以“花海丝路,绿映珠城”为主题的第四届广西(北海)园博会主展馆建筑造型新颖(见图1a)。结构分为2个部分:外壳采用单层网壳结构,杆件截面4层以下为箱形,34层以上为圆管;展馆内楼层采用钢框架结构,结构依靠3个楼梯核心筒作为抗侧构件。结构总高度为23.25m。

外部拱形钢柱为圆弧形单曲面箱形结构,截面规格有□650×500×25×25~□400×250×16×16等;外部拱形钢柱间有3道Ф700×30环梁,之间为铰接连接;屋盖穹顶为钢管网壳结构,截面为Ф351×14~Ф180×6等;整个外部安装6mm厚的蒙皮结构(见图1b)。

内部结构主要为核心筒与楼层。核心筒钢结构由劲性钢柱与钢梁构成。核心筒劲性柱为拼制H型钢与拼制HH-T异型钢,其截面为H250×250×20×30,H300×300×20×30,H+H930×1 000×30×30;核心筒钢梁为BH300×300×20×30拼制型钢。钢管柱截面为Ф1 500×40。F2~F4楼层主钢梁截面为□1 300×750×34×50~□1 200×600×34×40,H1 000×400×20×34等,最大跨度为31m;其余均为H型钢梁。

屋盖结构为大跨度网架(壳),结构形式多样,周边有地下室,吊装半径较大。

圆弧形单曲箱形外罩拱柱共60件,外部覆盖6mm厚的蒙皮结构。拱柱单吊安装,则嵌补工作量大;分块安装,则临时支撑设立困难。

楼层□1 300×750×34×50~□1 200×600×34×40钢梁,跨度达28~31m,质量最大为31t;起重机只能站位于主展馆外围,吊装半径较大。

曲面形屋盖的安装测量、校正和定位不同于其他结构,选择测量控制点亦较为困难。

钢结构构件材质大量采用低合金高强度钢Q345B,Q345GJB,且板厚最大达40mm,如何确保现场焊接质量亦是钢结构现场施工重点。

主展馆钢结构主要是地下室钢结构、地上楼层钢结构、外罩钢结构、屋盖钢结构4大部分。

1)地下室钢结构需与土建穿插配合施工,主要采用汽车式起重机吊装。包括埋件、核心筒劲性钢柱(梁)、钢管柱等钢构件的安装。

2)地上楼层钢结构的安装主要采用SCX2500履带式起重机(主臂48.75m)进行安装。包括地上楼层钢柱、核心筒钢柱及钢梁、楼层主钢梁及次钢梁等钢构件的安装。

3)外罩钢结构的安装主要采用分块空间原位安装。由于外罩拱结构带有蒙皮结构,临时支撑无法竖立,故需利用楼层钢结构采用拉接固定的方式进行安装。吊装过程中,外罩拱结构分块单元需与楼层钢结构配合从一端同时双向对称向另一端穿插安装。安装次序如图2a所示。

4)屋盖钢结构的安装主要采用临时支撑辅助分块空间原位安装。采用SCX2500履带式起重机(主臂48.75m+塔臂39.6m)在F3局部位置与F4上竖立临时支撑,从中间向两侧安装穹顶网壳分块。安装次序如图2b所示。

根据土建施工顺序要求,严格按土建施工计划和提交的作业面进度要求,结合本工程土建的施工顺序及提交钢结构作业面的时间等要求,外拱钢结构施工划分为A,B,C 3个分区;屋盖穹顶划分为A,B,C,D 4个分区等附属结构进行组织施工。施工分区示意如图3所示。

根据吊装要求,结构吊装局部需设置临时支撑架,以便分段(块)就位,按分段(块)质量进行计算,确定大跨度箱梁、局部外拱结构分块、屋盖穹顶分块安装采用的截面为1.5m×1.5m格构式临时支撑,周边与外拱结构连接的钢梁下设支撑采用Ф351×10单管支撑。临时支撑吊装到位后用缆风绳进行固定,同时与地面、混凝土基础或楼层梁固定。

大跨度箱梁分段接头位置设置格构式临时支撑。楼层与拱环梁连接端位置均设置Ф351×10单管支撑,首层单管支撑下端采用预埋件连接的方法固定,其余均与下层楼层钢梁固定。屋盖穹顶网壳分块安装,在分块端位置设置格构式临时支撑。临时支撑安装平面布置如图4所示。

