邢佳健 贾聪亮 李晨 王得荣 阮炜杰
中国建筑第八工程局有限公司钢结构工程公司， 上海 200120
摘要：国家会展中心（天津）一期项目总建筑面积47万㎡，总用钢量12.9万吨，其中中央大厅钢结构具有工期紧体量大、吊装空间受限、结构形式复杂、基础承载力小等特点。本文通过对中央大厅钢构件吊装工况进行分析，研究复杂结构钢结构工程在受限空间下的吊装工况，确保此部分钢结构工程施工的顺利进行，确保项目工期目标顺利完成。
关键词：受限空间；复杂结构；吊装工况
1 工程概况
1.1工程总体概况
国家会展中心（天津）项目是商务部继上海、广州之后，与天津市政府共同合作打造的第三个国家级会展中心，建成后将成为中国北方规模最大的展馆。该项目位于天津市津南区咸水沽镇，总建筑面积47万㎡，建筑高度33.9m，结构类型为地下混凝土，地上全钢结构，结构体系为桁架＋树形结构，钢结构总用钢量12.8万吨，钢结构主要分布于中央大厅、交通连廊、展厅。
1.2中央大厅钢结构概况
中央大厅钢结构主要包括：中央入口大厅树状钢结构，内连桥钢桁架，东西两侧连桥和内部附属用房钢结构四部分，总用钢量1.8万吨，材质主要为Q355B。树形钢结构由32个树形钢结构组成，内连桥由平面桁架组成，东西连桥及附属用房为钢框架结构，连桥及附属用房分布有钢筋桁架楼承板，外露部分涂刷丙烯酸聚氨酯面漆。
2 吊装难点分析
2.1工期紧体量大
中央大厅钢结构用钢量1.8万吨，安装工期仅6个月，平均每月需要安装钢结构量3000吨。
2.2 吊装空间受限
中央大厅屋盖整体平面为285.3m×141.3m，由32个尺寸为30.3m*30.3m的树形分杈结构组成，每个树形钢结构之间，上部间距仅为8.7m、5.7m，吊装空间受限，构件吊装时吊车的站位及大臂与复杂结构的碰撞分析难度较大。同时下部框架需穿插作业，吊装工况复杂。
2.3 结构形式复杂
树状钢结构屋盖最大高度32.8m，树顶截面30.3mx30.3m，最大悬挑15m，每个树状钢结构由树形分杈结构组成，分杈包含一级分杈、二级分杈及内部分杈，单个树形结构重量280t。
2.4基础承载力小
作业面在地下室顶板，地下室顶板厚度为180mm、250mm，无法满足吊装机械的施工需求，最大允许施工作业汽车吊仅为80吨。
2.5天气情况多变
天津市位于我国华北地区渤海湾西岸，气候类型是海洋性温带季风气候。天津季风盛行，冬、春季风速最大，夏、秋季风速最小。年平均风速为2~4米/秒，多为西南风。
3 构件分段分析
中央大厅部分构件形式多，主要有箱型柱、H型柱、箱型梁、H型梁、平面桁架、箱型组合十字柱树状钢结构等。深化设计前，应和运输、安装等相关单位沟通协调，充分考虑运输条件、施工顺序、机械选型等。
3.1平面桁架分段
地下室钢柱分为一节，满足加工及运输要求，考虑地面焊缝位置避开人视线集中点，断口位置设置在±0以上1100mm位置；地上部分框架柱分为一节，钢梁不分节，内连桥平面桁架跨度较大，分为两段，断口位置避开跨中。
3.2树状结构分节
树状钢结构柱地上分为两段，断口位置为±0以上7400mm及树状结构分叉位置向下500mm，避开节点区域。
3.3树状结构分段
地上树状结构上部按安装顺序进行分段，断口位置避开节点区域500mm设置。
4 基础荷载能力分析
通过上述分析，本工程中央大厅钢结构吊装作业拟采用QY80K汽车起重机进行。
4.1 QY80K汽车吊参数
QY80K汽车起重机，车辆参数如下：.
