[上海]大型演艺中心工程关键施工技术总结.doc

xxx演艺中心工程施工技术

一、工程简介
上海xx演艺中心，中国2010年上海世界博览会永久性场馆之一，位于“xx园”核心区域。造型呈飞碟状，在不同角度、不同时间会呈现不同形态。其设计理念为：文化与科技的融合，现代与未来的对话，中国与世界的交响。
演艺中心用地面积67242.6m2，总建筑面积125945m2，其中地上为单层的18000座多功能剧场及环绕主场馆的周边六层建筑，建筑面积为73941m2，地下建筑为两层，建筑面积为52004m2，建筑檐口高度为26.5m。
演艺中心是国内首个容量可变的室内大型演艺场馆。通过多功能机械布景的不同分隔，xx演艺中心可以从18000座的体育馆，转变为12000座和8000座的大型演出场所，直至成为舒适、精巧的4000座剧场。能满足大中型综艺演出、体育赛事、集会庆典等多功能的使用需求。
xx演艺中心于2008年1月开工，并将于2009年12月竣工。工期非常紧凑，如何做好有效的施工协调也是一个难点。
二、关键施工技术
（一）基坑施工：大直径圆形支撑系统的施工；复杂条件下基础底板周边环板作为换撑的施工技术研究。
（二）劲性结构施工：斜钢管混凝土施工工艺的研究及检测；劲性节点施工质量控制。
（三）大跨度悬挑钢结构施工技术：飞碟形超大屋盖空间自平衡钢结构施工技术
（四）直立锁边系统施工方法：负风拉力下非典型节点直立锁边系统受力测试
三、基础施工
本工程基坑面积约为25800m2，开挖深度深达11.4m，属超大深基坑工程。

（一）周边环境：场地为原有厂区及部分码头拆迁后空地，且基坑北侧为拆除原有防汛墙回填黄浦江区域。场地内存在大量旧建筑物拆除后遗留下的混凝土基础、回填用抛石、建筑垃圾等。
因为主体结构支撑的108根劲性柱由基础地板开始升起，同时由于主体地下室结构设计的进度问题，围护形式、支撑方案的选择将对后续施工工期带来很大影响。在工期紧张的情况下对围护方案作出优选才能做到最大程度缩短工期，减少时间成本。
（二）围护形式：结合各种实际情况，本基坑工程选用钻孔灌注桩结合止水帷幕作为围护体。采用钻孔灌注桩作为围护体与主体结构的设计关联程度相对较小且钻孔灌注围护桩施工上比较灵活，一般情况下遇到障碍物可通过局部调整桩位即可避开施工，可在一定程度上减小桩基等地下障碍物等对本基坑工程的影响程度。
（三）支撑形式：
考虑到本工程工期要求高，为加快基坑土方工程出土速度，以及确保支撑系统完全避让主体地下结构劲性柱，以便为后续的主体结构工程创造有利的施工条件，从而缩短总工期，本工程采用圆环支撑系统的支撑方案：圆环支撑内环直径达128m，第一道支撑内环为1900×900，第 支撑布置平面图
二道支撑内环为2600×1300。并将主体结构的施工路线和换撑并列为两条施工路线，大大的缩短了施工周期。
（四）换撑技术：
本工程底板换撑是又一缩短工期的关键性的决定，结合原结构设计承台反梁的布置特点，利用主体结构和裙房结构交接位置的后浇带，将主体结构的底板施工的工期从环撑的换撑周期中间剥离出来。利用裙房底板内靠近环向后浇带的反梁，形成底板换撑环梁。 底板结构平面布置图
在主体结构以外的底板结构完成后，即可进行第一道支撑的换撑，进而进行周边
地下室结构的施工。中间主体结构且包括底板施工完全避开了环撑的障碍和换撑的工期影响，成为一个独立施工体系。

底板换撑环梁布置图
（五）基坑施工流程。
1、围护体、工程桩、钢立柱及立柱桩施工。
2、第一道砼围檩和砼内支撑形成。
3、基坑分块对称开挖，确保圆环支撑均匀受力。第一道支撑达到设计强度的80％后，按照1－2－3－4－5-6进行中心岛开挖，同时穿插施工第二道支撑。

