摘  要：凤凰国际传媒中心工程，是全新概念的媒体体验舱，它超越了以往媒体与观众隔着屏幕交流的关系，将观众引入开放的莫比乌斯环空间中，感受凤凰传媒的魅力。办公楼及演播楼外围包裹钢结构外壳，采用莫比乌斯环造型，独特新颖，分内外两层，各自采用大小不等的梯形截面的弯扭箱型构件，相互交叉编织而成。钢结构外壳包括钢结构罩棚、内部旋转坡道、通天楼梯、拱桥、钢平台、马道及幕墙次结构七大部分，是继奥运工程之后钢结构设计与施工的又一力作。

相对于钢筋混凝土结构，钢结构具有自重轻强度高、延展性好、施工周期短、抗震性能好、可工业化生产等特点，能够满足各种复杂建筑造型的要求。随着建筑业的快速发展，钢结构在建筑市场占有的比例越来越大，建筑造型越来越新颖，结构随之越来越复杂，特别是大跨度空间弯扭结构，传统的钢筋混凝土结构是无法满足结构受力以及建筑造型的要求。

图1 钢结构轮廓图(凤凰国际传媒中心工程)

1. 工程概况

凤凰国际传媒中心建筑面积64973m2地上建筑面积29973m2地下建筑面积35000m2由办公楼和演播楼以及钢结构外壳三部分组成。办公楼10层，演播楼4～6层，地下3层为车库和机房层。结构类型为方钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒结构。钢结构外壳包括钢结构罩棚、内部旋转坡道、通天楼梯、拱桥、钢平台、马道及幕墙次结构七大部分。钢结构罩棚表面积约为27500 m2，重量达5200t左右，设计采用莫比乌斯环造型，独特新颖，分内外两层，各自采用大小不等的梯形截面的弯扭箱型构件，相互交叉编织而成，其顶部通过V型支撑与裙楼和主楼的屋顶混凝土结构相连，建筑造型十分复杂。

2. 工程施工难点

本工程钢结构屋架属超大跨度钢结构，由双向交叉双全梁结构及竖向支撑系统组成，长约130m ，宽约124m，由箱形截面构件（轮廓尺寸为700mm×500mm）形成的梯形网格构成，且构件具有不同程度的空间扭曲特征。钢结构外表面为自由曲面，采用整体钢结构将办公楼和演播楼整体覆盖起来，整体钢结构为双向交叉双全梁结构体系，外层（上层）钢梁为梯形箱梁截面，内层（下层）钢梁为圆钢管截面。主肋共618段，次肋共1509段，没有任何两根构件形状相同。

钢构件安装测量难度大。主肋分段安装、拱桥分段安装、旋转坡道、马道及通天楼梯等每一步的安装、结构体系的卸载以及卸载稳定后的定期变形观测，必须由测量人员进行跟踪控制。同时绝大多数的构件的定位控制均需在高空进行，不但需要建立平面控制网，还须建立空间三维控制网，以便于构件的空间定位，保证测量精度。并且构件截面按相关规定采用了非平口的形式，给测量控制工作带来相当大的难度。

安装工序复杂。包括铰支座安装、七米平台安装、外壳钢结构安装、钢拱桥安装、旋转坡道安装、通天楼梯及马道安装、东西两侧连接段安装、合龙连接段的安装。

支持体系要求高。在钢结构的安装过程中，一般的脚手架支持无法确保吊装定位的安全、稳定、精确定位，通过采用稳定有效的格构柱支撑体系实现精密的测量定位控制、焊接质量控制和高质量标准。

钢结构合龙控制。为保证结构使用过程中的安全，必须选择合适的合龙温度，以减小结构使用过程中的温度变形和温度应力。由于本工程大跨度钢结构的平面尺度很大，温度变化将在结构中引起很大的内力和变形，对结构的安全性将产生显著的影响，必须对钢结构合龙采取一系列的控制。

卸载是本工程的重中之重。本工程一共布置了399个卸载支撑，卸载点分布范围较大，对于此类大跨空间结构，最优的卸载方式是399个支撑同步卸载，但难度巨大，确定采用“分区分步”的方式卸载。