①车长：14550mm；轮胎之间的中心距为2800mm；
②自重54.8t;
③共5排10个轮胎，断面宽度取250mm；
④轴距从后往前依次为1400，1350mm，1875mm，2950mm，总计约7.575m；
⑤支腿全伸跨距：7000 ×7000mm；
⑥尾台回转半径：4200mm；
4.2计算单个支腿最大荷载
已知条件如下：
空车重G=54.8t ；
吊钩重Ga=1.0t；构件重W=28.7t；吊装半径R =7.0m ；
尾台回转半径r=4.2m；支腿全伸跨距7.0×7.0m ；
侧方工作状态下，支腿间距d =7.0m，以一侧支腿为支点建立静力平衡方程（N1=N2，N3=N4）。
2N1*d+Gp*(r-d/2)=(G-Gb)*d/2+Gb*(R+d)/2+(Ga+W1)*(R+d/2)
N1=N2=383.9kN
N3=N4=(G+Gp+Ga+W1-2N1)/2=71.7kN
后方工作状态d =7.0m，建立静力平衡方程（N1=N3，N2=N4）。
2N1*d+Gp*(r-d/2)=(G-Gb)*d/2+Gb*(R+d)/2+(Ga+W)*(R+d/2)
N1=N2=383.9kN
N3=N4=(G+Gp+Ga+W-2N1)/2=71.7kN
侧后方工作时支腿对角距离d=9.9m，以远端支腿为支点建立静力平衡方程（N2≈N3）：
(N1+N2)*d+Gp*(r-d/2)=(G-Gb)*d/2+Gb*(R+d)/2+(Ga+W)*(R+d/2)
N1+N2=676.3kN
且N1+N2+N3+N4=911kN
则：N1=448.5kN；N2≈N3=227.8kN；N4=7.0kN
4.3主梁区域下施加回顶支撑
在进行吊装施工时，提前规划布局，尽量使支腿落在混凝土梁、柱的位置。
在施工时由于下方脚手架已拆除，因此需在梁下方、跨中位置设置回顶支撑，回顶支撑下部撑至基础底板，上部撑至混凝土梁。
回顶支撑在脚手架搭设前安装，回顶支撑采用φ203*6的圆钢管，材质Q345B。下方焊接 PL500*500*10 的钢板底座，并设立四个加强肋，底座与底板采用四个M14*120的膨胀螺栓连接固定；上方焊接PL400*400*10的钢板顶托，设立四个加强肋。
4.4回顶支撑计算
混凝土墙、柱处设置为刚接支座。
（1）恒载D
混凝土体系的自重由软件自动计算，取1.1倍的自重放大系数。
（2）活载L1(行走荷载)
已知轮压荷载为P1=70.7kN，折算为楼板单元上的局部均布荷载，并考虑1.1倍的不均匀分配系数，则：q1=1.1P1/A≈77.8kN/㎡，分别按横、纵向的最不利情况进行施加。
（3）活载L2（吊装荷载，靠近梁边工况）
已知单个支腿最大反力为449kN，考虑1.1倍的动力系数，P3=1.1*N1=493.9kN，q3=P3 /A=493.9kN/㎡；
根据模拟计算，在最不利荷载组合下的支撑柱反力为：P=483.5kN
查《钢结构设计标准》附录 D 得，圆钢管按 b 类截面稳定系数φ=0.561，
则钢管所受压应力σ=232.1MPa＜295MPa，
圆钢管的稳定性与强度可以满足要求。
5 汽车吊吊装工况分析
最不利工况分析
根据中央大厅地上树形钢结构构件分节及重量，中央大厅树形钢结构最重节段为树形钢柱第二段，重量为28.7吨，考虑最不利工况，使用QY80型汽车吊近位安装。安装时QY80型汽车吊主臂长21.9m，吊装半径7m，吊重36t，满足吊装要求。
6 结语
通过对受限空间下复杂结构吊装工况进行分析，可以有效解决本工程中央大厅钢结构吊装难点问题，实现快速安全吊装，确保本项目工期目标的顺利完成。
参考文献
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