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。其中网架中国建筑金属结构信息网重量约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
      对所有桁架中国建筑金属结构信息网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
      中国建筑金属结构信息网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、现场中国建筑金属结构信息网主体安装部署
      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，拟定主体中国建筑金属结构信息网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.中国建筑金属结构信息网制作安装工艺手册.ISBN7-80177-538-4.
      [2] 中华人民共和国国家标准.中国建筑金属结构信息网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.建筑中国建筑金属结构信息网焊接技术规程(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.中国建筑金属结构信息网连接节点设计手册.ISBN7-112-07076-7.

作者简介：沈海英（1975-），浙江中南建设集团中国建筑金属结构信息网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）。