3. 钢结构施工工艺

工艺流程：施工准备→支撑体系安装→构件吊装就位→测量定位→构件焊接→合龙→卸载

3.1施工准备

3.1.1  巨型埋件施工

外壳钢结构主次肋落脚点位于-0.2m标高位置的楼板或梁上，主次肋与混凝土结构连接点采用预埋件进行过渡。最大预埋件为7m*2m，约8.6t，实现142个巨型埋件安装准确定位，为实现外壳钢结构安装奠定坚实基础。

3.1.2  弯扭构件加工

扭曲箱形四块壁板均为空间弯扭形状，且弯扭曲率比较大，为控制放样下料精度，壁板展开采用计算机精确放样，根据展开的线型数据，输入数控切割机进行壁板的下料切割。

箱体弯扭壁板加工成型时，制作1：1 的加工样箱，将每块加工成型后的弯扭壁板用样箱进行检测，超差处再进行加工矫正，保证每块壁板的加工成型满足组装要求。重要构件进行预拼装后出厂。

3.1.3 铰支座制作安装

铰支座为钢结构罩棚与埋件的连接件，为铸钢件，含有万向轴承，能消除卸载、温度变化等因素产生的应力及变形。铰支座的准确定位及焊接质量，是整个钢结构的基础。

3.2  支撑体系安装

在设计中除了按照钢结构设计规范计算临时支撑刚度、强度、稳定性外，还必须采取必要的措施确保支撑体系的可靠性。并且在临时支撑的底部应当有合理的构造措施使得下部的荷载有效地传递。在满足前面几条原则并具有足够的富余度的基础上，还需要考虑到支撑设置的经济性。

3.2.1  临时支撑形式

根据工况计算用于本工程的临时主要有独立的格构式支撑，旋转坡道处的格构柱组合的门架式支撑及主楼南北两侧的三脚架式支撑。

格构式支撑标准段设计截面尺寸为1.2m×1.5m，弦杆（立杆）采用Φ159*6钢管，腹杆采用L75×6角钢。水平腹杆的竖向间距取2.0m。顶端根据所支撑的结构作相应的构造设计。

3.2.2       安装用临时支撑布置图

图2 主肋安装临时支撑平面布置图(莫比乌斯环钢结构)

 图3旋转坡道及通天梯临时支撑布置轴测图(凤凰国际传媒中心工程)

3.3、构件吊装就位

吊装主要工艺流程：

现场吊装施工主要工艺流程为：先进行钢外壳支座节点的安装，然后进行裙楼和主楼外壳钢结构的安装（裙楼安装时穿插7m平台钢梁的安装），而后进行内部钢拱桥、旋转坡道、通天楼梯的安装及马道结构的初步安装，再进行主、裙楼中间连接部位外壳体的安装，最后进行马道的安装定位。

3.4  测量定位

3.4.1测量重点

施测前工应对轴线控制点和水准点认真校核，对图纸进行认真审核。由测量人员对构件及定位位置的控制点进行检查和必要的复核。

本工程测量定位重点是铰支座安装、主肋分段安装、拱桥分段安装及旋转坡道分段的安装。

3.4.2安装测量步骤

a平面控制网建立

图4 测量控制点平面布置图(凤凰国际传媒中心工程)

b高程控制网测设

c要求在工厂加工制作时用洋冲对测量定位点做好标记。

d 临时支撑点高程的复测及控制

e 埋件的复测及主次肋支座分段的测量控制

3.4.3构件安装测量定位措施

根据测量控制点及工程的平面尺寸，进行预埋件的复测及支座定位轴线的放线。构件的测量定位以钢结构施工图中的定位数据为依据；主肋结构的测量定位保证措施如下：

主肋在吊装就位进行固定前应根据施工图对其控制点进行测量定位调整至控制点坐标在规范规定的允许范围内方可进行定位固定；主肋的测量控制点选择在分段上端口外边线的中点（当有卸载监测要求的部位，对相应的主肋测量控制点进行另行标记）。当进行至主肋中间分段安装前需要对其两端连接的分段进行测量，以确认其偏差在允许范围内而后再进行安装；如果其两端偏差过大，先找出偏差原因，并采取有效措施调整至正确位置后再进行中间分段的安装。

