上海f1国际赛车场钢结构安装施工技术15446.docx

上海F11国际赛赛车场钢钢结构安安装施工工技术1 工程程基本情情况1.1 工工程概况况上海海F1国国际赛车车场位于于上海市市嘉定区区安亭镇镇，是一一座具有有世界一一流水准准的公共共建筑。整整个赛车车场包括括赛道、主主、副看看台、新新闻中心心、空中中餐厅等等各种配配套设施施。图1 上上海F11国际赛赛车场主主看台和和新闻中中心、空空中餐厅厅看台部部分及新新闻中心心、空中中餐厅是是整个工工程的主主体结构构，造型型新颖别别致。主主、副看看台屋盖盖均为悬悬臂钢结结构，其其中主看看台为独独立大钢钢柱与大大悬臂工工字形钢钢梁、连连接梁组组成，空空间结构构总重量量为58800tt。新闻闻中心和和空中餐餐厅的上上部结构构为大跨跨度钢桁桁架空间间体系，无无论在跨跨度覆盖盖空间和和使用功功能上都都具有极极大的优优越性和和竞争性性，空间间桁架结结构具有有受力合合理，抗抗震性能能好的特特点。新新闻中心心、空中中餐厅总总重量为为57000t。1.2 结构特点主看台设计采用一般体育场大跨度、大空间的特点，与以往工程不同的是整个屋盖设计成两头悬臂式样，中间采用独立劲性钢柱为支承点。整个屋盖系统荷载全靠独立劲性钢柱承担及平衡，对结构整体挠度及安装要求非常高。在主看台两端各有一座辅助建筑：新闻中心和空中餐厅。这两个建筑为对称结构，结构上部呈梭形状，为钢框架体系，梭形的两端分别座落在主看台及砼塔楼顶上。梭形结构由两榀巨型钢桁架及钢桁架之间的联系梁组成。结构的全部荷载通过两榀钢桁架传给砼筒体与主看台结构。为了使力传递明确，在钢桁架两端各设置了一道转换桁架，利用转换桁架直接将荷载传给砼立柱。由于荷载明确从而有利于巨型桁架的设计，可以降低整个建筑的含钢量指标。图2 主主看台悬悬臂结构构和新闻闻中心、空空中餐厅厅桁架结结构2 施工工难点22.1 预埋劲劲性钢柱柱安装主看台台(122.722288.000米)劲劲性结构构共有443根立立柱。立立柱高为为15.22米米，最大大单重约约25吨吨。钢柱柱之间分分别用水水平撑连连接和斜斜撑连接接。比比赛控制制塔、行行政管理理塔的劲劲性柱标标高166.888288.966米，分分为上中中下3节节(6米米、5.223米、0.77米及0.112米的的埋件)，最重重的一节节重约115吨，长长6米，在在6层、77层及88层处有有劲性钢钢梁与其其连接。新新闻中心心与地面面连接塔塔、空中中餐厅与与地面连连接塔的的劲性柱柱标高由由12.6030.00米米，分为为上中下下3节(9米、7.888米、0.55米及0.112米的的埋件)。劲劲性钢柱柱的安装装难度主主要体现现在以下下几个方方面：aa) 精精度要求求高长长达4000米的的钢结构构安装，仅仅以常规规的轴线线偏差值值来进行行现场控控制是不不够的。由由于结构构施工是是分段进进行的，其其累积误误差可能能造成钢钢结构安安装无法法进行。所所以如何何保证土土建结构构及安装装埋件的的高精度度成为劲劲性结构构施工的的难点。b) 交错施工多与劲性结构同时施工的有土建的钢筋、混凝土，安装的管线等，各专业施工队伍在同一施工区域内交叉进行施工，使整个施工现场一直处于复杂多变的施工环境，加大了施工的难度。c) 主副看台为清水混凝土结构由于主副看台为清水混凝土结构，而劲性结构为钢与混凝土结构，如何解决土建结构与劲性结构的节点处理，使结构达到清水混凝土的标准是一大难点。