绍兴金沙·东方山水国际商务休闲中心工程，总用地面积398145m2，总建筑面积约100万m2，由以商务办公、酒店式公寓和五星级酒店为主的商业区，以室内山馆和水馆为主题的旅游区，以高档低层住宅和高层住宅为主的住宅区3个功能区块组成。旅游区度假游乐场馆建筑项目总用地面积为130513m2，总建筑面积为169833m2，地下1层，局部地下2层，主要包括6个大跨度空间场馆。每个场馆结构独立，自成体系，整体外观均呈椭圆球形。如图1所示。
D馆为2层，建筑高度约24m；A，B，C，E，E 5个馆为单层大跨空间结构，建筑高度最高处为52.8。除D，F馆采用框架与平面H型钢桁架结构外，A，B，C及E馆屋盖体系均借鉴了巨型结构体系的概念，采用“主骨架＋次结构”结构形式的钢桁架穹顶组合网壳。钢桁架穹顶组合网壳的主骨架由多道辐射状布置的拱形径向主桁架与中央刚性环桁架组成，或者主骨架仅由径向主桁架组成；次结构由联方型网格和环梁组成；中央穹顶则采用刚性单层网壳或刚柔结合弦支穹顶，结构体系十分复杂。作为建筑群中跨度最大的C馆，其钢屋盖主要由16道截面宽4m、高4m的倒三角径向主桁架、1道截面宽6m、高4m的倒三角环桁架及中央肋环形弦支穹顶结构组成。作为建筑群中高度最高的E馆，其钢屋盖主要由14道宽3m、高3.5m的倒三角径向桁架、1道宽3m、高4m的四管环桁架及中央肋环形单层网壳叠合穹顶组成，如图2所示。规模相对小一点的A，B馆，其钢屋盖则主要由下部10榀径向空腹桁架与中央肋环形弦支穹顶组成。各场馆主要设计参数如表1所示。
工程特点、难点
1)钢桁架穹顶组合网壳跨度大，矢跨比小，受力极其复杂。经查，C馆钢屋盖是目前世界上跨度最大的椭球形网壳，其长轴与短轴比为1.67，长轴和短轴的矢跨比分别为1/7.79，1/4.66。其跨度大大超过了《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010 和《网壳结构技术规程》JGJ61-2003规定的单层椭圆抛物面网壳的适用跨度50m。同时，网壳结构的底边两跨度之比超过了适用比值1.5，短轴矢跨比明显大于规程规定的1、6～1/9范围。这给设计、施工提出了挑战和更加严格的要求。
2)本工程6个场馆虽结构独立、自成体系，但均通过-0.5m标高（室外地坪标高为-6.5m）混凝土平台连成整体，且各场馆平面位置上部分重叠，导致施工交叉，不具备跨外吊装条件，施工区域被限制在场内，施工场地极其狭小。加上绍兴柯岩地区特有的软土地质条件及工程所处的不利地理位置（项目四周环水），施工过程中，对起重机行走道路和构件拼装场地的布置与处理、临时支撑胎架的设置、大型构件的吊装与稳定、预应力拉索的施工与张拉及支撑胎架的卸载与结构变形控制等提出了更大的考验。
设计、施工关键技术
1、空间弯扭结构详图设计技术
为达到建筑师构思的河卵石奇特造型的建筑效果，绍兴金沙·东方山水国际商务休闲中心工程各场馆屋盖结构复杂，结构中的诸多杆件呈现出三维空间弯扭特性，一般的详图设计软件难以实现其三维建模和自动出图。在钢结构施工中，详图是加工制作、现场安装的基础。为确保详图深化设计的快速、准确与适用，项目实施过程中，通过编程自主研究出管桁架自动建模出图软件，该软件可实现以下主要功能：①自动完成对原设计提供线模赋予构件属性，如截面、材质、β 角等。②自动完成对原设计提供线模（所有构件均为直线）中实际建模为弧线的构件的拟合，并对所有可能的拟合方式进行计算，确保所得的最终弧线为最优拟合结果。③在AutoCAD中自动完成实体拉伸。④自动完成节点创建。⑤ 自动生成构件图和构件清单。如图3所示。
