1 项目概况
重庆中国摩托项目建设地点位于重庆市渝北区，项目集娱乐、餐饮、轻零售业态于一体，旨在打造重庆首个“全天候”旅游购物综合体。本项目钢结构主要为大面积钢屋盖，其中中央核心区钢屋盖及南北入口屋盖以防震缝分隔。屋盖为自由曲面，沿南北主轴对称，东西长250m，南北宽150m。屋盖采用大跨度正交拱桁结构，整个屋盖落在由下部四周钢柱和斜撑组成的单层不连续框架上，框架柱顶端通过单向滑移支撑与屋盖连接。 屋盖南北最大跨度约139m，最小约108m，东西跨度231m，网架正交尺寸11m×11m，内部设置钢斜撑。屋盖最大钢管截面为700×50，最大焊接球为D800×28，周边支撑为箱形柱和H型钢梁，最大板厚为40mm。
屋架腹杆、弦杆采用单间隔连接，纵、横桁之间的节点为焊接球节点，有上弦支撑的节点也为焊接球节点。屋架节点示意图如图1所示。
图1 屋面节点示意图
2 项目特点及难点分析
本工程大跨度屋盖四周均采用支撑，屋盖采用正交拱桁结构，结构刚度柔韧，变形较大，在竖向荷载作用下，双曲屋盖会产生边界膨胀变形。但由于屋盖跨度大、高度高，不具备一次成型的施工条件。如何在施工过程中控制屋盖结构精度及杆件内力变化，同时保证超高大跨度屋盖施工的合理性、经济性，是本工程的一大难点。
整个屋盖由44个环行滑动支撑支撑在下面不连续的排架柱上。屋盖变形产生的水平推力设计由四周的滑动支撑释放。如果屋盖卸载后支撑处的水平推力没有完全释放或上部滑动部分不在支撑柱中央，就会在支撑柱上产生较大的附加弯矩。如何实现弧形屋盖水平推力的释放，并保证支撑最终在支撑柱中央，是本项目的难点。
本工程屋面卸载由多点支撑状态转为四面支撑状态，需要卸载多达170个不同类型的临时支撑点，最大卸载量达120mm。卸载前后屋面的支撑情况差别较大，同时卸载前后屋面刚度较弱，变形较大。如何实现大量不同类型屋面临时支撑点的卸载，并保证结构精度和施工安全，是本工程的难点。
屋面位于建筑的核心区域，下方施工场地较小，且仅有北侧一条通往建筑外部的运输通道。施工区域布局和面积随着结构的成型而不断变化并逐渐减小。随着施工场地的减小，各作业面之间的干扰逐渐增大。如何对施工现场进行有效的规划和管理是本项目顺利实施的难点。
3.钢屋盖施工方案选择
中部核心区钢屋盖落在周边三层框架结构顶部，大部分投影在地下室顶板，周边投影在土建L3层。根据楼板承载力计算，中部大底板混凝土楼面在不加固的情况下仅能满足50 t履带吊施工。若采用常规分段提升方案，机具选型较大，分块间高空填杆作业量大，支撑措施及行走加固费用高；若采用滑移方案，由于屋盖为双曲面造型，下部支撑钢柱高度不一，屋盖高点至低点最大高差约30 m，土建外延较大，不满足机械拼装滑移的条件。综合考虑结构特点及现场情况，中部核心区钢屋盖采用中部提升与周边分段提升相结合的方式。
为保证桁架拼装时的稳定性，避免拼装架过高，减少拼装措施量，将中部吊装区结构划分为三个吊装区域，采用三次累积吊装方式进行施工。
1号吊装区域采用1台50t履带起重机作为主拼装机械，2、3号吊装区域采用2台50t履带起重机作为主拼装机械，从中轴线南侧向两侧以环形方式进行施工，最后在中轴线北侧合拢。吊装施工思路如下。
（1）吊装区1提升7.2m后与吊装区2连接成一个整体。考虑到累计提升过程中吊装单元周边竖向变形过大，将造成与连接单元接口处出现较大偏差，影响单元连接。因此吊装块之间的弦杆及水平支撑构件均设置1000mm的后段，确保吊装单元与连接单元之间的偏差控制在合适的范围内。
（2）当1号提升区和2号提升区组成的单元继续提升11m后，与3号提升区相连，形成完整的提升区。