土方开挖分块图
4、第二道支撑全部形成并达到设计强度的80％后，按照第一皮土流程一样进行中心岛式开挖，因此首先形成裙房基础底板及周边换撑板带，见下图。

5、待周边裙房底板砼达到设计强度的80％后，拆除第二道支撑，见下图。

6、向上施工-6.600标高地下一层楼板结构，并设置周边换撑板带和在内部结构缺失区域设置换撑。
7、待地下一层楼板结构达到设计强度的80％后，拆除第一道支撑，见右图。
8、施工地下室顶板，待结构达到设计强度后，密实回填周边土体，拆除地下结构内部换撑。
演艺中心在2009年年底必须竣工投入使用，因此必须紧抓施工进度，确保如期完工。由于其主体结构的复杂性，以及基础形式的特殊性，最后选用了128m直径的环形支撑围护体系，将主体结构从128m直径环撑中直接穿出，不受支撑体系的影响；且精心设计了底板换撑的形式，直接利用底板原有反梁形成换撑反梁，将中间主体结构的底板结构施工也完全独立于支护体系，支撑的拆除只和周边裙房结构存在关联，和中间主体结构的底板施工没有任何的联系。
大直径圆形环撑的选用，确保了上海xx演艺中心工程主体结构施工的关键线路的顺利进行，不受环撑影响，大大的节约了施工工期。

四、劲性结构施工
（一）劲性结构施工工艺
本工程的主体结构由108根斜钢管柱组成，其中内、外圈上的共72根钢柱外倾斜，钢管柱与水平方向存在夹角，管内横向劲板又都与管壁垂直，夹角位置在浇捣过程会产生空洞；按照设计要求横向劲板上允许开孔大小只有Φ200mm，且管壁内侧打满栓钉，浇捣混凝土时无法将泵管与振动泵插入钢管底部，混凝土浇捣的密实性难以得到保证；浇捣过程钢管内会形成一个密闭空间，造成砼空洞。
经过与设计多次协商，最终设计同意在劲板的四个角上增开4个四分之一的圆孔，孔径50mm。另外要求钢结构加工单位在工艺板对应位置也相应开孔，确保混凝土浇捣过程中透气。
在以上条件情况下，为保证钢管柱内混凝土浇捣的密实，钢管柱内采用C60强度自密实砼。此种工艺无施工先例、施工经验，特现场制作1：1小样进行试浇捣，并进行检测，以确保砼浇捣的密实性。
1、实验柱检测内容及检测依据。
超声波检测，按设计要求在试验柱钢管外用超声波探测七个断面（具体位置见附图1），提供这七个断面钢管内混凝土的浇筑密实情况。
矩形钢管柱沿纵向剖开后，按设计指定的位置进行抽芯检测现场混凝土强度值（具体位置见附图2）。
按DG/TJ08-2020-2007“结构混凝土抗压强度检测技术规程”和CECS21：2000标准“超声法检测混凝土缺陷技术规程”进行分析计算。
2、实际检测结果。
超声波检测浇捣后5天探测，共70个检测点，砼与钢管均结合紧密，浇捣密实；浇捣后13天探测，共70个测点，仅其中5点出现缝隙。
抽芯抗压强度试验：共10个芯样，抗压强度实测值均达到设计要求。
3、结论。
经对试验钢管混凝土柱超声波探测，从柱七个断面二个方向超声声速和信号首波幅度情况分析，钢管内混凝土浇筑密实。
对钢管柱内混凝土抽芯取样10个芯样抗压强度值均达到设计混凝土强度要求。
4、实验柱切割后实物图片。

5、工程中钢管柱检测结果。
超声波探测：工程施工过程中由设计选取了最重要部位的柱子21处（从-6.7m处16根柱；9.63米～11.25米处5根柱），对其进行超声波探测。结果除2/E轴柱和13/E轴柱部分区域混凝土与钢管壁已有缝隙（混凝土干缩原因）无法探测外，其余柱所测范围钢管柱内混凝土全部密实。
同条件养护试块：共制作同条件养护抗压试块11组，测试结果数理统计合格。
砼设计强度等级C60
试块组数n＝11
λ1＝1.7
λ2＝0.90
mfcu＝65.65
fcu,k＝60
fcu,min＝60.40
Sfcu＝4.949
Cv＝109.41％
mfcu－λ1Sfcu＝57.24
≥0.9fcu,k＝54
合格
fcu,min＝60.40
≥λ2fcu,k＝54
标准养护试块：共制作标准养护试块39组，测试结果数理统计合格。
砼设计强度等级C60
试块组数n＝39
λ1＝1.6
λ2＝0.85
mfcu＝63.016
fcu,k＝60
fcu,min＝59.9
Sfcu＝3.39
Cv＝105.02％
mfcu－λ1Sfcu＝57.594
≥0.9fcu,k＝54
合格
fcu,min＝59.9
≥λ2fcu,k＝51

