深圳国际会展中心项目位于宝安机场以北、空港新城南部, 珠三角湾区的顶部、穗港深经济走廊的核心部位, 珠三角的地理中心和广东自贸区的中心 (见图1) 。地处粤港澳大湾区湾顶, 珠三角广深澳核心发展走廊、东西向发展走廊、狮子洋与内伶仃洋交汇处的空港新城片区, 是深圳市委市政府布局深圳空港新城“两中心一馆”的三大主体建筑之一, 规划以会展为核心驱动和战略性节点, 结合空港、轨道等区域性交通枢纽, 发展会展商贸、创新研发、国际物流与空港经济紧密相关的功能业态和产业集群, 引领空港新城发展。

深圳国际会展中心共有16个标准展厅。标准展厅结构形式为下部钢框架+空间倒三角桁架体系, 结构最大跨度99m, 最大标高30.000m。屋盖钢结构包含9榀相同且中心对称的弧形倒三角桁架, 最大断面尺寸为7m×7m, 标准展厅结构如图2所示, 桁架及节点如图3所示。

在满足道路交通运输条件下, 桁架上弦杆分7段、下弦杆分6段进场, 桁架腹杆单独进场, 上、下弦杆分段如图4与表1, 2所示。

1) 通过对屋盖桁架预拼装, 及时对超标构件进行修正处理, 同时分析偏差产生原因, 以便在后续构件加工过程中进行有效预防与控制。

2) 通过对预拼装结果记录、传递, 从而确保现场能顺利进行吊装, 为工程顺利实施提供有力保障。

3) 通过预拼检测各控制点的尺寸偏差及对接端口间错边与间隙情况, 从而掌握构件制作精度是否满足设计及规范要求, 同时分析偏差产生原因, 以确定导致偏差的工艺参数, 便于后续制作时及时调整。

当制作工期等条件限制时, 如桁架全部采用实体预拼装将大大增加工厂的工作量, 对工厂来说是巨大的制作工期考验, 并且需投入大量场地、人力和设备, 所有构件须提前较长时间完成加工方能满足实体预拼装要求。考虑本项目展厅屋盖桁架结构形式相同情况, 选择有代表性的首榀桁架进行实体预拼装, 其余采用计算机模拟预拼装。

工厂实体预拼装采用正卧或侧卧方式, 相比于原样拼装, 便于胎架布设, 节省胎架用量。拼装工艺如下。

依据预拼装图纸在地面上按1∶1画出杆件的中心线、分段企口线, 并标记出各关键控制点的地面投影位置。

预拼装前, 在场地上铺设钢板作为预拼装工作面, 依据胎架布置图布置专用胎架, 并与钢板平台进行定位焊接, 胎架牙板控制点需用全站仪进行测量, 保证所有点的水平度在±1mm范围。胎架必须有足够的刚度和强度, 如图5所示。

根据主桁架预拼装图纸对桁架各单元杆件进行预拼装, 控制关键点坐标。桁架各单元杆件需经检验合格后, 方可进入预拼工序。杆件安装顺序为先弦杆后腹杆, 腹杆安装应从中间向两端对称进行。弦杆安装应重点控制其弧线形精度和圆管对接口精度, 腹杆安装应注意贯口方向, 多管相贯时应注意安装顺序, 后贯的腹杆后安装。如图6～8所示。

所有杆件安装后需及时进行定位焊接。弦杆对接采用临时码板定位焊固定, 腹杆与弦杆间采用4点定位焊, 定位焊长度20～40mm。

采用地样结合吊线锤、全站仪等方法检验连接节点位置偏差和整体尺寸偏差等。

经检验合格后进行杆件拆除, 拆除过程中应做好构件保护, 减少磕碰。定位焊接应使用碳弧气刨去除, 预留1～2mm打磨至与母材表面齐平, 损伤母材部位需焊补后打磨平整。

桁架模拟预拼装可在制作工位处进行, 构件制成半成品后, 首先对场地进行清理、整顿, 然后由专业测量人员进行仪器布设, 对待测构件进行控制点数据采集, 每采集到1组数据通过网络直接上传至服务器, 服务器内置软件对点云数据进行分析、处理, 生成三维点云模型, 然后将本工程三维数字模型传输至服务器, 服务器根据设定好的程序将三维理论模型与点云实测模型进行自动拟合, 拟合完成后, 软件自动生成详细的数据报表, 使本工程桁架在加工制作阶段的数据检测完全受控。通过全数计算机模拟预拼装, 本工程的桁架制作精度将得到有效监测, 为现场安装提供数据支撑, 为满足工期要求提供多一份保障。