根据起重机性能及现场总平面布置要求,结合现场的实际情况及采用的安装方法,为保证构件能够满足起重机的起重量,对主要钢结构进行分段或分块,具体分块如图2所示。外拱结构共计划分30个吊装分块;屋盖穹顶共计划分27个吊装分块。

主展馆大跨度箱梁主要位于1号核心筒、2号核心筒、3号核心筒、钢管柱间,最大跨度为31m。根据现场吊装的起吊能力及安装方法,采用分段安装方式进行安装。

大跨度箱梁共计12件,每件箱梁分为3个节段,约10t/节段。在分段位置及箱梁端核心筒结构侧各设置1.5m×1.5m格构式临时支撑。采用SCX2500履带式起重机(主臂48.75m)站位于结构外围进行安装。钢箱梁逐层进行安装,同一楼层箱梁未焊接并检验合格、核心筒混凝土未达到设计强度前,箱梁支撑不得拆除。

外拱结构安装时根据现场吊装的起吊能力及安装方法,划分为若干吊装单元(分块),外拱结构所属的钢柱、环梁、支座等均在工厂加工制作后运至现场,在现场进行吊装分块拼装。

楼层内框钢结构安装完成后,楼层四周边缘与拱连接的钢梁外侧下端楼层上设置独立支撑(因拱暂时未安装到位,故此部分钢梁呈悬挑状),首层为混凝土层,独立支撑下设置预埋件,独立支撑下端与埋件焊接;其余楼层为钢结构,独立支撑下端直接焊接在楼层钢梁上。SCX2500履带式起重机(主臂48.75m)站位于结构外围进行吊装,将分块直接吊装就位。经测量校正合格后,吊装单元与楼层钢梁焊接固定。

屋盖穹顶网壳安装时根据现场吊装的起吊能力及安装方法,采用分块安装方式进行,由中间向南北两侧安装,使之形成稳定体系。再安装东西两侧,直至安装完成。分块间的嵌补杆件采用履带式起重机进行安装。

钢结构施工测量主要包括:测量控制网的布设、钢结构安装定位测量控制、施工过程监测等。其中埋件安装测量、外拱结构安装测量、屋盖穹顶分块安装测量及过程监测为钢结构安装测量的重点。如图5所示。

1)大跨度箱梁分段安装,主要测量控制梁顶标高、梁分段两端中心位置。

2)安装外拱下部分块结构时,外拱结构下端支座下端与预埋板紧密连接后,用全站仪测量控制外拱结构弦杆中心坐标。

3)安装外拱上部分块结构及屋盖穹顶分块时,跟踪测量定位。主要控制测量分块两侧及与周边分块的所有连接节点。

4)在测量控制点上粘贴十字交叉形48mm宽的透明胶辅助找准中心点,做好中心线并粘贴激光反射片。校正时通过缆风绳及倒链调节空间位置并固定。

高强度钢的焊接主要分布在柱-柱、牛腿-钢梁、钢梁-钢梁、外拱分块-外拱分块、穹顶网壳弦杆-弦杆等现场对接焊缝。焊缝要求均为全熔透一级焊缝,焊接工作量大,且多为高空作业,对焊工技能要求高。

根据钢结构安装特点,通过焊接工艺评定结果,现场焊接采用药芯焊丝CO₂气体保护焊(FCAW)工艺。在焊接过程中,严格按照焊接工艺评定要求进行施焊,严格执行焊前预热、层间温度控制、焊后缓冷等措施,确保焊接质量。焊缝冷却至环境温度后进行外观检查,24h后进行UT检测,焊缝检测合格后打磨除锈涂装。

第四届广西(北海)园林园艺博览会主园区建设项目———主展馆钢结构,由箱形外拱柱支撑体系与屋盖单层网壳组成。主展馆外部均覆盖6mm厚的蒙皮结构,主展馆内部为3层钢结构框架楼层。外拱柱外带蒙皮结构,无法采用常规辅助临时支撑的安装方法。经研讨并模拟仿真计算,采用先内框后外罩的施工次序,内框钢柱钢梁先行安装,与外拱连接的钢梁采用独立支撑辅助安装,再利用已安装的内框结构作为可靠固定物,以拉接形式固定外拱分块。