摘要：介绍了江西吉安文化艺术中心摇摆柱的制造技术，重点介绍了摇摆柱的安装定位、焊接球网架与弧型箱梁的安装技术。
关键词：螺栓球网架、摇摆柱、箱型桁架

1、工程概况
      吉安文化艺术中心工程是吉安市的重点工程，是集会议、展示、观演、休闲与一体的大型综合文化艺术建筑。屋面空间网架水平投影近似矩形，南北长172米，东西宽134米。设置163根摇摆钢柱。网架四周采用悬挑结构，悬挑长度不等，四角最大悬挑长度达10米。网架厚度为2.5～2.8米。网架在A区与BC区局部镂空，用箱型桁架联系。网架结构杆件采用空心圆钢管，连接接点采用焊接节点球。163根摇摆钢柱与基础和网架采用销钉轴承组合连接。其中网架钢结构重量约620吨，A区与BC区局部镂空区域桁架重约280吨，摇摆钢柱约600吨，屋面围护结构约13000平米。A、B、C区域外露部分全部采用铝板吊顶装饰，见图1。
 

图1 吉安文化艺术中心效果图

      2、制作技术
      2．1、整个工程的结构形状
      吉安文化艺术中心，从大型乐器竖琴和管风琴的造型中找到灵感，以163根形似琴弦的摇摆柱，环绕文化艺术中心的主体建筑，支撑起形似吉它琴箱的巨大屋顶，使整个建筑象"灵动的琴弦"一样，呈现出迷人的艺术魅力，见图2。
 

图2 吉安文化艺术中心 主体建筑 摇摆柱与焊接球网架施工技术
 

2．2、加工制作工艺流程

2．2．1、加工准备

 2．2．2 、钢材预处理
      对所有桁架钢结构中所用的钢管和钢板，将在切割加工前进行预处理。钢管在涂装车间内进行抛丸除锈，钢板则由钢板预处理流水线进行预处理，使钢材表面粗糙度达到Sa2.5级后喷涂保养底漆，以保证钢材在加工制作期间不锈蚀及产品的最终涂装质量。
      2．2．3、放样、下料
      制作前根据细部设计图纸，在放样平台上对摇摆柱进行1:1实物放样，定制加工样板、样条，以保证摇摆住制作精度。摇摆柱的下、下耳板及弧形箱梁上的所有构件全部采用数控切割机进行切割下料，保证下料数据准确性。
      由于网架节点均为焊接球节点，杆件剖口切割质量将直接影响到构件的精度和焊接质量。对此类接头，采用钢管加工流水线上配置钢管相贯线切割机进行切割下料,采用网架杆件专用剖口机进行端头剖口，误差控制在1毫米以内。
      箱型桁架由两根箱梁中间加圆钢管支撑组成，圆钢管下料采用日本丸秀工机株会社提供的HID-600EH相贯线等离子——火焰管材数控切割机进行相贯线切割下料，本设备下料切割、坡口、精度控制均由计算机控制一次完成，精度误差不大于1mm。
      2．2．4、装配
      所有摇摆柱钢管结构现场拼装前，均需根据图纸及规范要求制作组装胎架，并经监理检验合格后，将已开坡口的钢管和成型的斜、腹杆，按编号组装、点焊定位。由于腹杆上、下弦管的组装定位比较复杂，控制好腹杆的四条控制母线和相应球节点的四个控制点至关重要，定位时要保证相同的腹杆在球节点上定位的唯一性。定位时应考虑焊接收缩量及变形量，并采取措施消除变形，在组装时还将吊装耳板同时组装。经检验合格后，进行焊接。
      箱型桁架的拼装是在装配平台上放实样进行拼装，并应预放焊接收缩量（放至规范公差上限值即可）。采用仿形装配法进行装配，即先在平台上放实样，按此实样装配出第一榀桁架，并施焊进行定位，之后把此榀桁架吊走，再进行第二榀的装配，保证桁架的外形装配尺寸一致。依此方法逐个装配其他桁架。
      2．2．5、焊接
      在加工制作前，进行焊接工艺试验评定和工艺方法试验，严格按焊接规范JGJ81-91要求；在坡口形式、焊接程序、电流、焊层控制、焊接速度等方面进行控制。通过焊接工艺实验，找出适合于本工程特点的焊接工艺与方法。
      2．2．6、涂装
      钢结构制作验收完毕后将在涂装车间进行“二次喷丸除锈”，然后再进行喷涂富锌底漆，柱脚耳板及支座采用热喷锌处理。

3、安装施工技术
      3．1、现场钢结构主体安装部署
      现场土建实际施工进度安排是BC区域先完成，紧接着完成A区域，结合工期与经济合理性考虑，拟定主体钢结构施工分为三大块进行（见图3）。
 

图3  吉安文化艺术中心体分区图 摇摆柱与焊接球网架施工技术
 

首先安装BC区域的网架结构，接着安装A区域网架结构，最后安装镂空区域的桁架结构。
网架结构主要施工方法：考虑到充分利用脚手架等施工措施，降低施工成本，确保施工安全。本工程施工基本采用搭设满堂脚手架、在高空散装的方法进行施工。
      镂空区域桁架的安装方法：在BC区域和A区域网架安装完全后，在地面进行桁架组对，然后利用汽车吊安装到位。最后安装该区域外侧的网架。在安装网架之前应搭设满堂脚手架。