2.2 主看台悬臂钢梁安装过程中的稳定控制主看台悬臂钢梁包括前后悬臂梁，梁的根部与独立劲性钢柱固定，因此劲性钢柱在悬臂梁弯矩作用下产生挠度，影响安装精度。为了避免劲性钢柱产生挠度，必须在施工过程中控制悬臂梁的弯矩值，也就是控制悬臂梁在平面内的稳定。如果在悬臂梁的悬挑端设置一临时支撑，那么悬臂梁的稳定可以控制，但是选用什么作为临时支撑呢？如此高的支撑稳定性、强度能满足荷载要求吗？支撑必须从地面开始立起，与地面如何固定？是否影响其他单位施工？所有问题都需经过计算、协调才能决定。2.3 新闻中心、空中餐厅巨型钢桁架安装巨型钢桁架的安装是工程中难度最大的一道工序，其安装难度体现在以下几个方面：a) 钢桁架自重大、跨度大、截面高，因此在选用施工机械方面有困难，如果整体安装，需选用一台超大起重量的机械设备，才能安装550吨重的钢桁架，此方案显然行不通。b) 如果采用分段安装，那么根据施工条件分析，有一段钢桁架跨越主看台，长度将近50米，重达263吨，需要两台300吨履带吊双机抬吊才能满足安装要求，而且在安装过程中吊机还要负载行走一段距离，对吊机的性能、施工条件等工况要求极高，每个环节必须严格控制。c) 采用分段安装的话，焊接工作量将增大，而且所有对接焊缝必须在高空完成，质量不容易控制。d) 分段安装必须采用临时支架作为节点的临时搁置点，因此支架的选用也是个问题，支架一定要满足刚度及稳定性要求。另外，支架及钢桁架的稳定性如何保证？这是安装钢桁架的最大难点。2.4 临时支架的卸载问题本工程钢结构施工过程中，都运用临时支架作为结构的临时固定，因此施工结束后，必须进行拆除，使结构恢复自由状态。支架的拆除过程也就是所谓的卸载，是一个力的转移过程，通过对临时支架的逐渐拆除，荷载也逐渐由临时支架向其它结构转移，直至临时支架全部拆除，荷载也转移完毕，整个卸载过程完成。在整个卸载过程中，荷载转移是一个不确定因素，控制不好，可能会造成支架受力不均，支架的强度、稳定性都受到影响，容易发生意外。3 关键技术3.1 为了保证预埋劲性钢柱顺利安装，我们考虑从以下几方面进行控制：a) 测量控制利用全站仪对劲性钢结构及埋件进行定位控制是此次主要采用的测量控制方式。由于全站仪是坐标定位，所以在定位及复核控制时可有效地避免建筑物长而引起的累积误差。b) 钢筋处理劲性柱预埋件的原有箍筋形式是穿过钢结构柱体，既影响钢结构性能，又不便于施工，会延长施工工期，是一种不合理的形式。经过与设计的协商及讨论，对箍筋形式进行改进，改进后的箍筋形式不影响钢结构，且布置方式亦增加了混凝土的施工空间，使得混凝土的施工质量得到一定程度的保证。c) 混凝土处理混凝土坍落度的控制对劲性结构混凝土的质量十分重要。由于劲性结构截面较大（1500×800），这就造成混凝土浇捣面较小（最小处厚度仅150），故混凝土坍落度由一般柱的100±20增大到140±30。混凝土施工的机械根据混凝土的浇捣面及高度主要采用50、75的振动棒，在劲性结构外侧由于钢筋较为密集故选用50的振动棒，而劲性结构内侧由于混凝土浇捣高度约为16米，故特定了16米长的75振动棒。材料的控制及机械的适当选用使混凝土的结构密实，外观色面一致，达到清水混凝土的表观要求。d) 高强度砂浆灌浆预埋件安装就位正确后，在预埋件下浇灌含天然骨料高性能无收缩灌浆料。