STRUCTURE CONSTRUCTION
孙云飞
上海建工一建集团有限公司上海200120
摘要：以某艺术馆多个钢结构屋盖施工为例，对大跨度椭圆形屋盖的制作及安装技术进行总结。结合场地环境、弧形 构件量大型号多、钢梁悬挑长的特点，借助BIM三维模拟建造技术，形成三维模型定位、钢构件分段深化设计、柱脚定 位测量、多个椭圆形屋盖钢结构协同吊装等关键施工模拟，实现了多构件的高效安装，提升了拼接精度质量，有效缩 短了施工工期。相关经验总结可供类似工程参考借鉴。 关键词：椭圆形屋盖；BIM三维模拟建造；三维模型定位；施工模拟
中图分类号：TU755 文献标志码：A文章编号：1004-1001(2021)04-0590-03 D0I：10.14144/jki.jzsg.2021.04.016 Deepening Design and Construction of Venue with Multiple Oval
Steel Structure Roofs
SUNYunfei
Shanghai Construction N o.l (Group) Co., Ltdv Shanghai 200120, China
Abstract:Taking the construction of an art museum with multiple steel structure roofs as an example,the manufacture and installation technology of large-span oval roofs are summarized.Combined with the site environment,the large quantities and multiple model sizes of arc-shaped components,and the long cantilever steel beams,also with the help of BIM three-dimensional simulation construction technology,the key construction simulations of three-dimensional model positioning,steel component segmented deepening design,column foot positioning measurement,collaborative hoisting of multiple oval steel structure roofs,etc.are formed to realize the efficient installation of multiple components,improve the quality of splicing accuracy,and effectively shorten the construction period.The summary of relevant experience can be used as reference for similar projects.
Keyw ords:oval roof；巳IM3D simulation construction;3D model positioning;construction simulation
随着钢结构场馆类建筑的大规模建造，建筑外形逐 渐由传统大型场馆的几何形屋盖，转变为多个几何图形组 合的屋盖形式。对于多个圆形、椭圆形结合一体的屋盖施 工，如何提高非标准钢构件的制作精度，提高多构件拼接 质量和效率，实现大跨度空间内机械最优配置，都是必须 解决的问题。
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本文结合工程案例，通过充分发挥B IM三维模拟技术 的可视性、参数化、模型化特点，对场馆构件进行建模、定位以及合理分段，利用施工模拟分析，从而优化屋盖吊 装过程[1_6]。
1工程概况
本工程基地总面积约42 857m2，总建筑面积5 436 m2。其中，艺术馆建筑面积4 999 m2，辅助用房建筑 面积437 m2，由4个圆形展览单元和I个椭圆形综合单元组
作杳简介：孙云飞（1974—)，男，本科，高级工程师。
通信地址：上洚市浦系軒&福山路33号（200120)。
透气盖电子卹葙：466651792@qq
收稿 a 期：2020-12-30成（图1)。
图1场馆平面布置
艺术馆展览单元圆馆半径约为16 m，建筑高度为 7.93 m，综合单元椭圆馆长轴长度约53 m，短轴长度约 35 m，建筑高度为10.81m；辅助用房建筑高度为4 m，均 为钢梁、钢柱结构形式。
综合单元：椭圆形结构，由24根方钢柱（柱顶标高+ 6.80m)以及4道环形屋面钢梁（约102根）组成，屋面由 内向外第1道环形钢梁为内悬挑钢梁，第4道环形钢梁为外 悬挑钢梁。
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Building Construction
椭圆馆长轴长度约53 m，短轴长度约35 m，其中外侧 悬挑钢梁长度最长为9.5 m，最短悬挑长度为1.0m，内侧悬 挑长度为1.5〜4.0 m。
钢连廊：馆与馆之间设有连廊结构，连廊顶标高为+3.35 m，每段连廊两端与馆内钢结构吊柱焊接连接，其中1#与2^1之间连廊设有双曲方管支撑，双曲方管支撑与 倒插式钢柱（倒插约1.95m)连接。
2 施工难重点及措施
2.1艺术馆屋顶钢梁造型新颖，安装精度控制难