（二）劲性节点施工质量控制
本工程存在大量劲性节点，且连接形式多样，钢管柱、钢骨柱、劲性梁、普通框架梁相互连接均有出现。保证劲性节点施工的质量是保证主体结构的关键技术。
1、钢管柱与混凝土梁连接节点。
为了保证现场混凝土梁的钢筋和钢管柱间能很好的连接，我们要求钢结构加工单位，出厂前在钢管柱的牛腿上预先焊接好800mm长的短钢筋（一段已镦粗直螺纹，用于现场连接）。施工时根据现场梁的实际尺寸断料连接，确保钢筋连接的施工质量。

2、钢骨柱与混凝土梁连接节点。
钢骨柱节点钢筋的连接根据设计要求需要有两根贯通，因此我们要求钢结构加工单位，预先在型钢的腹板位置开孔（具体尺寸由钢筋翻样确定，技术部门复核）。现场施工时，确保两根钢筋贯通，两根钢筋锚入柱子内，最侧边的两根钢筋弯折后贯通。

3、钢管柱与型钢梁连接节点。
为保证钢梁上钢筋的连接质量，所有型钢梁上的钢筋均要求钢结构加工单位在工厂内焊接后随钢梁一起运输置现场。施工现场吊装就位后只进行钢管柱与型钢梁的焊接工作。

4、钢骨柱与型钢梁连接节点。
型钢梁与钢骨柱连接时，在钢筋较多又不能全部焊接到钢梁面时，通过现场弯折钢筋锚入型钢柱内。同时为了保证箍筋在钢骨柱节点的闭合，我们通过要求钢结构加工单位，预先在钢梁腹板上开洞的措施（具体尺寸由钢筋翻样确定，技术部门复核）保证此处节点的质量。

a. 钢骨柱节点一

b. 钢骨柱节点二

5、钢管柱与钢骨柱间型钢梁连接节点
钢管柱与钢骨柱连接时，由于两侧钢筋配置数量不一，我们预先在钢管柱两侧各留下一根800mm长的短钢筋，在现场用套筒连接，其余全部在工厂焊接到钢梁上。

五、飞碟形超大屋盖空间自平衡钢结构施工技术
（一）屋盖钢结构吊装技术。
屋盖结构由通长桁架、径向桁架、屋盖中心环向桁架相互连接，形成一个自平衡受力体系。长向桁架跨度135.7m，重达70t，数量众多的径向桁架每榀重达25t，且施工作业投影面积达到近2.6万m2。采用普通的吊装设备根本不能满足施工要求，为此现场采用2台1000吨米、2台2000吨米，共4台大型塔吊及1台550吨履带吊来吊装钢构件。
针对构件的大小、重量、吊装位置，采取不同吊装方案，或单机吊装就位、或双机双肩抬吊、或双机接力吊装。通过事先对吊装工况的设计，与构件加工厂协调，在构件合理位置安装吊耳，确保构件的起吊及一次就位成功。
（二）不同施工阶段的空间自平衡屋盖加载比例控制技术。
屋盖施工分为滑动支座支撑、支撑柱铰接两个阶段，由于边界约束条件不同，桁架的挠度及内力变化很大。因此，需要研究不同施工阶段的加载比例，以找到减小屋盖对支座产生水平推力及保证桁架刚度之间的平衡点。

在钢屋盖施工阶段，在屋盖中心区域设置竖向支撑系统，先完成环向桁架区域内的结构安装，屋盖径向桁架在地面立拼后由塔吊整段吊装到位，内侧搁置在
内圈结构上，外侧搁置在钢框架柱顶上；径向桁架对称安装，桁架间的连系杆件和剩余的环向桁架构件后补。

