[00132752]天津文化中心大剧院钢结构施工技术

天津大剧院钢结构部分主要由屋盖钢桁架、+15.9m和+20.9m标高处吊挂楼层三部分组成。钢结构屋盖屋盖长约235m,宽约160m,面积33000m2,最高点标高+30.6m,屋盖结构由28榀纵向桁架、50榀横向桁架及桁架间连系梁、支撑组成。如图1所示。 屋盖桁架支承在18个不均匀分布的钢筋混凝土核心筒上,前檐门洞处桁架跨度最大为66.7m,桁架高度4.7m,前檐最大悬挑长度为33.6m。如图2,图3所示。 屋盖桁架弦杆截面均采用焊接箱型截面,腹杆采用焊接箱型和焊接工字截面,部分板件厚度达到60mm。 吊挂楼层梁均采用焊接工字钢,钢梁上铺压型钢板浇筑混凝土形成组合楼盖,通过直径为80mm和100mm两种规格的高强钢棒吊挂在屋盖桁架下弦。 1.大跨度大悬挑屋盖及吊挂层钢结构安装施工技术研究。 2.大悬挑钢结构及大跨度大断面外包蒙皮钢板空间桁架施工技术研究。 3.多层悬挂结构在柔性支承条件下的施工技术研究。 4.约束刚度不均匀条件下大跨钢结构屋盖卸载方案及变形控制技术研究。 大剧院入口处桁架悬挑长度达33.6m;屋盖结构局部开洞较大,桁架悬挑端挠度很难满足设计要求。采用通用有限元分析软件对大悬挑结构刚度差异区施工过程中的变形进行计算分析,并对其进行安装过程中的应力、变形跟踪监测,根据有限元分析结果确定合理的起拱值,保证卸荷后悬挑端挠度符合要求。 5.项目创新点 1)项目研究从控制变形的角度出发,全过程模拟分析了屋盖钢结构受力和变形状态,对屋盖钢桁架安装方案进行优化、确定了最佳的钢桁架安装顺序。经施工安装、卸载过程的实时监测,及数据分析表明安装顺序合理、施工方案先进,对同类工程施工具有重要的参考价值和借鉴意义。 2)由于建筑方面的特殊要求,屋盖正交桁架面层中间大面积镂空,屋盖的镂空缺口对其外部33.6米大悬挑桁架带来因约束条件差异性形成的影响,处理该差异采用了大断面外包钢板蒙皮措施,设置外覆钢板后形成的应力蒙皮桁架能够大幅减小悬挑桁架根部的扭转角,从而有效控制其端部变形。 采用的覆盖蒙皮板的巨型桁架长75. 6m、高 6m,宽 8.4 m ,蒙皮波纹板厚12mm。 通过模拟分析和完工后的检测,波纹钢板蒙皮抗扭桁架能够显著减小桁架悬挑端的变形,悬挑端挠度从190mm左右减小至80mm左右;未设置波纹蒙皮抗扭桁架时屋盖钢结构的最大竖向位移发生在10、11轴跨中悬挑桁架入口处,设置抗扭桁架后屋盖钢结构最大竖向位移位于悬挑桁架边缘端,波纹蒙皮抗扭桁架的设置 ,使竖向最大挠度的位置发生了改变。 3)吊挂建筑结构作为一种新型建筑结构体系,已日益受到建筑工程界的关注,这不仅仅是因为悬挂方式的应用有强烈的艺术表现力,而且能充分发挥受压和受拉材料的力学特性。天津大剧院采用了国内外应用不多的大跨度吊挂结构体系,综艺剧场、音乐厅和小剧场共享空间楼层共超过8000m2通过约160根高强钢棒吊挂于屋盖桁架下弦,是目前国内最大面积的吊挂楼层。既满足了大剧院大空间的使用功能,又充分展示了其独特的建筑造型。 4)天津大剧院钢屋盖由28榀纵向桁架,50榀横向桁架组成,跨度大（最大达66.7m）、高度高（最高达6m）,为了控制屋盖在施工阶段的变形,保证使用前的安全,施工时设置了200多个临时支撑。钢屋盖支撑在19个核心筒109个支座上,约束刚度极不均匀。本项目研究利用SAP2000对钢屋盖的卸载过程进行了数值模拟,通过对6个大区,42个小区卸载前后结构整体和钢屋盖的变形进行对比,并画出各卸载段的应力比柱状图,发现90%的构件在卸载过程中应力比值处于0.4以下,仅有极少数构件在卸载过程中,由于受力体系的转变,应力比有所提升,最大应力比值为0.784,即卸载完成后,整体结构仍然处于弹性工作状态。结果表明,大剧院工程现有卸载方案对临时支撑受力较大的区域应进行区域内循环卸载,使主体结构受力缓慢变化是可行的。 在卸荷时,面临着临时支撑数量较多,支座分布极不均匀的状况,拆除难度较大。在卸载过程中对每个卸荷区采用多次循环微量下降的办法,60个千斤顶往返于各个区域,在重点区域采用多区联动、微量卸荷的办法,每一次卸载都确定卸荷量级,分步控制,最终完成卸荷总量。对大跨度悬挑桁架、吊挂层的高强钢棒等重点部位进行应力应变的监测,最终桁架的卸载量及应力值都满足设计的要求。 卸载阶段,通过对现场200个临时支撑点位的卸载进行标高测量观测,桁架最大起拱值45mm,卸载后最大下沉量61mm,所有点位下沉量均在可控范围内,符合规范和设计要求。