0 引言

　　树形建筑结构是德国建筑师Frei Otto于20世纪60年代提出的与树相似的建筑结构形式，德国Stuttgart机场候机大厅^[1]、深圳文化中心、天津滨海文化中心等均采用树形结构。

　　在树形钢结构建筑施工领域，深圳文化中心黄金树利用了胎架安装节点的方法^[2];南京牛首山树形钢结构施工中，采用支架自平衡提升的方式安装分杈^[3];不等重情况下采用旋转提升的方法施工^[4]。由此可见，针对不同的树形结构，在符合钢结构施工方法的同时须结合工程现场的实际情况对安装方法进行合理有效的调整，才能保证工程的顺利实施。

　　本文结合国家会展中心(天津)一期工程树形结构的特点，在深化出图阶段进行安装技术的研究，提出无支撑自平衡安装技术，并在工程上成功应用。

　　1 工程概况

　　1.1 工程总体概况

　　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。钢结构材质Q355B，总用钢量约11万t。

　　1.2 树形分杈钢结构概况

　　中央大厅区域由树形分杈结构组成的屋盖、内部附属用房、东西两侧连桥组成，总重1.8万t。其中，整体平面为285.3m×141.3m(见图1)，建筑高32.8m，由32个尺寸为30.3m×30.3m的树形分杈结构组成，分杈包含一级分杈、二级分杈及内部分杈，单个树形结构重280t。钢结构施工需在地下室顶板进行，地面胎架拼装及大型吊装机械无法施工，条件受到严格限制。

　　图1 树形结构平面布置(单位:m) 

　　2 施工重难点

　　针对国家会展中心中央大厅树形结构形式、工期要求及现场安装技术的实施难度，总结出如下重难点。

　　1)结构深化设计结构空间复杂、体量大，深化构件种类多，需在30d内完成深化出图。

　　2)构件制作树形柱为十字形，内部加劲板多;分杈构件及顶部边梁多为薄壁箱形构件，加工时间紧、难度大。

　　3)施工安装地下室底板施工时，无法进行大量地面拼装，大型起重机械无法进场;空间复杂，测量定位难度大;与其他专业交叉施工，专业协调工作多。

　　4)安全防护高空作业多，需设置多种针对性的安全平台，提出采用树形分杈结构的形式。

　　3 结构分段设计与安装方法选择

　　3.1 单个树形分杈结构的分段设计

　　利用BIM技术，结合施工方案及构件运输对长度、宽度、质量的要求，划分树形分杈结构。将现场焊接部位预留在结构受力小、应力不集中、焊接截面小的部位，方便现场焊接。

　　在实施过程中，将树形柱划分为3段(见图2)，底段7.2m，重34.3t，高出地下室顶板0.6m，方便第2段树形十字柱的安装和焊接。树形分杈结构上部分段如图3所示，分杈构件规格如表1所示。

　　3.2 安装方法选择

　　树形柱分段1处于地下室部分，与混凝土组成劲性钢骨柱，可在地下室底板使用大型汽车式起重机进行安装作业。树形柱分段2,3及树形结构上部构件在地下室顶板上进行安装，根据250mm厚顶板承载力可知，大型支撑结构、大型机械设备无法进场进行安装作业，作业条件限制了安装方法的选择。根据给定的条件，高空散装法需搭设大量支架，分段吊装法需使用大型吊装设备，高空滑移法需设置滑轨，整体提升法需设置提升点位等，均不能满足该树形结构的施工要求。

　　图2 树形柱分段  

　　图3 树形分杈结构上部分段  

　　表1 树形分杈构件规格  

　　表1 树形分杈构件规格

　　结合现场施工条件、设备选取、构件分段设置及工期要求，研究无支撑自平衡安装法，进行树形分杈构件及屋面边梁的安装。

　　4 无支撑自平衡安装法

　　无支撑自平衡安装法指在树形分杈构件拼装过程中，在对称安装构件间设置有效连接，形成树形结构的平衡体。针对该工程树形结构构件对称的特点，通过构建三级自平衡体系实现树形结构的安装。

　　4.1 树形结构一级平衡体系构建

　　在下层分杈的4个构件ZC1安装过程中，将树形结构伞座与对称的2个分杈在地面拼装成一体，中间用H200×200型钢拼接成一体，形成稳定的三角形结构。对称吊装剩余的2个对称下层分杈构件，同样用H型钢与之前的构件焊接，形成稳定的空间平衡结构。最后安装4个下层分杈拉杆1，焊接后形成稳定的分杈结构，从而完成一级平衡体系的构建，如图4所示。

　　图4 一级平衡体系  

　　4.2 树形结构二级平衡体系构建

　　下层分杈构件安装完成后，进行内部分杈节点ZC3、内部分杈ZC4及内部分杈连杆ZC5的安装，安装过程同样体现对称平衡的原则，保证下部结构不受偏心力的作用。

　　上层分杈a类构件安装时，利用可调节的倒链连接上部中分杈与已安装完成的内部分杈节点，使上部中分杈、倒链、内部分杈形成稳定的三角形，保证安装构件的稳定性。在上层中分杈、角分杈的逐步安装中，通过分杈拉杆形成更稳定的空间结构，从而形成树形结构安装过程中的二级平衡体系，如图5所示。

　　图5 二级平衡体系  

　　4.3 树形结构三级平衡体系构建

　　上层分杈b类构件安装时，同样利用倒链构建的平衡体系进行安装，在此基础上安装树形结构边梁节点，利用柱内连接梁固定边梁，焊接完成后安装树形结构边梁，形成稳定的三级平衡体系，如图6所示。

　　4.4 整体安装部署

　　安装过程中利用H型钢、倒链、树形结构边梁形成不同的三角形稳定对称平衡结构，以实现单个树形结构的无支撑自平衡安装。

　　本工程共32个树形分杈结构，划分为8个流水段进行安装，即同时从建筑中心向4个方向安装4个树形结构，从而实现整体安装，如图7所示。此整体部署能有效利用施工作业面，避免交叉作业，有效循环利用机械设备及材料。

　　图6 三级平衡体系  

　　图7 树形结构整体安装部署  

　　4.5 测量

　　安装树形结构上部节点和2根斜杆前，复核树形柱顶部轴线坐标及垂直度，并进行记录。在计算机上提取树形结构伞座节点的4个中心点，并在构件上做标记。安装时，使用全站仪测量特征点坐标，利用配套卡具调节树形结构伞座以达到设计位置。

　　对称分杈构件的安装测量同上，安装就位后，及时使用倒链拉结固定倾斜构件与已安装结构。复核节点中线，确保轴线准确。对称分杈构件安装完成后，复测树形结构伞座底部支撑柱轴线及垂直度，对比有无变化，并记录最新观测值，然后进行逐级分杈测量。

　　5 结语

　　本文以国家会展中心(天津)一期工程为依托，介绍采用汽车式起重机在地下室顶板上进行树形分杈结构多级无支撑自平衡安装施工技术，实现单个树形结构的高效安装。