广西文化艺术中心钢结构由3个山形拱桁架屋盖和半山处的云状平面交叉桁架组成, 钢结构屋盖为三壳体错层拱桁架及平面交叉桁架组成的连体空间结构, 空间结构如图1所示。

3个山形屋盖由3榀联系桁架相互连接, 单壳由20～32榀间距为3m的单方向片状管式拱桁架相连而成, 中间最高分别向两侧依次递减, 上层桁架下弦与下层桁架上弦通过系杆连接, 局部拱桁架区域下陷, 构成不规则起伏状, 单榀拱桁架由倾斜的2根销轴支座支撑, 最大跨度为116.7m, 最大矢高为50.75m, 主体最厚弦杆壁厚仅为10mm, 属于大跨度薄壁超限结构体系。钢结构组合形式如图2所示。

预埋钢环梁安装→钢骨柱安装→屋盖钢结构支撑布置→拱桁架拼装→钢屋盖安装→单体卸载。

在基础1圈劲性环梁内部, 提前进行钢环梁测量、放线、定位, 吊装后首先将首节钢环梁放置于预先设置好的永久支托上并微调, 待控制坐标吻合后缓慢松钩, 将钢支托与环梁焊接固定 (见图3) 。然后进行第2段吊装, 利用与前一段钢环梁上的组装孔进行端部定位, 并焊接固定 (见图4) , 依次进行下段安装直至环形闭合。

钢骨柱长度约为1m, 需在钢环梁上生根, 分段安装钢环梁时插入安装钢骨柱, 钢骨柱与钢环梁现场焊接, 可利用焊缝调节埋板定位尺寸。钢骨吊装采用捆绑法, 重点控制钢骨中心线同钢环梁贴板交点与销轴中心之间的连线与贴板上表面夹角。

钢拱支撑采用1.75m×1.75m格构柱, 分为2种规格:主肢圆钢管规格159×12的格构柱及主肢圆钢管规格245×16 (格构柱长度≥25m时采用) 的格构柱。标准节长度6m, 连接座为1.75m×1.75m的格构柱支座。斜缀条、横缀条均采用└75×8, 材质均为Q235B。

根据拱桁架分段及跨度大小布置格构柱, 格构柱间用水平杆件, 即单片桁架连接。单榀桁架连接方式为:外圈格构柱整体连接, 内圈格构柱水平连接, 内、外圈格构柱之间在端头连接。格构柱布置如图5所示。

成排格构柱间应设置横向水平支撑, 以保持格构柱的稳定性。横向水平支撑为133×6×880的单片桁架, 腹杆规格为70×4.5。

为保证支撑稳定, 防止支撑在安装过程中受到碰撞及结构本身侧向力过大导致结构不稳定, 格构柱增加斜撑 (见图6) , 部分高大格构柱采用缆风绳固定 (见图7) 。

1) 主弦杆预拼装将节点吊至相应位置, 通过挂锤线与平台上的吻合度确保节点端口和牛腿控制点的x, y坐标, 对z坐标采用全站仪控制, 使用胎架上的微调装置进行偏差调整, 确保节点端口和牛腿的坐标值符合要求。确定预拼装准确无误后, 对每个预拼装节头处做好安装标记, 然后在圆管上焊接安装耳板。

2) 斜腹杆预拼待节点放置到位后, 将钢管吊至胎架上, 调整钢管角度, 确保钢管的牛腿控制点与平台投影点吻合, 然后用卡马或连接板临时固定。检查对接口的间隙、错边等情况, 对于符合要求的, 焊接、安装连接板并做好安装标记, 对于超差的进行相应处理, 确保现场顺利安装。胎架在拼装过程中按照构件的吊装就位顺序进行安装。

3) 3段连拼用同样方法在一个大平台上将3段单元进行拼装, 3段连续拼装完成后, 吊走第1段, 将剩余2段同后续的1段再进行预拼装, 再下胎吊走此次的第1段, 如此往复循环, 直至1榀桁架全部分段参与到拼装过程中, 最后3段连续下胎。

4) 验收、下胎验收合格后利用100t汽车式起重机主吊、75t汽车式起重机辅助将第1段桁架吊装至平板车上转运至所需塔式起重机下方进行安装 (见图8) , 脱离胎架前应利用同腹杆相同的圆管, 将桁架端部连接于桁架端部, 临时固定桁架, 方便翻身、转运。

