上海國際賽車場鋼結構安裝施工技術

上海F1國際賽車場鋼結構安裝施工技術1工程基本情況

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的公共建筑。整個賽車場涉及賽道、主、副看臺、新聞中心、空中餐廳等各種配套設施。

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構，造型新奇別致。主、副看臺屋蓋均為懸臂鋼結構，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，空間結構總重量為5800t。新聞中心和空中餐廳的上部結構為大跨度鋼桁架空間體系，無論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，空間桁架結構具有受力合理，抗震性能好的特點。新聞中心、空中餐廳總重量為5700t。

1.2結構特點

主看臺設計采用一般體育場大跨度、大空間的特點，與以往工程不同的是整個屋蓋設計成兩頭懸臂式樣，中間采用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及平衡，對結構整體撓度及安裝規(guī)定非常高。

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構，結構上部呈梭形狀，為鋼框架體系，梭形的兩端分別座落在主看臺及砼塔樓頂上。梭形結構由兩榀巨型鋼桁架及鋼桁架之間的聯(lián)系梁組成。結構的所有荷載通過兩榀鋼桁架傳給砼筒體與主看臺結構。為了使力傳遞明確，在鋼桁架兩端各設立了一道轉換桁架，運用轉換桁架直接將荷載傳給砼立柱。由于荷載明確從而有助于巨型桁架的設計，可以減少整個建筑的含鋼量指標。

圖2主看臺懸臂結構和新聞中心、空中餐廳桁架結構2施工難點

2.1預埋勁性鋼柱安裝

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

比賽控制塔、行政管理塔的勁性柱標高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重要體現(xiàn)在以下幾個方面：

a)精度規(guī)定高

長達400米的鋼結構安裝，僅以常規(guī)的軸線偏差值來進行現(xiàn)場控制是不夠的。由于結構施工是分段進行的，其累積誤差也許導致鋼結構安裝無法進行。所以如何保證土建結構及安裝埋件的高精度成為勁性結構施工的難點。

b)交錯施工多

與勁性結構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)域內交叉進行施工，使整個施工現(xiàn)場一直處在復雜多變的施工環(huán)境，加大了施工的難度。

c)主副看臺為清水混凝土結構

由于主副看臺為清水混凝土結構，而勁性結構為鋼與混凝土結構，如何解決土建結構與勁性結構的節(jié)點解決，使結構達成清水混凝土的標準是一大難點。

2.2主看臺懸臂鋼梁安裝過程中的穩(wěn)定控制

主看臺懸臂鋼梁涉及前后懸臂梁，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生撓度，影響安裝精度。為了避免勁性鋼柱產生撓度，必須在施工過程中控制懸臂梁的彎矩值，也就是控制懸臂梁在平面內的穩(wěn)定。假如在懸臂梁的懸挑端設立一臨時支撐，那么懸臂梁的穩(wěn)定可以控制，但是選用什么作為臨時支撐呢？如此高的支撐穩(wěn)定性、強度能滿足荷載規(guī)定嗎？支撐必須從地面開始立起，與地面如何固定？是否影響其他單位施工？所有問題都需通過計算、協(xié)調才干決定。

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備，才干安裝550噸重的鋼桁架，此方案顯然行不通。

b)假如采用分段安裝，那么根據施工條件分析，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干滿足安裝規(guī)定，并且在安裝過程中吊機還要負載行走一段距離，對吊機的性能、施工條件等工況規(guī)定極高，每個環(huán)節(jié)必須嚴格控制。

c)采用分段安裝的話，焊接工作量將增大，并且所有對接焊縫必須在高空完畢，質量不容易控制。

d)分段安裝必須采用臨時支架作為節(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)定性規(guī)定。此外，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

本工程鋼結構施工過程中，都運用臨時支架作為結構的臨時固定，因此施工結束后，必須進行拆除，使結構恢復自由狀態(tài)。支架的拆除過程也就是所謂的卸載，是一個力的轉移過程，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構轉移，直至臨時支架所有拆除，荷載也轉移完畢，整個卸載過程完畢。

在整個卸載過程中，荷載轉移是一個不擬定因素，控制不好，也許會導致支架受力不均，支架的強度、穩(wěn)定性都受到影響，容易發(fā)生意外。

3關鍵技術

3.1為了保證預埋勁性鋼柱順利安裝，我們考慮從以下幾方面進行控制：

a)測量控制

運用全站儀對勁性鋼結構及埋件進行定位控制是本次重要采用的測量控制方式。由于全站儀是坐標定位，所以在定位及復核控制時可有效地避免建筑物長而引起的累積誤差。

b)鋼筋解決

勁性柱預埋件的原有箍筋形式是穿過鋼結構柱體，既影響鋼結構性能，又不便于施工，會延長施工工期，是一種不合理的形式。通過與設計的協(xié)商及討論，對箍筋形式進行改善，改善后的箍筋形式不影響鋼結構，且布置方式亦增長了混凝土的施工空間，使得混凝土的施工質量得到一定限度的保證。

c)混凝土解決

混凝土坍落度的控制對勁性結構混凝土的質量十分重要。由于勁性結構截面較大（1500×800），這就導致混凝土澆搗面較?。ㄗ钚√幒穸葍H150），故混凝土坍落度由一般柱的100±20增大到140±30。