灌浆时砼表面必须坚固、无灰尘、油、油脂、水泥浮浆、修补物等杂质。使用小凿子使施工面粗糙。在浇灌前必须使浇灌面被水浸透至少4小时。浇灌前须去除游离态的水。模板高度应高于灌浆高度，具有足够强度、防水和密闭。必须保证浇灌口处模板与基础之间的距离为100mm，相对另一边（灌浆料冒出处）距离为50mm。在其余边缘也要保持50mm。在灌浆处，使模板向外倾斜45度角，并使其有足够高度来保证灌浆时的落差。e) 钢结构支座埋件的处理新闻中心、空中餐厅下的双向抗震弹性支座是两个空中钢结构的主要承重构件，所以支座的安装及支座下劲性结构、混凝土结构的处理十分重要。首先是将埋件的位置转化为工程坐标，再运用全站仪进行定位。定位的原则分别以空中餐厅、新闻中心各为一组，必须保证以组为单位进行放样，这样可以减少2次放样之间的偶然误差。当支座定位完成后，再由全站仪进行总的复核，这样就能全面保证支座及其埋件的安装定位的精确性。混凝土的浇捣方案也关系到整个埋件的安装。埋件处混凝土的浇捣先施工至下部劲性结构的支座埋件支承处，再安装埋件。在浇捣埋件下混凝土时，为保证埋件下的结构密实，采用了8cm高强度沙浆。分段浇捣保证了柱的混凝土质量，更保证了埋件下的结构质量。3.2 悬臂结构的安装对于体育场所中的悬臂结构，我们有许多施工实例可借鉴，最类似的要数上海八万人体育场钢屋盖的施工了。因此，我们自然想到用临时支撑作为施工中悬臂端的临时搁置点，以解决钢梁平面内稳定性问题。通过对荷载进行计算，决定采用609钢管作为临时支撑，钢管根部与事先埋设在看台砼结构上的埋件相连，上部通过连接板与悬臂主梁连接。此种方法只解决悬臂主梁前半段的安装，由于悬臂主梁后半段（即场外一段）离开地面比较高，如果也采用609钢管作为临时支撑，那么钢管用量较多，成本较高，而且从安全角度考虑，其稳定性也难以保证。通过受力分析，我们决定在钢柱顶上立一根临时钢管，然后在钢管上设计一节点板，用钢索与悬臂梁后半段连接，再用另外一根钢索与悬臂梁前半段连接，以此解决悬臂梁后半段的稳定问题。图3 主主看台悬悬臂钢结结构安装装3.3 巨型钢钢桁架的的安装巨型钢钢桁架两两端通过过转换桁桁架与主主看台及及砼塔楼楼连接，两两榀钢桁桁架之间间通过联联系梁连连接，组组成一个个空间框框架体系系。巨型型钢桁架架为箱型型截面，跨跨度达1135.73米米，单榀榀重量在在5500吨左右右，跨中中顶标高高40.6333米，底底标高228.3326米米，赛道道从跨下下横穿而而过。对于这这样的钢钢桁架，我我们首先先想到地地面组装装、空中中整体安安装的方方法，既既能保证证施工质质量，又又能满足足进度要要求，但但是该方方案马上上被否定定，原因因是要将将5500吨重的的钢桁架架一次安安装到位位，没有有超大起起重量的的吊机是是不行的的，根据据现有的的机械设设备考虑虑，决定定放弃该该方案。于于是，我我们又提提出采用用提升工工艺，但但是经过过仔细分分析，这这种工艺艺不太适适合本工工程，因因为钢桁桁架一端端是塔楼楼，作为为提升支支架是没没问题的的，而另另一端是是主看台台，侧向向都是空空的，没没法作为为提升支支架用，如如果要加加固的话话，工作作量肯定定很大，从从经济上上分析是是不合算算的。唯唯一可行行的办法法只能采采用分段段安装。虽然分段安装的方案是可行的，但是真正实施是有一定难度的。