钢结构工程成功案例“凤之翼”设计简介

　　一、工程背景及概况

　　2006年在沈阳市举办的第18届世界园艺博览会，其主人口钢结构工程被誉为”凤之翼”，工程钢结构由两部分组成：斜塔和月牙形屋盖。前者象征凤的头部和 颈部，后者象征凤的双翅。结构整体计算软件采用STAAD POR;斜塔高约72m，相对于月牙形屋盖向前倾斜，与地面的夹角为76。。斜塔采用格构式结构，底部截面外形为Smx5m,顶部截面外形为2mx2m。 弦杆结构由上到下分别采用中426x12，中508 x14 ,中610 x14．相应区间腹杆分别为中159 x6，0203x8和0245xl0。斜塔整个结构外露，结构沿整个高度方向都布置有圆钢管格栅，该格栅与主结构的弦杆在水平面内相连。斜塔钢结构总重近 100吨。

　　月牙形屋盖结构由钢柱、内拱、外拱及内外拱连接桁架组成，结构平面图见图4。钢柱截面为中800x25，内部灌注C40混凝土，脚伸入混凝土基础内形成 刚性柱脚；内拱为约210m的圆弧，截面为中1016x21圆钢管，总重约105吨；外拱为约240m的圆弧，截面为①762x16圆钢管，总亘约65 吨：内外拱由于曲率不同最终在地面处相贯连接成两拱脚，通过抗震铸钢铰支座与钢筋混凝土基础相连接。内拱最高点处标高为23m，外拱最高点处标高为 11.6m。两拱脚的水平距离为120m。内外拱连系桁架采用正放三角形管桁架结构.

　　由于月牙形屋面部分覆盖膜结构，为了承受膜结构拉索的力，在内、外拱与连系桁架的节点处还设置了固定膜结构下部拉索的支架，以保证膜结构荷载通过拉索传递到月牙形屋面主结构上，该支架由焊接球和钢管组成。

　　二、工程特点、难点

　　1、本工程以中心轴对称，钢构件尺寸较大，且有不同的角度、断面、曲率变化，所有部件尺寸不重复，规格品种多，因此必须严格控制构件尺寸精度和现场组拼精度。

　　2、钢斜塔倾斜角度760，塔身长72m，塔身总重近百吨。受工期及场地条件限制，只能采用整体吊装。须严格控制塔身的倾斜角度。

　　3、所有构件都倾斜安装，对于测量定位，确定构件空间位置的精度、难度很大，而且结构下面有房屋建筑，通视条件差。

　　4、工程时间紧迫，多家单位同时施工造成施工作业面、施工道路紧张拥挤，给大型钢结构构件的现场制作、拼装及吊装、运输带来了诸多不利影响。

　　5、内圈钢拱拱长达210m，拱最高点标高23m,其下方为高度20m的主广场展厅建筑，屋面结构不允许搭设脚手架，高空散拼安装方案不成立，4台吊车只 能站在外侧。为保证工期及钢拱的整体结构安装质量，采用地面分段拼接，再组拼成整体，一次吊装就位的安装方法。由于整体拼装完成后的钢拱构件长细比很大， 极易发生弯曲、扭曲变形；须采用多机位吊车同时起吊，但展厅建筑遮挡住了各机位吊车的视线，同步起吊的协调难度巨大；构件吊起就位时，其钢拱的空间坐标位 置的定位及监测也须严裕控制。

　　三、施工措施

　　1、工程材料的选用及焊接质量控制

　　2、内、外钢拱现场拼装

　　3、钢斜塔吊装

　　4、内钢拱吊装

　　1、工程材料的选用及焊接质量控制

　　此钢结构在东北地区，为保证冬季的低温环境下裸使用的关键部位构件均采用的是石油管线所用X65及X70级别的管材，该种材料强度高、耐低温冲击及耐腐蚀 性高。焊接工程选用具有高压容器焊资格并具备全位置焊接能力的焊工，保证拼接接口、安装接口的焊接质量，并做到所有一级焊缝无损检测1000/o-次通 过。在构件防腐底漆上采用质量较高的HDX6000型锌基涂镀涂料，其附着力和防腐性能优于热浸镀锌。