3．2、 安装前的准备工作
      3．2．1、轴线、标高复核
      结构安装前应对基础轴线和标高再次进行检查。 
      3．2．2、吊装机具的选择
      本工程采用25吨、50吨、80吨汽车吊进行吊装，网架主要采用25吨汽车吊和现场塔吊进行垂直和水平运输，镂空部分桁架采用50吨、80吨汽车吊进行吊装安装就位。
      3．2．3、吊栏制作
      现场高空存在部分节点焊接，在高空焊接时，节点球焊接采用吊栏操作，钢构件安装焊接时，操作平台主要以吊栏为主。吊栏用直径20mm的钢管制作。

3．3、钢构件的吊装
      本工程的大件吊装主要分三大部分：一是屋盖网架杆件和焊接球的吊装，此部分吊装数量最大，时间最长，影响整个施工进度；二是摇摆柱的吊装，三是镂空部分桁架的吊装。
      3．3．1、屋盖网架杆件和焊接球的吊装
      此部分单件吊装重量较轻，在现场塔吊覆盖范围内基本能采用塔吊进行垂直与水平搬运。在塔吊不能覆盖的范围内，采用25吨汽车吊进行吊装到19米标高处的脚手架平台上，然后利用人工搬运到安装位置。
根据总包提供的基准点引伸到网架的各支座或柱脚，再根据本工程支承点的复杂性和较高的要求，将采用全站仪进行测量定位，以确保各支承点预埋板的高差、中心轴线坐标满足要求，对有超过的支承点要及时修正，对定位的误差要求不大于2mm，对安装前各支承点的相邻支承点高差不大于15mm，中心偏移不大于5mm，对最高与最低点高差不大于30mm，最大中心偏移不大于25mm。
      对各预埋板采用水准仪测量，确保预埋板平整，预埋板不平度（接触缝）不大于5mm。
      对经过测量的各支承点的中心轴线都用黑线划出，高差都在埋件边上用数据标出，所有测量结果都在图纸中记录，以便安装时对构件进行适当的调整。 
      网架球节点的定位，由于是空间三维坐标定位，在球节点下设置一可微调（调节幅度为10cm）的自制可调螺旋千斤顶，此调节机构固定在工作平台上，即可以作为网架安装时的支撑点，承受施工荷载，又可以调节网架球节点的坐标（见图4）。
 

 
图4   吉安文化艺术中心自制可调球节点定位螺旋千斤顶 摇摆柱与焊接球网架施工技术
 

3．3．2、桁架的吊装：桁架最重位于东侧靠近网架的一片，重约43吨，长度约40米。采用2台80吨汽车吊抬吊（见图5）。

 
图5 吉安文化艺术中心 现场吊装图 摇摆柱与焊接球网架施工技术
 

   最重桁架吊装相关技术参数：
      吊车型号：80吨汽车吊两台；每台站位回转半径5米、臂长24米，其每台额定起重量32吨，考虑不平衡系数，两台80吨汽车吊合计额定起重量为2台×32吨/台×0.75=48吨＞43吨（桁架实际重量）。
 

 
图6   吉安文化艺术中心网架与桁架视频图
 

3．3．2、摇摆柱的吊装
      摇摆柱总共有3种规格。各种规格如下：Z1规格为φ500×14，单根重约3600?，共147根、Z2规格为φ500×22，单根重约5500?，共10根、Z3规格为φ600×14，单根重约4300?，共6根。吊装采用25吨汽车吊（见图7）。
 

图7   吉安文化艺术中心吊装立面图
 

25吨汽车吊在回转半径为10米，臂长25.5米时额定起重量为6.1吨，单根摇摆柱最大重量为5.5吨。25吨汽车吊能满足摇摆柱吊装要求。
      摇摆柱临时固定：对于直立摇摆柱采用脚手架进行固定，在摇摆柱安装到位后，利用脚手架钢管和钢丝绳固定在已经搭设稳固的脚手架上；对于斜向摇摆柱，采用钢丝绳和钢管支撑进行固定，钢丝绳一端与摇摆柱连接，另一端固定在脚手架或混凝土梁柱上。

4、结语
      吉安文化艺术中心工程制造工艺复杂、安装施工难度大。中南钢构公司精心组织、精心施工、解决了制造与安装施工中的一系列技术与工艺难题。质量好，进度快，安全施工。受到了吉安市政府的表扬和各方一致好评。为大型综合文化艺术类建筑建设积累了宝贵的经验。
 

图8   吉安文化艺术中心俯视图

参考文献
      [1]尹显奇主编.钢结构制作安装工艺手册.ISBN7-80177-538-4.
      [2] 中华人民共和国国家标准.钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001).北京:中国计划出版社,2001.
      [3]傅积和,孙玉林.焊接数据资料手册.ISBN7-111-03862-2/TG•854.
      [4]中华人民共和国行业标准.建筑钢结构焊接技术规程(JGJ81-2002,J218-2002).北京:中国建筑工业出版社,2002.
      [5]李星荣,魏才昂,李和华等.钢结构连接节点设计手册.ISBN7-112-07076-7.

作者简介：沈海英（1975-），浙江中南建设集团钢结构有限公司综合计划处处长，主要从事计划调度管理工作。
      联系地址：浙江省杭州市滨江区长河街道（310052）。