1 工程概况

　　国家会展中心(天津)一期工程位于天津市津南区，建筑面积47.86万m²，主要由展厅、交通连廊、中央大厅组成。

　　主体钢结构材质为Q355B，总用钢量约11万t。展厅区域外形立面设计采用飞翔“海鸥”造型，结构设计采用四弦凹形钢桁架，腹杆采用预应力钢拉杆。如图1所示，每2个展厅共用1个屋盖，屋盖尺寸为186m×159.7m，高23.28m，四弦凹形桁架总长186m，单跨跨度84m，两侧由A类铰接、B类刚接的人字柱支撑，在满足受力变形的基础上体现设计简洁性。展厅内部布置钢框架结构夹壁墙，承担机电设备及管线的布置，展厅底板布置间隔9m的次管沟，基础采用2.5m×2.5m混凝土预制桩。

　　图1 展厅屋盖结构(单位:m)   

　　2 施工重难点

　　2.1 工期要求

　　根据招标文件及设计图纸要求，四弦凹形桁架对口焊接及不同厚度钢圆管水平全方位固定焊均为一级焊缝，地面拼装及吊装均为高空作业，安全隐患多。其次，16个展厅须6个月完成，工期紧张。

　　2.2 安全性计算

　　四弦凹形钢桁架施工中的受力状态与完全连接成整体后的受力状态不同，专项方案阶段不仅要对不同安装状态下桁架受力、结构变形、稳定性进行计算，还须对拼装胎架、支撑、操作平台进行安全计算，从而保证钢结构工程施工、安全及质量。

　　3 桁架安装方案选择

　　本工程展厅两侧A,B类人字柱安装完成后进行桁架安装，单榀桁架重516t，长186m，两边悬挑6m。策划安装方案时，根据结构体量大、工期要求紧、质量要求高的工程特点进行方案选择。

　　1)分段吊装需现场制作大量拼装胎架，安装过程中在分段点设置支撑，支撑高度达16.7m，按此方法，工程现场8个展厅同时施工能满足工期要求。

　　2)高空滑移安装需在施工道路上搭设高空拼装平台，然后对人字柱进行加固，并在人字柱顶部铺设滑移轨道，逐榀累积滑移施工完成后轨道拆除困难，需使用大量千斤顶顶升4 500t屋盖。

　　3)整体液压提升需在人字柱位置处断开四弦凹形桁架，提升后高空需进行大量补空，且人字柱顶部面积狭小，无法布置提升支架。

　　根据本工程质量、工期、安全特点，结合施工重难点及场地条件，对以上3种方案施工工期和费用进行比选分析，最终确定采用四弦凹形钢桁架地面分段拼装、350t履带式起重机吊装施工。

　　4 施工关键技术

　　四弦凹形桁架节点复杂，构件深化过程须结合设计图纸、规范、实施方案及运输限制进行划分。本工程利用Tekla软件进行钢结构深化出图，同时，利用BIM技术及有限元软件进行施工拼装模拟及构件受力计算，确保整个施工过程的质量及安全。在构件制作阶段，加工厂依据图纸及自身生产情况进行工艺组织。

　　4.1 桁架分段

　　初期拟采用500t履带式起重机进行吊装，将整榀桁架分为4段(见图2a)，最大分段质量135t，后考虑综合质量太大，基础不能满足要求，重新将桁架划分为6段(见图2b)，分段最重95t，采用350t履带式起重机、铺设9m路基箱能满足现场要求。故采用整榀桁架分6段进行分段吊装。

　　图2 主桁架分段  

　　4.2 桁架地面拼装模拟分析

　　按确定方案进行地面拼装平台设计，主杆采用HW400×400，底部中间水平连杆及竖向立杆采用HW250×250，斜撑杆及上部水平连杆采用HW200×200，尺寸依据四弦凹形桁架进行设定。

　　对地面拼装平台和桁架拼装全过程进行MIDAS Gen有限元分析。计算结果如表1所示，地面拼装阶段最大应力为10.54MPa，远小于Q235钢材强度值，最大位移为0.27mm，说明拼装过程安全可靠。

　　表1 地面拼装应力及位移 

　　表1 地面拼装应力及位移

　　4.3 桁架分段吊装模拟分析

　　4.3.1 不同节分段模拟分析

　　对桁架分段3(4节)，桁架分段2(5节)进行吊装分析。过程中采用间隔12m的4点吊装，设置在分段两端第2节处。由计算结果可知，桁架最大相对变形为16mm，最大应力为72.3MPa,GLG650钢拉杆最大应力为9.29MPa，最大轴向位移为13.5mm，满足规范及安装要求。

　　4.3.2 桁架分段安装模拟分析

　　施工中在第4榀桁架安装完成后进行第1榀临时支撑的卸载，建立展厅四弦凹形桁架安装模型进行施工模拟分析。整个模拟过程分为两大阶段11步:第1阶段为单榀四弦凹形桁架分段安装，共6步;第2阶段为安装完成后桁架及格构支撑周转，共5步。

　　计算结果如表2所示，经过11步施工模拟分析，得出最大应力位于支撑顶支座，为154.9MPa<295MPa，满足规范及施工要求。最大位移为94.96mm<104mm，满足施工要求。

　　根据钢结构地面拼装、高空吊装的变形协调要求，需对桁架分段无杆件相连的节点进行加固处理。采用HW200×200作为临时撑杆进行加固，在每榀桁架安装完成后拆除，保证施工安全性。

　　表2 施工过程应力及位移 

　　表2 施工过程应力及位移

　　4.4 底部路基箱及支撑模拟分析

　　四弦凹形桁架支撑采用圆管格构柱形式，规格为1.5m×1.5m×1.5m，通过拼装形成格构支撑。底部路基箱搁置在混凝土底板上，2块并排铺设，规格为5m×1.8m×0.2m。安装过程中需对桁架分段进行微调，由此或其他因素会产生一定水平力，安装格构支撑存在倾覆风险。格构支撑受力与路基箱布置如图3所示。

　　图3 格构支撑受力与路基箱布置(单位:m)  

　　采用桁架最大压力作为支撑金属模板传递力，进行抗倾覆、稳定性验算，由计算结果可知，安装金属支撑模板在垂直桁架方向满足抗倾覆验算要求，主肢圆钢管稳定性满足要求。

　　5 结语

　　依托国家会展中心(天津)一期工程，论述四弦凹形钢桁架整体施工方案的选择，得出分段吊装为最优方法。通过对地面拼装胎架、拼装及吊装阶段桁架进行施工前有限元模拟，验证了方案的合理性。本工程实施过程中，地面拼装胎架循环使用18次，格构支撑金属模板循环使用10次，有效节约了现场辅助施工材料，降低了工程成本。