（3）顶升区整体顶升28m后与吊装区相连通，形成完整的中央顶板。
周边吊装区结构物吊装均采用大型履带吊，东南吊装区和西吊装区分别部署2台130t履带吊和3台80t汽车吊作为主要吊装机械，汽车吊主要吊装松散件；北吊装区分别部署1台150t履带吊和1台80t汽车吊作为主要吊装机械，汽车吊主要吊装松散件。
各区域施工顺序为：西区域吊装→吊装一区拼装及南北区域吊装→吊装东区域吊装→吊装二区拼装→吊装三区拼装及吊装一区累计吊装→吊装二区累计吊装→吊装区整体吊装→吊装区与吊装区完成对接→中央顶板卸载。
4 施工关键技术
4.1 装配过程
中央屋架分为吊装区和吊装安装区，其拼装也分为两个阶段。吊装区分为三部分拼装在中央大底板上，按顺序累计吊装施工。拼装屋架时，先将正交桁架分割成平面桁架单元并平铺在地面，再将拼装好的桁架单元按设计造型拼装成结构体系。平面桁架节段水平铺设，以垂直管道支撑球杆作为拼装框架。以格构支撑架作为吊装区钢结构地面单元拼装的拼装框架。
4.2 举升过程仿真分析
本项目中央屋盖钢结构采用累积提升安装方式，在安装过程中，结构受力情况与原设计一次成型状态有所不同，因此为指导本项目施工方案安全实施，需要对结构施工过程进行模拟分析。本项目采用通用有限元分析软件MIDAS/GenVer.855进行仿真分析。
结构施工过程中的荷载包括结构构件自重和节点自重，有限元软件只能考虑构件自重，因此通过增加自重系数在计算中将节点荷载施加到结构上。具体施工步骤：吊区1第一次累计吊装→吊区1与吊区2连接后第二次累计吊装→吊区1、2整体吊装后与吊区3连接后整体吊装→吊区吊装到位完成吊装区与吊区之间的补杆→卸载吊区3北边的4个吊点→释放滑动支座→卸载外悬臂端临时支撑架→卸载支撑柱内部临时支撑架→卸载吊点。
（1）施工过程中结构变形分析。通过对比一次成型状态下结构三维变形与最后一步施工时的结构变形，结构施工最大竖向变形位于屋面中部区域。此处一次成型设计时变形为-105.80 mm，最后施工结果中竖向变形为-97.95 mm，如图2、图3所示。
图2 施工模拟最后一步的垂直变形-99.44毫米
图3 一次成型垂直变形设计-105.80 mm
最后一道施工工序竖向挠度变形小于第一步成形工序变形的1.15倍，满足规范要求，详见表1。
表1 施工后期竖向挠度统计表
（2）杆件应力比分析。
通过计算各施工步骤结构构件的应力比（图4）可知，施工过程中，构件的最大应力比出现在第二施工步骤，最大应力比为0.897。
图4 施工工艺计算示意图
4.3 柔性双曲结构累积提升施工技术
基于超高大跨度正交拱桁双曲屋盖支撑点少、在垂直荷载作用下边界向外变形较大的特点，屋盖采用“中间多点分层累积提升+四面就地提升”的施工方案。
为控制提升装置的结构变形和杆件内力的变化，采用肩杆格构式提升架，采用密集吊点布置，实现屋盖施工的精确控制，同时减少措施数量，降低作业高度。
提升分3个区域，累计提升后接连提升形成完整顶板。提升区1共计12个吊点重庆钢结构网架，提升区2共计14个吊点，提升区3共计26个吊点。2个吊点对称布置在单个吊架位置，吊架设置位置如图5所示。
图5 升降架点布置
吊装单元在整体吊装过程中主要承受自重产生的垂直载荷，本项目根据吊装上挂点的设置，在被吊单元的上弦球上与各上挂点垂直对应设置下挂点，吊装示意图如图6至图8所示。
图6 吊装梁示意图
为保证吊装节段间对接准确，除在吊装滑车间设置补充节段外，通过对局部吊点进行微调增加吊装量重庆钢结构网架，确保吊装单元与连接单元接口偏差控制在合适范围内。本次吊装施工采用的吊装框架为两座四肢格构架，通过水平桁架连接，组成复合吊装工装，最大支撑高度达62m。