现场拼装采用桁架原样拼装, 拼装前先根据桁架立面图放出单榀桁架的地样, 并根据地样设置胎架, 然后依次进行杆件拼装。具体拼装流程如下。

建立桁架拼装坐标系, 采用“地样法”在桁架安装场地上进行倒三角桁架初步平面位置放样, 根据桁架结构平面投影, 在地面弹设标记线。初步放样轴线标记完成后, 在各拼装胎架定位标记上设置拼装胎架。胎架坐标位置放样如图9所示。

根据主桁架拼装图纸对桁架各单元杆件进行拼装, 控制关键点坐标, 杆件安装顺序为先弦杆后腹杆。弦杆安装应重点控制其弧线形精度和圆管对接口精度, 腹杆安装应注意贯口方向, 多管相贯时应注意安装顺序, 后贯的腹杆后安装。

根据设计图坐标值, 对照现场桁架拼装过程中各节点及端点实际坐标值, 采用“三维拟合坐标法”实时监测桁架拼装精度。

1) 测量坐标点与设计坐标图形拟合, 记录实测与设计坐标偏差。

2) 形成测校偏差分析报告, 拼装精度满足规范要求进入下一道工序。

倒三角桁架在地面立拼, 根据桁架断面形式设计专门的拼装胎架, 拼装胎架支撑部位采用H型钢, 并焊接限位板, 便于钢管支撑和调校。拼装胎架设计如图10所示, 拼装胎架典型断面如图11所示。

不同吊装单元在拼装胎架上拼装时, 为保证拼装杆件对接精度, 控制焊接变形量, 需对临时连接马板进行细部设计。典型吊装单元临时连接马板设置如图12所示。

因标准展厅桁架结构一致, 拼装施工无须调整胎架。测量校正时, 胎架通过现场垫钢板调整局部标高 (见图13) 。

依据现场拼装方案, 运用专业软件对拼装胎架体系进行受力分析计算, 由分析计算结果可得如下结论。

1) 拼装胎架在使用阶段组合下, 胎架变形为42.7mm, 满足规范要求。

2) 拼装胎架在承载力阶段组合下, 最大应力值为69.74MPa, 满足规范要求。

根据设计图纸及现场实际施工情况, 对展厅桁架拼装胎架安防措施进行如下设计。

1) 使用标准化垂直爬梯作为作业人员登高通道, 拼装胎架每榀立柱位置设置1组垂直爬梯。

2) 垂直爬梯顶部挂钩使用∟50×5进行制作, 角钢支架与拼装胎架立柱采用双面角焊缝焊接成型, 竖向间隔3m布置1道固定角钢支架, 用于垂直爬梯固定。

垂直通道设计如图14所示。

1) 桁架拼装高空作业安防措施布置难度大, 针对现场拼装工况设计组装式水平通道。利用拼装胎架顶部联系槽钢作为纵向支撑, 沿着纵向支撑间隔1m布置∟50×5作为横向支撑, 由槽钢、角钢组成底部支撑体系。

2) 在底部支撑上并排铺设3块钢跳板作为人员高空作业水平通道, 现场使用2mm双股钢丝绳穿过钢跳板网眼与底部∟50×5绑扎牢固, 钢跳板规格支底为3m×250mm×4mm, 4m×250mm×4mm。

3) 在角钢支撑上焊接防护栏杆, 防护栏杆高1.2m, 间距为3～5m, 防护栏杆使用∟50×5, 在防护栏杆上钻12孔用于安全绳拉设, 第1道钢丝绳高500mm, 第2道钢丝绳高1 100mm, 安全绳使用规格8～10。

水平通道设计如图15所示。

现场对接焊均为双边角焊缝, 焊脚高度需达到0.7h_f。

现场采用硬防护+软防护2道措施保证桁架拼装作业安全, 保证现场安全横向到边、纵向到底。

本项目通过预拼装及时修正杆件工艺方法及制作偏差, 确保工厂构件质量满足现场施工要求, 构件分段间的端口情况, 包括间隙、错位、坡口等现场拼装反馈良好。现场拼装通过合理设置胎架, 采用标准化安防措施, 顺利完成现场桁架拼装, 保证了拼装安全质量。实践证明预拼装及拼装的必要性, 能保证现场钢结构施工有序进行。