深圳当代艺术馆与城市规划展览馆钢结构施工控制研究

深圳当代艺术馆与城市规划展览馆钢结构施工控制研究

王长玉

广东省深圳市中海监理有限公司广东省深圳市518000

摘要：深圳当代艺术馆与城市规划展览馆是福深圳市的重大公共建筑项目，钢结构工程造型独特、施工难度大。本文针对本工程的重点、难点进行研究，论述了施工控制措施以及取得的效果。

关键词：钢结构重点难点控制效果

钢结构包括外表皮钢结构、内部悬挑和桁架结构、两馆及云雕塑三向互通连桥结构、钢楼梯和大跨度雨棚结构。表皮钢结构由构件截面较大的主框架构件和网格结构面域组成，表皮钢结构作为屋盖的一部分覆盖、包裹整栋建筑；内部钢结构10M以下为剪力墙结构体系，10M以上（不包括10M）主体结构分为两个相对独立的塔体，每个塔体由三层桁架和少量框架柱组成竖向和水平传力系统，在屋面通过表皮连为整体。

1、重点、难点分析及控制措施研究

1.1弯扭构件加工精度保证

1.1.1重点、难点分析：

本工程建筑造型新颖，外表皮结构复杂，其中弯扭构件占15%，弯曲构件占25%。此类异形构件加工精度直接决定了现场安装定位精度，进而影响整个建筑造型，如何加工此类异形构件及如何保证构件线型精度是本工程的重点、难点。

1.1.2施工及控制措施：

采用样板管理机制，选取典型异形构件在正式加工前制作1：1足尺样板，该样板质量标准与用于本工程的正式构件要求一致，经业主、总包、监理验收合格后可作为永久构件用于本工程。

1.2构件工厂预拼装

1.2.1重点、难点分析：

预拼装在于检验工厂加工制作构件精度能否保证现场安装要求，节点与杆件连接处的高强螺栓孔群能否满足一次穿孔率,确保下道工序的正常运转和安装质量达到规范、设计要求,能满足现场一次吊装成功率,减少现场改制,所以预拼装在本工程加工过程中,显得尤为重要。

1.2.2施工及控制措施：

（1）、设计有足够承载力的专用预拼装胎架，并使用高精度全站仪精确放出拼装地样和拼装定位检验，保证拼装质量。

（2）、采用循环拼装法对桁架和角部桁架进行预拼装。

（3）、预拼装采用实体预拼装和模拟预拼相结合的方式，前期构件进行实体预拼装，后期构件进行模拟预拼装，实体构件上测点，生成实体三维模型，与设计模型拟合，确保加工精度。

1.3吊装单元的现场拼装

1.3.1重点、难点分析：

（1）本工程外表皮大部分为空间曲面，且构件具有不同程度的空间弯扭特征。根据其结构特点，现场吊装单元多，拼装量大。

（2）分段构件在加工中因下料切割有一定的尺寸偏差，再加上运输、堆放、焊接等原因会使构件有一定变形，各种误差的积累，必将给现场拼装带来不利。

（3）地面拼装，焊接易引起整体变形；分片吊装易引起弹性变形；多牛腿现场对接精度要求高。

1.3.2施工及控制措施：

（1）拼装时采用设计合理的刚性胎架作为拼装胎架。

（2）拼装过程中加强测量和复核，严格安装深化设计的控制坐标点进行坐标拟和检测拼装单元的几何尺寸，采用高精度全站仪对拼装单元进行空间三维坐标控制。

（3）进行起吊计算，设置合理的吊点。

1.4安装胎架布设

1.4.1重点、难点分析：

（1）表皮包裹内部主体悬挑结构，内外均需设置胎架，胎架设置方案需综合考虑内外的结构施工。

（2）当代艺术馆三层悬挑结构投影重叠，规划馆悬挑结构旋转，胎架设置需考虑结构自身特点。

（3）表皮钢结构倾斜曲面、旋转曲面、扇形曲面多，胎架布设难度大。

（4）胎架数量多、高度高，与土建交叉较多。

1.4.2施工及控制措施：

（1）本工程钢结构主要采用“片状单元高空原位胎架安装工艺”进行施工，为此根据吊装分块在合适的分段点下方布置临时支撑胎架，胎架之间根据布置形式通过连系桁架或H型钢连系梁进行连接，共同组成一个稳定的临时支撑体系。

