施是有一定難度的。因此，在施工過程中我們盡量從以下幾方面下工夫：

a)我們要求工廠進行鋼桁架的預(yù)拼裝，以便保證現(xiàn)場施工質(zhì)量。

b)嚴(yán)格操縱鋼桁架連接點的位移及標(biāo)高，包括與砼連接處的位移及標(biāo)高，這是直接阻礙安裝質(zhì)量的因素。

c)臨時支架使用前對承受荷載的路基一定要進行處理，使路基地耐力及平坦度達到使用要求。

d)為了保證鋼桁架對接口位置準(zhǔn)確，臨時支架的高度必須進行實際驗算，而且支架表面平坦度要好。

e)為了解決臨時支架的穩(wěn)定問題，我們擬采納型鋼及浪風(fēng)鋼絲繩進行加固?？拷沤Y(jié)構(gòu)的臨時支架通過型鋼與結(jié)構(gòu)內(nèi)埋件連接固定，其余獨立支架可用浪風(fēng)鋼絲繩臨時固定，同時相鄰兩個支架之間還可用型鋼進行拉接。

分段安裝方案至少有以下幾個優(yōu)點：

a)通過對鋼桁架進行分段，減少吊裝起重量，在施工機械的選用上有更大的余地。

b)能夠保證連續(xù)施工，滿足工廠的制作、拼裝周轉(zhuǎn)時刻。

為保證施工方案能夠有效實施，在施工前須通過一些驗算分析：

a)對鋼桁架分段后的確切重量一定要核實。

b)對節(jié)點處支架的受力情況要掌握清晰。

c)300t履帶吊的工況性能通過驗算要如實反映。

圖4空中餐廳巨型桁架吊裝

3.4臨時支撐卸載

為了確保卸載過程的安全，首先，我們將整個結(jié)構(gòu)，包括臨時支架在內(nèi)，建立一個模型，通過計算軟件分析得出卸載前每個臨時支架的受力情況。其次，依照計算確定支架拆除順序及卸載量，由于考慮支架的承受能力，拆除過程分幾次完成。最后，通過計算我們還能夠明白在卸載過程中荷載是如何轉(zhuǎn)換的，又是如何回歸至零。

卸載時荷載對整個結(jié)構(gòu)的沖擊力比較大，因此卸載前一定要確保整個結(jié)構(gòu)已連成一個整體，防止結(jié)構(gòu)局部受力不均，造成破壞。

4工程實施與效益

上海F1國際賽車場鋼結(jié)構(gòu)工程具有施工難度大、施工工期緊、設(shè)計要求高、技術(shù)含金量高等特點。針對大跨度、大噸位、超長懸臂鋼結(jié)構(gòu)和巨型空中桁架結(jié)構(gòu)的工程特點和施工難點，通過研究開發(fā)和技術(shù)方案優(yōu)化，在主看臺鋼結(jié)構(gòu)安裝中采納“單機起吊、空中接力、雙機抬吊”的施工工藝，在新聞中心、空中餐廳的鋼結(jié)構(gòu)安裝中采納“分段雙機抬吊安裝，支架承重；空中對接，整體卸載”的施工工藝，解決了施工場地限制、施工機械能力限制等問題，攻克了專門施工工藝的一些關(guān)鍵難點，達到了業(yè)主和設(shè)計要求，通過大伙兒一致努力，順利完成該工程，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

4.1經(jīng)濟效益

在主看臺懸臂主梁的安裝中，由于施工方案的優(yōu)化，在確保安全的前提下改進臨時支撐措施，降低施工成本數(shù)十萬元。

在新聞中心、空中餐廳巨型鋼桁架的安裝中，利用公司廢舊的塔吊設(shè)備，作為臨時支撐，取代原設(shè)計采納鋼管或型鋼作為臨時支撐，既經(jīng)濟又安全，節(jié)約成本四十