该软件主要功能的实现均为自动完成，无需手工操作。实现了较高程度的自动化建模出图、对贯口的分析和计算、需进行贯口切割构件的精确下料、相贯节点域的分析和计算以及既需进行贯口切割又需煨弯的构件煨弯平面标记的自动添加。主构件节点域范围的明确给出，为工厂构件加工时拼接节点必须避开节点域提供了极大便利。煨弯平面标记则确保了先切贯口后进行煨弯构件的加工精度。
2、部分非对称施工技术
1）施工总体顺序
由于各场馆在平面位置上存在交叉、重叠或相邻，且各场馆之间通过混凝土大平台连接在一起，如不按照一定的顺序进行施工，会造成起重机行走路线和进出场馆受到影响。同时，在进行钢结构施工的总体部署和施工安排时，还需考虑土建结构的施工顺序与进度。根据各场馆之间的相对关系、总体平面布置、土建施工的先后顺序及现场实际情况，同时为减少施工资源投入，总体上按照Ｃ→Ｅ→Ａ→Ｂ 馆的顺序进行施工，Ｄ，Ｆ 馆根据土建施工进度穿插其中。
2）施工模拟分析
大跨度空间钢结构的施工一般要经历一个复杂漫长的施工过程以及结构体系的转换过程，在这一过程中，结构体系、支承约束条件、荷载作用方式等都在不断变化，结构本身也处于不同受力状态。不同的施工顺序和施工方法，过程中结构的受力和变形甚至最终成型后的受力状态都会有所差异。为掌握屋盖结构安装过程中变形及内力变化，特别是非对称施工方式下结构不均匀堆载对侧向变形的影响，借助有限元分析软件进行施工全过程模拟分析，以此来确定合理的施工方法和施工顺序。
a.计算软件和计算模型
钢桁架弦支穹顶组合网壳的施工全过程分析采用非线性有限元计算软件SAP2000的阶段施工模块来实现，弦支穹顶的拉索张拉分析采用大型通用有限元软件ANSYS。为保证计算的准确性，模拟分析时，将胎架结构建入主结构模型以形成整体结构模型，计算模型如图4所示。卸载时，胎架顶部采用只压单元。
B.施工分析结果
通过计算分析发现，在自重作用下，拱形径向主桁架和联方型网格对中央穹顶结构的水平推力作用明显。反对称施工顺序下，中央穹顶和环桁架结构的最终侧向变形非常明显，最大侧移为30mm左右，位于左长轴的环桁架上弦。自重下中央穹顶结构较大的侧移将导致径向桁架与网格杆件的装配及高空焊接难度加大，影响施工的安装精度和成型后结构的力学性能，因此应尽量避免采用反对称施工顺序。如按照部分非对称施工顺序进行施工，即采用径向桁架对称安装或推迟网格安装的方式，在下部屋面安装过程中，由于非对称施工导致的结构最大侧向变形为23mm，如表2所示。根据《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010 施工允许偏差的要求：允许偏差为边长的1/2000且不应大于40mm，施工精度满足要求。整体结构亦能满足强度和刚度要求，施工过程安全。
3)部分非对称施工工艺
根据各场馆结构形式的不同，C,E 馆采取“先中央环桁架和穹顶，再外围径向桁架与联方型网格，地面原位拼装，高空分段分块部分对称吊装”的施工思路，按安装环桁架支撑胎架，形成整体支撑结构→依次分段安装中央环桁架→分块对称安装中央穹顶→分段、分块依次吊装径向主桁架和下部屋面联方型网格的工艺顺序。如图5所示。分别采用1台350t、1台400t履带式起重机进行施工，辅以80t履带式起重机和70t汽车式起重机，作为穹顶、联方型网格补档作业的起重机械。这样既有利于控制结构的安装精度，同时减少高空作业量，降低安全风险。根据总体方案，最大吊装单元质量约106t。为确保起重机和构件运输车辆进出各场馆，在外围混凝土结构某一轴线间预留出入口。