（2）根据结构特点，灵活地选择胎架类型：内桁架主要设置钢管胎架，外表皮主要设置标准格构式轻型支撑胎架。

（3）胎架的底部坐落于混凝土柱头上或通过转换梁改变力的方向。

1.5复杂异型空间钢结构测量控制

1.5.1重点、难点分析：

（1）施工测量受温度变化影响，在温度变化大的情况下，钢结构会产生一定的变形。

（2）部分异形节点的三维测量控制难度大，测量控制点多，检验测量复杂。

（3）空间异形结构三维坐标定位困难，尤其是弯扭构件的空间定位需要多个控制点。

1.5.2施工及控制措施：

（1）通过历年气象资料，统计分析深圳地区在主体结构施工时间段内的气温，采用计算机分析结构受温度影响变化的规律，提前做好预调措施。

（2）施工中核对地面布控点群校群检，形成稳定片区，从核准独立杆件到核准片区杆件框体，在平面从中向四方延伸，从保证单体精准到局部精准、全面精准的开展测量工作。

（3）采用高精度全站仪对节点进行空间三维坐标控制;安装到位后，用全站仪激光捕捉空间三位坐标信息，并将测量数值与设计预控制值比较，调整节点至设计位置。

1.6安装精度控制

1.6.1重点、难点分析：

（1）复杂异形闭合的表皮结构，多曲面杆件汇交，受安装误差积累、温度变形、焊接变形等影响，安装精度控制难度非常大。

（2）空间异形结构三维坐标定位困难，尤其是弯扭构件的空间定位需要多个控制点。

（3）安装顺序、焊接顺序及卸载顺序对安装精度影响非常大。

（4）悬挑结构需结合卸载工艺及模拟分析考虑预起拱。

1.6.2施工及控制措施：

（1）采用高精度全站仪对节点三维坐标进行测量，调整节点使得节点三维坐标值与设计值吻合，达到对节点高精度控制的目标。

（2）对整个安装流程进行模拟计算分析，保证安装流程合理可行。

（3）焊接整体顺序随安装整体顺序进行，并遵循以下原则：

1）片状成形校正完成后进行焊接；

2）构件焊接按照先主后次的顺序进行焊接；

3）次杆件焊口跳焊，同一杆件避免焊缝收缩过大引起结构变形；

4）考虑焊接收缩变形的影响，提前预控。

1.7Q420GJ高强钢现场高空焊接

1.7.1重点、难点分析：

（1）Q420GJ高强钢材料强度高、焊接性差，

国内建筑领域采用相对较少，焊接冷裂纹敏感性强，焊后母材易发生

层状撕裂；

（2）部分构件节点复杂，焊接可操作性差，增加焊接难度。

1.7.2施工及控制措施：

（1）对板厚大或节点拘束度大的焊缝采用电加热进行焊前预热、后热和热处理，使用红外线测温仪严格按工艺要求进行温度监控，从工艺上预防冷裂纹出现；

（2）焊接过程中采用多层多道焊接工艺，使用小线能量的焊接参数，控制好层间温度，严防裂纹出现；对复杂或拘束度大的焊接节点进行合理优化，并设计处合理坡口形式，降低层状撕裂发生机率。

（3）在地面上最大限度的进行构件组装，减少高空焊接量；

1.8钢结构整体卸载

1.8.1重点、难点分析：

（1）悬挑平台与表皮结构两个体系既独立又连接，受力情况复杂，需通过大量仿真模拟确定卸载顺序。

（2）现场卸载点多、卸载工作量大、卸载各区域变形量差异大，卸载方法的选择难度大。

1.8.2施工及控制措施：

（1）对于表皮部分应先同内部40M平台脱离成为独立体系后,再由内到外进行分步分级卸载。

（2）对钢结构卸载过程由钢结构单位进行模拟计算分析。

（3）对于悬挑平台，宜从悬挑端向悬挑根部卸载，以保证平台接近设计受力状态。

（4）采用“砂箱卸载工艺”对结构分级同步卸载。

结语

深圳当代艺术馆与城市规划展览馆钢结构工程已于2015年3月份卸载完成，卸载后变形量控制在设计范围以内，卸载后又进行了连续的变形检测，均在控制范围以内。2015年7月份，主体钢结构经各方综合验收，符合合格标准，一次验收通过。由于工程质量的出色控制，项目于2016年5月荣获“中国钢结构金奖”，2017年11月荣获“2016-2017年度中国建设工程鲁班奖（国家优质工程）”。

参考文献

1.韩世峰，钢结构施工质量控制措施研究，建筑•建材•装饰，2018.21

2.张彦龙，大跨度空间钢结构施工技术与控制的研究，建材发展导向，2018.8