为了避免提升架荷载直接作用在楼板上，在提升架下方设置传递梁，将荷载传递到两端混凝土梁上。若混凝土梁承载力达不到要求，则在混凝土梁下方设置钢管，用于反向顶升。
4.4 吊装区域施工说明
由于土建作业面交付顺序，履带吊将先施工吊装西侧区域，再施工吊装南北侧区域，最后施工吊装东侧区域，吊装施工路线如图7所示。
图7 起重作业路线图
计算可知，中心混凝土板承载力不满足150 t、130 t履带起重机行驶要求，因此在行驶路线下方铺设10.2 m×1.5 m×0.224 m的路基箱，并根据配筋资料校核混凝土梁的弯曲承载力。对不满足要求的主、次梁设置钢管支撑进行反向顶加固，如图8所示。屋盖吊装区下部支撑结构按节点自然分段，上部屋盖以径向为主采用桁架分段。桁架段下部采用四边形格构支撑架临时支撑，外侧悬臂段最大支撑高度10 m，内侧段最大支撑高度30 m。
图8 路基箱体布置及钢管支架布置示例
4.5 复杂边界条件下结构卸荷技术
顶板顶升接驳后，共需卸载各类临时支撑点168个，其中外环支撑架卸载点56个，内环支撑架卸载点60个，提升架卸载点52个。
根据顶板卸载由多点支撑状态转为四周支撑状态，且卸载点数量多、支撑类型各异的特点，通过对各种卸载顺序的模拟分析比较，并经专门卸载施工专家论证后，最终选定“先在吊装区域分批卸载支撑架，吊装区域内吊点分级卸载后再卸载”的方式，避免卸载过程中结构变形突然增大，导致剩余临时支撑及结构杆件超过设计承载力，保证卸载过程及结构后续使用安全，避免过度措施及杆件更换。各卸载点布置如图9所示。
图9 卸货点布置示意图
通过施工模拟计算获知内、外环支撑架卸载点最大垂直变形值为8.55 mm，卸载量较小，故采用切割法一次性卸载。由于卸载点较多，不满足同时卸载的条件，因此支撑架卸载分两批进行。第一批先卸载外环支撑架，卸载顺序为8个工作面从屋盖结构四角向两侧同时卸载支撑点（图10）。待外环支撑架卸载完成后，再卸载第二批内环支撑架（图11）。
图10 外圈支撑架卸载示意图
图11 第二批外环支架卸载示意图
内圈支撑点主要集中在结构的南北两侧，卸载顺序为从结构南北两侧中间开始，以屋盖对称轴线为中心，在四个工作面向两侧依次卸载支撑点。吊点升降机卸载依靠液压升降机根据卸载量控制下降行程距离实现卸载。本工程中部屋盖钢结构共计吊点52个，根据施工模拟分析，最大卸载量为123.7mm。针对此情况，中部屋盖采用三级卸载，第一次卸载30%，第二次卸载30%，第三次卸载40%，最终完成整个中部区域屋盖整体卸载。
4.6结构预变形处理
结构周边已完工的支撑均为单向滑动支撑，无法承受沿滑动方向的水平反力，因此在顶板卸荷阶段，当结构由多点支撑状态转为由周边支撑支撑的状态时，支撑必然会产生水平位移。
为了保证卸荷施工完成后支撑处于对中状态，减少支撑柱承受的附加弯矩，施工前通过有限元分析计算整个屋盖结构的变形，在详细设计、加工、制作和安装时对屋盖结构整体进行预变形。
支撑在加工时，需预先按预偏值要求制作并固定上部顶板滑动部位，安装时按预变形姿态预偏安装。保证结构卸载、支撑发生滑动变形后，支撑滑动部位位于支撑中心及钢柱截面中心。
5 结论
对重庆中汽项目娱乐综合体中心区钢屋盖安装方式选择及关键施工技术进行了介绍与探讨，从钢屋盖吊装施工仿真分析、现场钢结构拼装、复杂空间曲面网架屋盖吊装技术及卸载方案等几个方面对项目从方案策划到实际施工所涉及的关键技术点进行了详细描述。对钢屋盖拼装、吊装技术、吊装措施设计、卸载等问题的解决方案具有很强的针对性，适用范围很广，可以为后续类似工程建设提供很好的借鉴。
