大剧院钢结构论文.doc

天津大剧院大型钢结构屋盖施工技术 扈朝阳 宋红智 (天津三建建筑工程有限公司 天津 300170) [摘要] 天津文化中心大剧院设计为双向正交钢桁架屋盖，屋盖体系支座分部不均匀、无规律，采用高空原位单元安装法施工。对单侧承担33.6m悬挑桁架荷载的大跨度门洞桁架梁进行了波纹板蒙皮抗扭处理，有效的控制了屋盖桁架及悬挑端的变形。 [关键词] 屋盖 钢桁架 吊装 支撑架 悬挑 蒙皮 1. 工程概况 天津大剧院地上四层，地下二层，建筑面积85594m2 。主体为框架—剪力墙结构，屋盖 采用两向正交钢桁架组成的空间钢结构体系。钢结构屋盖下覆盖着整个三个剧场，分别是1600座的综艺剧院、1200座的音乐厅、400座的多功能小剧场。（见图1） 天津大剧院钢结构部分主要由屋盖钢桁架、+15.9m和+20.9m标高处吊挂楼层钢梁三部分组成。钢结构总重12000t ，材质主要为Q345B、Q345C。 图 1 天津大剧院建筑外景效果图 建筑平面纵向B→Y→A1→G1共29轴，横向6→25共20轴，轴距均为8.4m 。钢桁架屋盖长235m，宽160m，面积33000m2，屋盖最高点45m，。 由28榀纵向桁架、50榀横向桁架及桁架间连系梁、支撑组成。桁架高4.7m ，桁架间距8.4 m 。屋盖桁架支承在18处钢筋混凝土核心筒上，前檐门洞处桁架最大跨度66.7m，前檐台阶上方桁架悬挑长度33.6m。（见图2） 桁架弦杆截面均采用焊接箱型截面，腹杆采用箱型和工字型两种截面，部分钢板件厚度达到60mm。吊挂楼层梁均采用焊接工字钢，钢梁上铺压型钢板形成组合楼盖。吊挂楼层通过直径80mm或100mm 的高强钢棒吊挂在屋盖桁架下弦。 图2 屋盖钢桁架 2. 施工技术特点 1） 钢桁架屋盖长235m，宽约160m ,坐落于18个混凝土核心筒支座上,18处支座为无规律、不均匀分布,需分析安装过程中每榀桁架的受力变形情况，确定最佳的屋盖桁架的安装顺序。 2） 66.7m跨度桁架抗扭难度大 前檐门洞处桁架跨度66.7m，由两榀纵向桁架及之间的联杆组成高6 m，宽 8 m的矩型组合桁架梁，外侧是33.6 m的悬挑桁架，里侧是屋盖镂空部分无约束，矩型组合桁架梁需作抗扭处理。 3） 悬挑桁架变形控制 大剧院入口处桁架悬挑长度达33.6m；悬挑桁架末端的约束及配重不均匀, 桁架悬挑端挠度变形要保持一致，控制难度大 。 4）屋盖钢结构的卸荷安全控制 屋盖钢桁架吊装共设200个临时支撑架，钢结构全部安装完成后，卸载拆除支撑架。在卸载过程中，钢桁架结构发生内力重分布，因此要防止在卸荷过程中内力分部出现异常引发结构事故。 3. 屋盖钢桁架安装整体方案 3.1屋盖钢桁架采用“高空原位单元安装法”安装，既在工厂进行散件制作， 运输到现场地面拼装为单个单元后，再吊装到高空对接安装。 3.2根据土建进度及钢结构的特点，对屋盖钢结构进行施工分区，一共分成3个施工区域顺序安装，每个区域又分若干步骤安装。 3.3屋盖钢桁架采用400吨履带吊和350吨履带各1台，与现场安装的5台塔吊配合进行屋面桁架及联系梁、支撑的安装。 3.4屋盖前段33.66m的悬挑桁架选择4台50吨汽车吊地面拼装后，采用2台400吨履带吊从F1轴向C轴整榀吊装。 3.5 屋盖下面+15.9m、+21m标高层的吊挂层钢梁及核心筒、各剧场剪力墙间钢梁，采用现场布置的5台 塔吊随混凝土的施工进度依次安装，悬挂梁采用“先撑后挂”方案进行安装。 4. 屋盖钢桁架安装技术要点 4.1 屋盖钢桁架安装顺序的确定 采用有限元软件分析,对设想的几种不同的安装顺序进行了工况分析,选取了最利于桁架变形控制的安装顺序 , 最后确定的桁架安装顺序如图3 所示 。总的思路是按由南向北的走向进行逐一吊装，根据支座密集度分区吊装施工，先形成逐一的局部整体，最后进行区间合拢，扩充为完整的可承担荷载的结构体系，最后进行大悬挑部分的吊装， 其中：Ⅰ区包括A、B、C三个区，安装顺序为：A区 → Ｃ区→ B区； Ⅱ区包括D、F区，安装顺序为：D、F区基本同时推进，F区施工方向即：F1轴→C轴方向； Ⅲ区包括E区 ，最后安装。 图3 钢结构施工分区示意 4.2屋盖钢桁架吊装分析 吊装前结合现场平面图、履带吊、塔吊的位置，对分成单元的钢桁架逐一进行了吊装工况分析，以下是Q-R轴之间11-16轴段桁架的吊装分析，（见图 4，表1） 图4 吊装示意图 表3-4 吊装机械及性能表 构件说明 名称 Q-R轴之间11-16 轴段桁架分析 重量(t) 30 长度(m) 42.2 安