混凝土施工的機械根據混凝土的澆搗面及高度重要采用50、75的振動棒，在勁性結構外側由于鋼筋較為密集故選用50的振動棒，而勁性結構內側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。

材料的控制及機械的適當選用使混凝土的結構密實，外觀色面一致，達成清水混凝土的表觀規(guī)定。

d)高強度砂漿灌漿

預埋件安裝就位對的后，在預埋件下澆灌含天然骨料高性能無收縮灌漿料。灌漿時砼表面必須堅固、無灰塵、油、油脂、水泥浮漿、修補物等雜質。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。在其余邊沿也要保持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)鋼結構支座埋件的解決

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構的重要承重構件，所以支座的安裝及支座下勁性結構、混凝土結構的解決十分重要。

一方面是將埋件的位置轉化為工程坐標，再運用全站儀進行定位。定位的原則分別以空中餐廳、新聞中心各為一組，必須保證以組為單位進行放樣，這樣可以減少2次放樣之間的偶爾誤差。當支座定位完畢后，再由全站儀進行總的復核，這樣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構的支座埋件支承處，再安裝埋件。在澆搗埋件下混凝土時，為保證埋件下的結構密實，采用了8cm高強度沙漿。分段澆搗保證了柱的混凝土質量，更保證了埋件下的結構質量。

3.2懸臂結構的安裝

對于體育場合中的懸臂結構，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，以解決鋼梁平面內穩(wěn)定性問題。通過對荷載進行計算，決定采用φ609鋼管作為臨時支撐，鋼管根部與事先埋設在看臺砼結構上的埋件相連，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，假如也采用φ609鋼管作為臨時支撐，那么鋼管用量較多，成本較高，并且從安全角度考慮，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，然后在鋼管上設計一節(jié)點板，用鋼索與懸臂梁后半段連接，再用此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主看臺懸臂鋼結構安裝3.3巨型鋼桁架的安裝

巨型鋼桁架兩端通過轉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，跨中頂標高40.633米，底標高28.326米，賽道從跨下橫穿而過。

對于這樣的鋼桁架，我們一方面想到地面組裝、空中整體安裝的方法，既能保證施工質量，又能滿足進度規(guī)定，但是該方案立即被否認，因素是要將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，根據現(xiàn)有的機械設備考慮，決定放棄該方案。于是，我們又提出采用提高工藝，但是通過仔細分析，這種工藝不太適合本工程，由于鋼桁架一端是塔樓，作為提高支架是沒問題的，而另一端是主看臺，側向都是空的，沒法作為提高支架用，假如要加固的話，工作量肯定很大，從經濟上分析是不合算的。唯一可行的辦法只能采用分段安裝。

雖然分段安裝的方案是可行的，但是真正實行是有一定難度的。因此，在施工過程中我們盡量從以下幾方面下工夫：

a)我們規(guī)定工廠進行鋼桁架的預拼裝，以便保證現(xiàn)場施工質量。

b)嚴格控制鋼桁架連接點的位移及標高，涉及與砼連接處的位移及標高，這是直接影響安裝質量的因素。

c)臨時支架使用前對承受荷載的路基一定要進行解決，使路基地耐力及平整度達成使用規(guī)定。

d)為了保證鋼桁架對接口位置準確，臨時支架的高度必須進行實際驗算，并且支架表面平整度要好。

e)為了解決臨時支架的穩(wěn)定問題，我們擬采用型鋼及浪風鋼絲繩進行加固?？拷沤Y構的臨時支架通過型鋼與結構內埋件連接固定，其余獨立支架可用浪風鋼絲繩臨時固定，并且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)可以保證連續(xù)施工，滿足工廠的制作、拼裝周轉時間。

為保證施工方案可以有效實行，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算。

b)對節(jié)點處支架的受力情況要掌握清楚。

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

為了保證卸載過程的安全，一方面，我們將整個結構，涉及臨時支架在內，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。另一方面，根據計算擬定支架拆除順序及卸載量，由于考慮支架的承受能力，拆除過程分幾次完畢。最后，通過計算我們還可以知道在卸載過程中荷載是如何轉換的，又是如何回歸至零。

卸載時荷載對整個結構的沖擊力比較大，因此卸載前一定要保證整個結構已連成一個整體，防止結構局部受力不均，導致破壞。

4工程實行與效益

上海F1國際賽車場鋼結構工程具有施工難度大、施工工期緊、設計規(guī)定高、技術含金量高等特點。針對大跨度、大噸位、超長懸臂鋼結構和巨型空中桁架結構的工程特點和施工難點，通過研究開發(fā)和技術方案優(yōu)化，在主看臺鋼結構安裝中采用“單機起吊、空中接力、雙機抬吊”的施工工藝，在新聞中心、空中餐廳的鋼結構安裝中采用“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，攻克了特殊施工工藝的一些關鍵難點，達成了業(yè)主和設計規(guī)定，通過大家一致努力，順利完畢該工程，取得了較好的經濟效益和社會效益。

4.1經濟效益

在主看臺懸臂主梁的安裝中，由于施工方案的優(yōu)化，在保證安全的前提下改善臨時支撐措施，減少施工成本數(shù)十萬元。

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