　　2、内、外钢拱现场拼装

　　制作了专门拼装胎具，并采用计算机辅助计算分段；将每段拱材剖口的角度及拼接段的弦长计算出后，施工中严格按其计算结果控制角度及弦长．以保证内、外钢 拱整体拼装后的曲率半径；同时每一拼接段拼接时在接口处放置0.02mm精度的水平尺，严格控制钢拱拼接段的水平度，保证钢拱整体不发生平面外的扭曲。

　　3、钢斜塔吊装

　　钢斜塔主吊机选用500吨汽车吊，辅吊选用50吨履带吊。500吨吊车臂杆长选52.5米，作业半径10米，配重165吨，主吊吊重80—90吨，吊索选 用?52-1570N/mm2扰拉强度的钢丝绳，50吨履带吊臂杆长度19米，回转半径7米，吊重16—0吨，吊索选用？40_1570N/mm 2抗拉强度的钢丝绳，主吊扁担支撑粱选用?325 x16无缝钢管，揽风绳选用?40-1570N/mm 2抗拉强度的钢丝绳，揽风绳锚固点设在两端拱脚及外拱中间处钢柱柱脚。吊点位置经反复计算确定，主吊点设在钢斜塔重心偏上小于2m处，辅吊点设在钢斜塔底 部，主吊点起重吨位由77吨逐渐转变为90吨，辅吊点起重吨位由16吨转为0吨。

　　测量校正技术措施分为三部分：

　　(1)正立面垂直度：在塔身上、中、下端取三根水平腹杆的中心点做好标记，用经纬仪测量三点一线保证垂直度；

　　(2)侧立面倾斜角度：在塔弦杆上选取两个定位点，起点距地面1.5米，端点距地面水平测量点垂直高度60米处，按起点~端点的垂直投影距离14.993米，用经纬仪进行角度控制；

　　(3)在另一侧面设角度校核测量点，主测量面角度调整完毕后，在此测量点复核角度，避免塔身扭曲。吊车卸载并焊接完毕后经48小时测量观测，最终钢斜塔的安装定位角度及高度等指标均满足设计要求。

　　4、内钢拱吊装

　　内钢拱采用6机抬吊的整体吊装方案：

　　(1)吊装准备工作：先在地面将钢拱拼接成七个长段，按设计图纸中内钢拱在展厅屋面上的垂直投影位置设置临时固定支座，将所有钢拱分段吊上屋面在支座上临 时固定，找准水平后进行焊接连接。在屋面临时支座位置设置型钢支柱用以钢拱的吊装就位，其支柱长度按图纸申钢拱空间坐标位置的垂直高度减去屋面制作的设计 标高计算。控制支座位置和支柱长度（高度）的作用是保证内钢拱吊装就位后其空间坐标符合设计要求，同时为后续的连系桁架准确安装提供先期保障。

　　(2)由于内钢拱整体构件过长，吊装稳定性较差，同时吊车站位受到现场场地条件的限制。经专家反复研究和技术人员的计算，最终确定采用2台300吨、2台 120吨、2台50吨共计6台吊车同时起吊的吊装方案。针对各起吊点的起吊高度不同分别制定相应的吊装方案，正式起吊前进行了6机抬吊的整体试吊，以此检 验各吊点的实际工况；为做好6台吊车的协调工作并对同步起吊进行有效的控制，每

　　台吊车上各配备1名专职吊装员，携带各自的吊装方案并用对讲机与总 指挥、技术负责人随时联络。为严格控制吊装中的构件变形，在每台吊车的吊点处设有专门的提升标尺，在吊装过程中由每台吊车上的吊装员及时纪录并按顺序、按 时报告吊点的起吊高度、重量，同时全站仪监测点报告每个吊点的坐标位置，经由总指挥和技术负责人核实后调整各吊车的起升高度和速度发出继续吊升口令。整个 吊装过程平稳安全，历时1小时40分钟，内钢拱顺利吊装就位到各个规定位置，并与两侧拱脚支座准确相连。

　　(3)在连泵桁架和拱脚铸钢铰支座安装完毕后，内钢拱临时固定支柱拆除卸载，经测量内钢拱空间坐标位置与设计相符。

　　四、工程效果

　　”凤之翼”钢结构工程的设计及施工顺利完成并一次验收合格，验证了我们在设计阶段、加工制作阶段、现场施工吊装阶段对该工程的质量、安全及技术措施进行了有针对性的、必要的和极见成效的控制。