本项目5个单元屋顶钢梁均存在一定的坡度，且屋顶钢 梁涉及大量的悬挑钢梁，钢梁安装过程中，钢梁的安装定 位精度控制难。
应对措施：综合考虑结构形式、安装工况、构件尺寸 等因素后，根据安装顺序合理进行构件分段，减少悬挑钢 梁的安装。次梁安装时，钢梁端部设置靠码板，安装时用 高精度全站仪对每根构件进行三维定位测量，以保证钢梁 的安装精度。
2.2施工场地狭小，工期紧，吊装布置困难
本项目5个单元同时施工，周边运输道路尚未施工完 成，前期桩基施工时场地内设有放坡，场内道路仅有临时 便道和5个单元中间区域的临时道碴堆场，施工场地狭小，钢结构吊装设备无法靠近构件安装位置，同时本项目工期 要求紧，因此合理的吊装布置是本项目钢结构施工的一大 重点。
应对措施：根据本工程的建筑、结构及施工特点，结 合现场的场地布置，对钢构件进行合理的分段。受场地限 制，经综合比选，投入1台1501履带吊作为主要吊装施工机 械，另外投入1台50t汽车吊和1台25 t汽车吊作为辅助吊装 施工机械。
2.3弧形屋面悬挑构件类型多，施工效率低
本项目场馆存在较多悬挑钢梁，悬挑钢梁长度1.0〜9.5 m，悬挑钢梁质量0.5〜5.01。如何保证焊接质量，提高焊接效率是本项目的重大难点。
应对措施：建立弧形屋盖三维模型，进行编号分类堆 放，分馆集中进行钢结构安装。
3 技术路线及机械部署
综合考虑本工程工期紧、施工场地有限等特点，设计总体技术路线为：场馆主体钢结构施工（3#—4"—公—p)—各馆夹层钢结构施工—馆间弧形连廊钢结构
施工。
场馆钢柱、钢梁（包括部分悬挑钢梁）吊装阶段，因施工场地内施工道路限制，主要施工机械有1台150 t履带 吊、2台501汽车吊（图2)。
图2施工机械平面布置
馆内夹层钢结构吊装采用卷扬机和手拉葫芦配合安 装，汽车吊负责构件翻运至起吊所需位置。
馆间连廊钢结构施工时，主体结构和吊夹层己施工完 成，受限于运输车辆不得超宽，因此连廊钢结构考虑分段 进入现场，地面拼装成整体后安装就位。连廊采用50 t汽车 吊安装，25 t汽车吊作为辅助施工机械用以翻运构件及场地 内拼装。
4 钢结构安装施工
4.1平面及三维模型定位
结合弧形异形钢构件建筑结构平面图，利用Tekla软件 制作B I M三维模型，施工前复核模拟主体结构钢构件的优 化分段、馆间夹层施工、节点处构件的安装组合（图3)。
图3椭圆形钢结构三维模型
r、2#馆间的钢连廊斜支撑为不规则单曲面构件，建 立B I M构件模型，利于提取构件相关尺寸信息，以便构件 加工，减少安装误差（图4)。
图4连廊斜支擰三维模型
4.2构件分段设计
4.2.1钢柱分段
根据结构设计图纸及项目总体施工流程，钢柱分为2段
建筑施工•第43卷•第4期591
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吊装，第1段为预埋段，标高为一 1.90〜+ 1.10m ，第2段标 高为+1.10^—卜 6.90 m 。4.2.2连廊斜支撑分段
场馆之间的连廊长度（约13 m )满足运输要求，但宽 度存在超宽，因此将连廊沿长度方向分为2个部分。另外较 长的馆间连廊根据结构形式及长度尺寸，在长度上将连廊 分为3段，每段长度13〜15 m ，每段同样沿长度方向分为2 个部分。1#〜2#馆连廊斜支撑分为3段（图5)。
4.3钢结构安装 4.3.1钢柱吊装
先进行预埋段钢柱安装。钢柱安装前进行柱脚螺杆安 装，按照坐标放置定位钢板，在预埋段钢柱吊装前进行安 装质量复核。
第2节钢柱最大质量为7.3 t ，吊装半径为40 m ，大臂长 度66 m ，起重量为8.8 t ，满足要求。构件为3.61时，吊装半 径为56 m ，起重量为4.1 t ，满足要求。4.3.2屋面钢梁吊装
1 t 以下构件由2台50 t 汽车吊在26 m 以内半径吊装， 5〇 t 汽车吊大臂长度32.75 m ，起吊半径26 m 时，起重量为 1.41，满足要求。
I t 以上构件，屋面钢梁最大质量为6.0t ,
采用1台150t
履带吊吊装施工，主臂长度66m ，吊装半径为40 m 时，起 重量为8.8 t ，满足吊装要求。4.3.3操作脚手架设计
钢柱安装完成后搭设脚手架进行钢梁的安装，操作 平台围绕钢柱设垂直爬升通道，搭设1.2 m X 1.2 m 、步距 1.8 m 的钢管操作平台。4.3.4连廊安装工艺
馆间连廊斜撑安装：先安装倒插式钢柱，再安装两侧 斜撑。安装斜撑时，在斜撑悬挑端设置胎架作支撑，采用 0 609 m m 支撑，支撑下设置路基箱，待1#、2#连廊安装完 成后拆除支撑（图6)。
钢连廊主要由4根主钢管（4 203 m m X 8 m m )组成， 钢管之间每间隔l m 采用钢管（0 108 m m X 5 m m )构件现 场散拼。馆间钢连廊分3榀进行拼装就位，先在安装平面位 置正下方散拼完成，再利用50 t 汽车吊将3榀钢连廊进行整
501汽车吊
分段一（1.5 t)直径>20钢丝绳
0609支撑水培鱼缸
0609支撑
图6连廊斜支撑分段及安装示意
拼吊装，安装就位。
5 结语
应用B I M 三维模拟技术，对圆形椭圆形屋盖，馆间连 廊、连廊单曲面斜支撑等构件进行建模。因为悬挑结构 多，长度不一，应力和变形较复杂，进行模拟建造，实现
了构件合理分段，分段构件信息的信息精准提取，优化了 场馆施工路线，保证了钢结构构件制作精度，减少了吊装 拼接误差，有效缩短了屋盖吊装施工工期。
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参考文献
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