利用全站仪对吊装构件的测量定位具体操作如下：

在内业利用三维模型获得定位控制点的三维坐标，或直接采用施工图纸中的点位坐标；

在适当的位置设置全站仪，并精确调平；

单棱镜的司尺人员在测量控制网中的一个已知控制点上架设单棱镜（后视）；

测站（操作全站仪的地点）的人员将各项相关参数设置到符合测量的状态：如棱镜常数的设置等；

照准单棱镜进行测量，得到后视点的坐标数据；

小棱镜的司尺人员在临时支撑或构件分段的测量控制点按要求放置小棱镜；

照准小棱镜得到测控点的三维坐标与内业中的已知控制点的坐标进行比较若偏差符合定位要求即定位；否则调整、复测至符合要求再进行定位。

图5主肋分段测量控制点

图6典型主肋的安装顺序

3.5  构件焊接

本工程钢结构钢材主要为Q345、Q390、Q420、Q460，铸钢节点材质为GS-20Mn5V钢板、节点强度要求高，节点和构件壁较厚，焊缝要求高。

结构最大高度达54m，高空作业量大；高空环境条件下对焊工操作影响很大，高空风速较大，并且贯穿于现场焊接全过程，尤其是对气体保护焊的影响较大。

绝大多数结构构件都为倾斜弯扭构件，焊接接头基本呈前位置状态，对焊工操作水平要求高。

焊接工作量大，现场焊接材料消耗将达1000t，按6个月安装工期计，月平均耗用焊材达到167t左右，焊接工作量相当大.

焊接等级高，焊材施工焊缝其总长度的60%均为一级全熔透对接缝，100%UT检查，要求十分高

3.6  合龙

钢结构安装过程中，采用南北分开安装法，即先将结构在高空先拼装成二个各自独立板块，为保证结构使用过程中的安全，必须选择合适的合龙温度，温度变化将在结构中引起很大的内力和变形，对结构的安全性将产生显著的影响，必须对钢结构合龙采取一系列的控制。

3.6.1  合龙温度的确定

本工程设计要求合龙温度为15℃~20℃。

3.6.2  合龙温度的测量

合龙时钢结构本体温度是结构的整体温度，为确切掌握整个屋盖钢结构的温度分布情况，以及不同部位钢结构实际温度同气温的对应关系，确定最佳的合龙时机，该系统测温范围为-5℃～+120℃，测试精度为±1℃，温度测试共布置9个点，结构外侧对称布置8个点，中心广场处布置1个点。  

图7 测温点布置(莫比乌斯环钢结构)                              

特建立以热电偶作为测温元件的自动测温系统。温度测试在合龙前5天开始进行全天24h跟踪监测，并覆盖合龙过程的所有工作，为形成连续的测量资料，每间隔0.5～1h读取各测量点的温度信息，并形成数据文件，重点对各测量点的夜间温度进行整理分析，以获取夜间钢结构整体温度的具体数值和分布情况。

3.6.3 合龙安装要点控制

1)尽量选择在与合龙温度相近的温度条件下或低于该温度的条件下进行安装，以方便构件的进挡，控制合龙时的坡口间隙，该间隙大小要考虑温度变形计算结果和焊接收缩变形，以减少合龙口的焊接量和焊接残余应力，确保焊接口的焊接质量，如达不到预定的焊接要求，可调整合龙段先焊一端的坡口间隙，同时，对合龙口的错边量也要加以控制，保证合龙的顺利进行。

2)尽量采用小间隙安装法，避免合龙时合龙口间隙过大。

3)为确保合龙段施工过程中的安全，合龙段安装就位后，除设计要求的合龙口不进行焊接连接外，其余接口均须及时焊接完毕，以增强结构的整体稳定性。

4)为确保合龙口在施工过程中因温度变化而自由收缩，合龙口采用卡马搭接连接，卡马的大小和数量需根据该接口部位的受力计算确定，此受力计算不仅要考虑合龙段安装过程中的搭接受力要求，而且要考虑合龙过程中合龙口的受力要求，包括构件本身的受力。