桁架拱拼装时, 拱形的高度差很大, 因此需要在桁架拱两端均设置手拉葫芦对型钢进行调整, 并采用三点吊装的方法调整时, 上端手拉葫芦收紧使构件抬头, 下端手拉葫芦放松使下端更低, 将桁架拱调整至安装就位状态 (见图9) 。根据桁架拱分段的最大质量选择合适的手拉葫芦进行调整。此时分段单元挠度为1.5mm, 满足要求。

1) 安装格构柱支撑。

2) 安装含有销轴支座的第1分段桁架 (对称安装) 雨棚与拱桁架、环桁架交汇处存在大量的拼装节点或铸钢节点, 桁架吊装前预先将拼装节点或铸钢节点同拱桁架一起进行预拼装后吊装。

3) 安装第2分段桁架 (对称安装) 。

4) 安装第3分段桁架安装此段桁架第3分段时同步进行邻侧第2分段安装, 并及时用水平杆、支撑等将桁架连成整体。

5) 单片桁架安装完成。

拱桁架是从中间向两端进行安装, 拱桁架为单片平面桁架, 弦杆之间垂直距离一般为3m, 成拱形后, 弦长分段桁架弦长为3～7m。安装首节时因无水平杆件支撑, 其平面外稳定性较差, 因此首节拱桁架必须采取有效的加固措施 (见图11) 。

1) 按照分段位置搭设格构柱支撑, 并用横向水平支撑与周边的格构柱支撑进行有效连接, 形成一个稳固体, 并用斜撑加固首节拱桁架下的格构柱。

2) 吊装首节拱桁架就位后, 利用245×12斜撑无缝钢管焊接上弦管与两侧格构柱, 首节拱桁架上部与格构柱、斜撑形成三角结构 (见图11a) 。

3) 左、右推进安装首节拱桁架两侧拱脚桁架 (见图11b) 。

4) 用同样方法进行两侧拱脚桁架安装 (对称安装) , 及时利用汽车式起重机安装水平支撑, 使五联体形成稳定结构 (见图11c) 。

5) 五联稳固后, 安装第1榀拱桁架的第2节 (见图11d) , 其余按照箭头依次推进, 及时间隔安装水平杆, 与已安装结构连成一体, 形成三角形结构, 共同抵抗平面外变形。空余水平杆后续用汽车式起重机插缝安装, 尽量不占用塔式起重机时间。

6) 按照上述顺序向第2段和两侧进行有序推进安装。

在三角稳定体推进到防屈曲支撑位置时, 及时安装防屈曲支撑。防屈曲支撑下部与销轴支座连接。防屈曲支撑上部通过十字板与铸钢节点相关焊接, 焊接完成效果如图12所示。

单片拱桁架之间有高低差, 低层桁架上弦与高层桁架下弦或直腹杆通过水平杆连接, 同时在20.250～23.250m含有大量内环桁架弦杆和腹杆及其他上弦支撑和下弦支撑等, 此类杆件最大质量<150kg, 长度<3m, 采用汽车式起重机进行吊装。

1) 进行卸载时的工况对比分析, 选择合理的卸载顺序。

2) 检查焊缝是否全部合格。

3) 进行安装作业面上的各种清理工作。

4) 进行支撑胎架的编号工作, 明确每个支撑胎架的作业队伍和卸载过程。

5) 布置卸载监测点。

3个单体的格构柱支撑从钢屋盖中央桁架由跨中向支座的顺序进行卸载, 在拆除支撑胎架时, 由于先拆除跨中处支撑胎架, 且跨中又对位移较敏感, 故分批拆除时密切检测桁架变形和位移, 逐步分析, 确保过程安全可控。

为能够进一步了解承重结构的变化情况, 在卸载前一天进行预卸载, 千斤顶行程5mm, 预卸载完毕后对卸载部位承重架的变化情况、结构焊缝的质量情况及屋盖挠度的变化情况进行一次全面检查。各项检查合格无误后, 方可进行正式卸载。

卸载时采用同步等距的方法, 每次卸载行程为5mm, 事先要在千斤顶附近设置间距为5mm的立杆, 卸载时统一指挥操作人员每次下降1格。

卸载做到同步性, 且在一个行程完毕后, 确认监测杆件应力、位移无异常后, 再统一进行下一个行程的卸载。

钢梁安装完成验收合格后将格构柱拆除, 拆除时从预留洞口用塔式起重机将格构柱转运至外部的钢结构堆场, 然后由平板车运走。