由于E馆中心叠合穹顶安装高度较高，所以在高空分段安装中央环桁架1～6段后，需先安装上部屋面顶部第1个内圈钢结构，然后再继续分段安装中央环桁架7～10段，最后分块吊装上部单层穹顶和整体吊装径向桁架及下部联方型网格，穹顶补档的环梁则利用130T汽车式起重机进行吊装。
A，B馆采取“先外围径向空腹桁架和联方型网格，后中央弦支穹顶，地面原位拼装，高空分块吊装”的施工思路，按安装空腹桁架下方支撑胎架→依次整榀吊装空腹桁架及空腹桁架间联方型网格→依次分片吊装弦支穹顶的工艺顺序，采用1台250t履带式起重机进行施工。A，B馆施工时，○Ａ１ ～○Ａ２ 轴、○Ｂ１ ～ ○Ｂ２ 轴分别为Ａ，Ｂ 馆的施工主出入口，需预留○Ａ１ ～ ○Ａ２ 轴、○Ｂ１ ～ ○Ｂ２ 轴间的下部联方型网格，待穹顶安装完成后再进行吊装。
3、支撑胎架设置技术
在大跨度钢桁架穹顶组合网壳分段、分块安装过程中，临时支撑胎架不可缺少，特别是Ｃ，Ｅ 馆径向桁架安装前，环桁架和穹顶全部落在支撑胎架上，支撑体系的强度和稳定性是保证施工安全及安装精度的关键。根据总体吊装分段原则，以及考虑到胎架安装、拆除的便利性和安全性，C馆环桁架下部设置8组高约34m、由两个1.5m×1.5m的型钢格构式胎架并联形成的支撑胎架；穹顶中央设置1个截面2m×2m、高约35m的胎架；在6榀分段径向桁架分段点处设置6个高约24m、基于单管撑的组合单片支撑架。E馆环桁架下部设置10组高约33m、由2根单管撑和水平桁架组合而成的单片支撑架，两单管撑间距3m；穹顶中央设置一个截面为4.8m× 5.8m、高约58m的四肢钢管格构式胎架。如图6所示。
为保证胎架的受力安全，胎架的设计荷载通过提取整个施工过程分析中支撑点的最大反力得到，并经软件验算其结构强度及稳定性。由于胎架架高度较高，胎架底部与基础承台预埋件焊接固定，中心胎架四周拉设稳定缆风绳，环桁架胎架之间增设
联系桁架。
4、拉索施工技术
本工程Ａ，Ｂ，Ｃ 三馆中心穹顶均为弦支穹顶，主体钢结构完成安装后，需进行中心弦支穹顶下部撑杆、钢拉杆及拉索施工。由于各馆弦支穹顶结构形式基本相同，仅尺寸有所差异，故在此仅以Ｃ 馆为例介绍拉索施工技术。
1）结构特点
C馆中心弦支穹顶共3环，每环由环向高钒索、径向钢拉杆及竖向撑杆组成，上下、左右双向对称，长轴跨度63.7m，短轴跨度43.9m。拉索索体分别为直径60，80，100mm 1670级GLG650镀层钢丝光面索，一端可调，张拉端和固定端的锚具为热铸锚，连接件为叉耳式；钢拉杆采用屈服强度650MPa、抗拉强度850MPa的GLG650钢拉杆，一端可调，连接件为叉耳式。
2）拉索施工工艺
本工程弦支穹顶结构预应力拉索及其受力比较复杂，拉索施工的过程也就是结构成型的过程。由于每一批次拉索的张拉都会对前阶段张拉产生影响，并影响结构的成型状态，因此必须按照一定顺序进行施工，保证拉索建立的预应力值符合设计要求。
根据结构设计对拉索及其相关施工的要求、拉索与斜拉杆的平面布置、节点构造与索力分布特点，在拉索施工前和施工过程中，需要考虑杂交结构索杆系无支架提升及过程分析、逐环分批循环张拉及过程分析、索夹抗滑模型试验、焊接板式大转角球铰节点等技术与措施，并采用斜拉杆主动张拉来施加预张力。张拉过程中采用索力控制为主、变形控制及撑杆垂直度控制为辅的张拉施工工艺，具体施工步骤如下。