临时支撑编号

临时支撑
由于巨型悬臂桁架与屋盖桁架施工中均设置了竖向支撑，为了使这些结构达到设计的使用状态，在结构安装完成后需进行卸载。卸载的顺序及相关工艺根据计算机模拟及计算结果确定。
为选择合理的加载顺序，将支撑内力安全快速的传递给永久支撑，并保证屋盖在加载过程中的变形合理、强度安全，对临时支撑系统拆除过程进行全过程计算机仿真模拟，对支撑进行了反力和稳定性验算，并在加载同时对整体屋盖钢结构进行变形验算。
加载原则满足以下原则：须保证临时支撑结构处于安全状态，保证不会发生整体失稳；须保证钢结构的变形协调；在满足上述条件基础上，步骤次数尽可能少、每步幅度尽可能大。
根据所确定的加载原则，采用有限元计算，通过大量计算，最终确定一条拆除临时支撑结构的路径，首先分步加载8-11榀桁架的8道支撑，然后再分步依次按照从内向外的加载顺序逐步进行加载，第二步在进行到一定程度的加载后，拆除最外围的临时支撑。在调节过程中对于支撑反力较小或者接近于支撑自重的
杆件在下一加载步中予以直接拆除，至第22步完全拆除所有支撑，加载结束。

六、负风拉力下非典型节点直立锁边系统受力测试
本工程上、下壳幕墙采用直立锁边系统作为屋面底板。但通过深化图纸发现，因金属幕墙的分块，直立锁边系统中的铝合金夹具并没有全部直接固定于铝合金固定座上，部分夹具直接固定在了直立锁边钢板之上，造成了屋面传力体系上的不明确。同时固定与直立锁边钢板上的受力节点在设计荷载时并没有考虑。为此特别将实际出现的各种节点样式，通过施加模拟风荷载的方式，对连接节点及传力系统进行试验，以保证实际使用时幕墙系统的结构安全性能。
（一）屋面板模型A。
试验加载方法：施加50％的设计荷载，加压过程不少于3秒，荷载持续3秒，记取相应荷载取值和荷载位移；依次施加500N的荷载，加压过程不少于3秒；拉力达到最大值后记录位移，继续施加荷载，直到无法施加荷载为止，荷载持续10秒，无明显变化后记取相应荷载取值和荷载位移曲线。
设计荷载：单点受力测试模型A（两个夹具）允许的设计荷载一为72KN，拉力最大值9KN，允许的设计荷载二为8.3KN，拉力最大值10.38KN，测试模型
如下：

试验结果：首次加载至7.7kN时，由于测点1和测点2与加载钢梁相碰，停止加载，取消测点1和测点二。加载至11.2kN时，板肋明显折弯、板面已屈曲。卸载后的残余变形量：测点3为2.89mm；测点4为2.09mm。满足设计要求。
（二）屋面板模型B。
试验加载方法：施加50％的设计荷载，加压过程不少于3秒，荷载持续3秒，记取相应荷载取值和荷载位移；依次施加500N的荷载，加压过程不少于3秒；拉力达到最大值后记录位移，继续施加荷载，直到无法施加荷载为止，荷载持续10秒，无明显变化后记取相应荷载取值和荷载位移曲线。
设计荷载：单点受力测试模型B（四个夹具）允许的设计荷载一为7.2KN，拉力最大值9KN，允许的设计荷载二为8.3KN，拉力最大值10.38KN，测试模型如下：

试验结果：加载至19.3kN时，加载钢梁已变形，无法继续加载，停止加载。卸载后的残余变形量：测点1为2.58mm；测点2为2.98mm；测点3为2.43mm；测点4为3.76mm。满足设计要求。
（三）屋面板模型C。
模拟屋面板系统，在负风拉力F作用下屋面板的受力情况,采用滑移支座并使其单点受拉，考虑滑槽固定座最大可能安装偏差100mm 进行模拟安装，对以上受力形式进行拉力测试。
试验加载方法：施加3.6KN的设计荷载，加压过程不少于3秒，荷载持续3秒，记取相应荷载取值和荷载位移；依次施加500N的荷载，加压过程不少于3秒；拉力达到最大值后记录位移，继续施加荷载，直到无法施加荷载为止，荷载持续10秒，无明显变化后记取相应荷载取值和荷载位移曲线。
设计荷载：单点受力测试模型允许的设计荷载为20KN，拉力最大值25KN，测试模型如下：

试验结果：加载至19.9kN时，底部支座已脱离，且加载钢梁已变形，无法继续加载，停止加载。卸载后的残余变形量：测点1为5.62mm；测点2为6.53mm。满足设计要求。
七、现场进度：
钢结构屋盖悬挑桁架完成80％吊装；一层以下（包括地下一层、地下二层）二次结构、安装工程施工；上壳幕墙主次檩条完成进度15％。