5）合龙顺序控制

因合龙口数量众多，如一次合龙，则需投入大量的人力和物力，且施工组织管理也相当困难，根据现场实际情况，结构设计提出的先行合龙构件需纳入后续合龙段合龙温度要求范围这一基本原则，本工程的合龙从合龙口中部向两侧对称进行安装和焊接。

3.7  卸载

考虑到如此复杂的空间钢结构，支撑反力和各个支撑点的卸载变形量均有较大差异，要实现399个支撑的整体同步卸载，不仅从卸载的硬件条件、卸载的整体控制管理，以及同步的精度等方面实施难度巨大。根据工程的实际情况以及整体钢结构的受力和变形特点，确定采用“分区分步”的卸载总原则，卸载过程中遵循“合理、有序、平稳、缓慢、均匀、可操作”的原则。

根据卸载原则结合本工程实际，根据屋盖主次肋等其它结构安装后支撑反力情况，遵循顶层楼板支撑先卸载，反力较大的支撑先卸载，结构竖向变形较大处先卸载的原则，共分析了9个典型工况，分别得出各卸载工况下的整体变形、支撑变形、应力及支撑反力情况。

根据施工卸载分析所分的9个工况，卸载时按9个批次采取分区逐次分步卸载的办法。

支撑拆除时采取对支持顶部的钢板分条割除的办法进行，根据支撑位置的卸载位移量控制每次割除的高度△H（每次割除量控制在5～10mm）直至完成某一步的割除后桁架不再产生向下的位移后拆除支撑；在支撑卸载过程中注意监测变形控制点的位移量，如出现较大偏差时应立即停止，会同各相关单位查出原因并排除后继续进行。

图8 支撑顶部钢板割除卸载

4  结 语

凤凰国际传媒中心工程设计采用的莫比乌斯环形状理念是前所未有的，我单位通过严密的策划和实施，解决了梯形截面的弯扭箱型构件及拱桥、环形坡道等特殊构件的加工制作，加工完成的构件在工厂进行检测以及预拼装，保证了现场顺利安装。通过有效协调科学安排钢结构罩棚、内部旋转坡道、通天楼梯、拱桥、钢平台、马道六大部分异形构件的穿插施工，确保施工立体交叉作业，工作顺畅。通过精良的测量人员及设备建立平面控制网，建立空间三维控制网，解决了钢结构轴网系统为环形、放射、正交轴网相结合的轴网系统施工难题，完成所有构件的空间定位，保证测量精度。采用格构式支撑，钢结构设计规范计算临时支撑刚度、强度、稳定性外，还必须采取揽风绳以及相邻支撑间的刚性连接确保支撑体系的可靠性。支撑底部承台的可靠性：解决了回填土地基问题，使得下部的荷载有效地传递，在保证安全的前提下，还尽量降低构造措施的用钢量，实现了支撑设置的经济性。焊接工作量大，绝大多数结构构件都为倾斜弯扭构件，焊接接头基本呈前位置状态，对焊工操作水平要求高。现场焊接材料消耗将达1000t，焊接等级高，焊材施工焊缝其总长度的60%均为一级全熔透对接缝，100%UT检查合格，并且焊缝观感美观。

目前工程已成功完成合龙及最终卸载，钢结构罩棚卸载最大沉降为36mm，各项数据指标均满足规范及设计要求，实现了大跨度莫比乌斯环钢结构施工的顺利突破，为我单位积累了宝贵的施工经验。

参考文献

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[2] 曾志斌, 张玉玲. 国家体育场大跨度钢结构卸载时应力监测系统 [J]. 中国铁道科学, 2008.

[3] 郭彦林, 田广宇, 周绪红, 陈国栋. 大型复杂钢结构施工力学及控制新技术的研究与工程应用  [J].施工技术, 2009.

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