①在地面依次由外向内组装每一环的撑杆、钢拉杆及拉索。
②次由外环向内环通过16个主牵引点、16个辅助牵引点整体牵引提升各环撑杆、钢拉杆及拉索并安装就位。如图7所示。
③依次预紧、分组（奇数号为一组，偶数号为一组）同步张拉外环、中环、内环钢拉杆至80%。
④拆除临时支撑胎架。
⑤按由内向外的顺序反向依次补张拉钢拉杆至100%。
3）拉索施工监测
拉索预张力施工过程是个动态的结构状态变化过程，是结构从零状态向成型初始态转变的过程。由于钢构件安装误差、拉索制作、安装和张拉误差、分析误差以及环境影响等原因，实际结构状态与分析模型是有差异的。因此，有必要对拉索预应力施工全过程予以监测，对比理论分析值和实际结构响应的差异，及时掌握各关键施工阶段的结构状态，保证拉索施工全过程处于可控状态，保证施工过程结构安全，为下阶段施工和最后的施工验收提供依据。拉索施工监测内容包括：各主动张拉点的索力和关键节点位移，并以控制索力为主，控制变形为辅，变形监控为中心点相对内圈环桁架的竖向位移。索力监测设备采用配套标定的千斤顶，位移监测采用全站仪。为确保安全，现场施工时，每张拉完一批次后，应及时读取数据，进行分析，并与理论值比较，确定结构状况正常后，方可继续张拉下一批次。
5、支撑胎架卸载技术
大跨度钢桁架穹顶组合网壳采用“地面拼装、分段或分块吊装、高空对接”的方式进行安装时，主桁架、环桁架和穹顶下方设置了足够强度和刚度的支撑胎架，以确保安装过程中钢结构在高空中的稳定性及整个施工过程的安全。钢结构安装、焊接完毕并形成稳定结构体系以后，需进行支撑胎架的卸载，以确保分步有序地将胎架所受的力传递到结构上。卸载施工就是将支撑体系与结构脱离、内力重新分布、结构自重由自身承载的过程。根据结构特点以及支撑点的分布情况，参考软件模拟计算结果，发现不同支撑点位的反力值差距较大，环桁架下支撑点反力较大，中心穹顶与径向桁架下支撑点反力相对较小。根据这一特点，决定采用分区、分级砂漏卸载工艺，即通过砂漏套筒控制位移实现荷载平稳转移。卸载过程如下：第1大步：分级卸载径向桁架下方的支撑胎架；第2大步：分级卸载中央弦支穹顶中心胎架；第3大步：对称、同步、分级卸载环桁架下方支撑胎架。环桁架胎架卸载时，采用对称原则，长轴和短轴方向的支撑胎架分成两组，每组安排工人同时进行卸载操作，依次轮流卸载，直至结构脱空。
通过卸载模拟分析，同时考虑到卸载过程的安全性和便利性，卸载时第1级统一为1cm，后续每一级为2cm。为确保同步，各点位操作者必须在全部点位完成上一级卸载后方可开始下一级卸载操作。由于卸载工艺合理，组织准备充分，Ｃ，Ｅ 馆均在半天时间内完成了全部卸载工作，整体卸载过程安全、平稳，经检测结构下挠值，C馆最大下挠值在8cm左右，E馆最大下挠值在5cm左右，与计算值基本吻合。
结语
本文针对大跨度钢桁架穹顶组合网壳这一新型大跨度空间结构形式的特点，结合现场实际情况，对施工中的深化设计、安装方案、支撑胎架设置、拉索安装与张拉、支撑胎架卸载等关键技术进行分析与研究，结合以往工程经验并在施工全过程模拟计算分析的基础上选用了合理的施工方案。工程的顺利实施验证了其可行性和准确性，可作为类似新型结构体系施工的参考。
（作者：陈桥生，潘荣娟，金平，赵奋，更多详情请查阅《施工技术》2014年第14期，转载请务必注明出处）
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