因此，在施工过程中我们尽量从以下几方面下工夫：a) 我们要求工厂进行钢桁架的预拼装，以便保证现场施工质量。b) 严格控制钢桁架连接点的位移及标高，包括与砼连接处的位移及标高，这是直接影响安装质量的因素。c) 临时支架使用前对承受荷载的路基一定要进行处理，使路基地耐力及平整度达到使用要求。d) 为了保证钢桁架对接口位置准确，临时支架的高度必须进行实际验算，而且支架表面平整度要好。e) 为了解决临时支架的稳定问题，我们拟采用型钢及浪风钢丝绳进行加固。靠近砼结构的临时支架通过型钢与结构内埋件连接固定，其余独立支架可用浪风钢丝绳临时固定，并且相邻两个支架之间还可用型钢进行拉接。分段安装方案至少有以下几个优点：a) 通过对钢桁架进行分段，减少吊装起重量，在施工机械的选用上有更大的余地。b) 可以保证连续施工，满足工厂的制作、拼装周转时间。为保证施工方案能够有效实施，在施工前须经过一些验算分析：a) 对钢桁架分段后的确切重量一定要核实。b) 对节点处支架的受力情况要掌握清楚。c) 300t履带吊的工况性能通过验算要如实反映。图4 空空中餐厅厅巨型桁桁架吊装装3.4 临时支支撑卸载载为了了确保卸卸载过程程的安全全，首先先，我们们将整个个结构，包包括临时时支架在在内，建建立一个个模型，通通过计算算软件分分析得出出卸载前前每个临临时支架架的受力力情况。其其次，根根据计算算确定支支架拆除除顺序及及卸载量量，由于于考虑支支架的承承受能力力，拆除除过程分分几次完完成。最最后，通通过计算算我们还还可以知知道在卸卸载过程程中荷载载是如何何转换的的，又是是如何回回归至零零。卸卸载时荷荷载对整整个结构构的冲击击力比较较大，因因此卸载载前一定定要确保保整个结结构已连连成一个个整体，防防止结构构局部受受力不均均，造成成破坏。4 工程实施与效益上海F1国际赛车场钢结构工程具有施工难度大、施工工期紧、设计要求高、技术含金量高等特点。针对大跨度、大吨位、超长悬臂钢结构和巨型空中桁架结构的工程特点和施工难点，经过研究开发和技术方案优化，在主看台钢结构安装中采用“单机起吊、空中接力、双机抬吊” 的施工工艺，在新闻中心、空中餐厅的钢结构安装中采用“分段双机抬吊安装，支架承重；空中对接，整体卸载”的施工工艺，解决了施工场地限制、施工机械能力限制等问题，攻克了特殊施工工艺的一些关键难点，达到了业主和设计要求，通过大家一致努力，顺利完成该工程，取得了较好的经济效益和社会效益。4.1 经济效益在主看台悬臂主梁的安装中，由于施工方案的优化，在确保安全的前提下改进临时支撑措施，降低施工成本数十万元。在新闻中心、空中餐厅巨型钢桁架的安装中，利用公司废旧的塔吊设备，作为临时支撑，取代原设计采用钢管或型钢作为临时支撑，既经济又安全，节约成本四十多万元。另外，原方案新闻中心、空中餐厅钢桁架在隧道顶板上进行拼装，因此需对顶板进行加固，加固材料采用型钢。后来通过验算优化，利用脚手管加固就能满足荷载要求，比原方案节约了三分之一成本，为企业创造了效益。4.2 社会效益主看台悬臂主梁安装时，270t履带吊行走道路与外围排架脚手相碰，钢结构安装时会影响赛车场其他工序施工。我们及时改变方案，采用“单机起吊、双机空中接力、抬吊到位”的方案，通过增大吊机半径避开排架脚手。此方案为其他承包商赢得了施工时间，经估算，如果拆除排架脚手并重新搭设好需7天时间，费用在16万元左右。