高清濤，張偉光，裴金春，孫鈺涵，張可亮

（中建二局第四建筑工程有限公司，天津 300457）

1 工程概況

某工程位于哈爾濱市松北區(qū)，工程用地面積19.25 萬m2，總建筑面積36.96 萬m2，如圖1 所示，包含室內滑雪場、室內滑冰場、電影科技樂園、室內步行街、停車樓等業(yè)態(tài)，其中室內滑雪場建筑面積8 萬m2，為單層鋼結構體系，鋼結構主體長度487m，用鋼量4.5 萬t，分為西、中、東三個區(qū)，如圖2 所示。西、中區(qū)為大跨巨型桁架結構，最大跨度151m，如圖3 所示。東區(qū)為下部巨型框架結構，上部大跨門式剛架結構，跨度由120m 漸變至88m，最高點高度114.5m。西區(qū)、中區(qū)鋼結構屋蓋選用原位拼裝、整體提升的方案，東區(qū)屋蓋選用了累計滑移的施工方案。2014 年冬歇前西區(qū)施工完成，中區(qū)屋蓋原位拼裝30%，圖4 為越冬前東區(qū)屋蓋工況，東區(qū)雪道層主桁架及以下部分施工完成，屋蓋前4 榀屋蓋滑移就位，側桁架尚未開始安裝。但哈爾濱冬季極端最低氣溫將近-40℃，且多降雪、多大風天氣，氣候非常惡劣，給滑移未完成、未形成按照設計受力的臨時體系帶來了很大考驗。

圖1 工程結構模型

圖2 西、中區(qū)鋼結構模型圖

圖3 東區(qū)鋼結構模型圖

圖4 越冬前東區(qū)屋蓋工況模型

2 極端低溫作用影響分析

2.1 模擬計算分析

西區(qū)中的西1區(qū)合龍時間在9月份，8～9月份最低溫度15℃，最高溫度30℃，合龍溫度按照20℃考慮。哈爾濱地區(qū)冬季歷史上極低氣溫為-39.3℃，則冬歇期間結構降溫荷載為-34-20=-60℃。西區(qū)巨型桁架已經合龍完成，分別對設計狀態(tài)（圖5 最大變形、圖6 最大應力）、施工同步最終狀態(tài)（圖7 最大變形、圖8 最大應力）、極限低溫狀態(tài)（圖9最大變形、圖10 最大應力）進行驗算。東區(qū)屋蓋尚未與兩側支座連接，所以如圖11只計算自重狀態(tài)和自重+極限低溫狀態(tài)，選用的計算軟件為MIDAS GEN。

圖5 最大變形（133mm）

圖6 最大應力（90MPa）

圖7 最大變形（162mm）

圖8 最大應力（102MPa）

圖9 最大變形（228mm）

圖10 最大應力（145MPa）

圖11 最大轉動（0.005rad）

西區(qū)在設計狀態(tài)下的計算結果如圖5、圖8所示（自重作用）。

西區(qū)在施工最終狀態(tài)下的計算結果如圖7、圖8所示。

冬歇期極端低溫狀態(tài)下應力和變形結果如圖9、圖10所示。

冬歇期極端低溫狀態(tài)下抗震鉸支座轉動分析如圖11所示。

東區(qū)屋蓋滑移完成前4 榀，未進行側桁架安裝，雪道層主桁架和筒體安裝完成，分別對自重作用下（圖12 最大變形、圖13 最大應力）、極限低溫作用下（圖14 最大變形、圖15 最大應力）、在自重和極限低溫作用下（圖16 最大變形、圖17 最大應力）進行驗算，極限溫度和自重作用下的組合按（1.0 自重+1.0 極限溫度）考慮。

圖12 最大變形（52mm）

圖13 最大應力（75MPa）

圖14 最大變形（81mm）

圖15 最大應力（116MPa）

圖16 最大變形（131mm）

圖17 最大應力（133MPa）

東區(qū)在自重作用下的計算結果如圖12、圖13所示。

東區(qū)在極限低溫作用下的計算結構如圖14、圖15所示。

東區(qū)在自重和極限低溫作用下的計算結構如圖16、圖17所示。

由上述結果可見，桿件應力仍遠小于承載能力極限狀態(tài)下桿件最大應力，故冬歇期間，結構所有桿件仍處于彈性狀態(tài)，結構安全。西區(qū)抗震支座最大轉動量為0.005rad，小于允許最大轉動量0.05rad，故滿足極端低溫條件下的使用需要。

2.2 焊縫低溫性能分析

規(guī)范要求的低溫焊接環(huán)境溫度變化范圍為0～-10℃，為保證焊接質量，本工程當環(huán)境溫度低于-5℃停止焊接作業(yè)?，F(xiàn)場主要采用CO2氣體保護焊和手工電弧焊，現(xiàn)場焊接作業(yè)即試件制作時的手工電弧焊焊接參照表1 標準進行施焊與檢查，CO2氣體保護焊焊接參照表2標準進行施焊與檢查。

表1 手工電弧焊焊接參數(shù)表

表2 CO2氣體保護焊焊接參數(shù)表

按照上述工藝焊制的T 型試件分別在0℃、-10℃、-20℃、-30℃、-40℃溫度條件下對焊縫上中下三個部位分別進行沖擊功試驗，沖擊功試驗結果詳見表3，得出焊縫的沖擊功性能，滿足規(guī)范E類鋼材的性能，即按照該工藝施焊的焊縫能夠保證在嚴寒氣候下的韌性，結構安全，如表3所示。

表3 沖擊功試驗結果一覽表

3 越冬準備

①編制越冬維護方案，根據(jù)批準的方案，進行詳細的技術交底，讓每個在現(xiàn)場的人員熟悉冬歇期現(xiàn)場維護要求。

②為保證越冬期間工作正常有序進行，吊車用的防凍潤滑油、-10＃柴油準備充足，其他的彩鋼板、保溫巖棉、三防布、塑料布、清雪工具等準備齊全。

③成立越冬期間管理小組，組織全體越冬期間施工人員進行安全技術交底，著重對越冬期間各項任務落實中的注意事項進行交底。

④越冬期開始前完成所有吊裝就位的主次結構焊接工作，確保焊縫質量合格。對滑移支架、未拆除臨時支撐等輔助安裝結構進行加固焊接，確保越冬期間結構整體安全性。

⑤越冬期開始前完善已安裝焊接完成構件的油漆修補工作，構件不得直接裸露表面，尤其注意節(jié)點處包括連接板部位的油漆修補。

⑥對已施工完成的帶有結構構造孔洞的封閉型構件，必須采取防凍脹措施（設置封板、焊接封堵孔洞），嚴禁雨雪水灌入。

⑦越冬期開始后施工現(xiàn)場進行全面清理，胎架材料割除并分類堆放，現(xiàn)場垃圾全部清理出場。

⑧設備電纜要分開，必要時移到安全地方。所有的工作平臺，其中設備、纜繩和臨時結構都要牢固地系好。

4 關鍵節(jié)點處理

4.1 雪道層主桁架

對下述懸挑區(qū)上弦焊縫，用-30x250x400卡板進行加強，卡板加設位置如圖18 所示，卡板與上弦采用16mm雙面角焊縫，主要起保險絲作用，冬歇前后通過對角焊縫的檢查，判斷結構焊縫在冬歇期結束后是否安全。

圖18 雪道層主桁架卡板加設位置圖

雪道鋼結構安裝使用的臨時胎架盡量拆除完成。對于無法拆除的胎架需要對胎架基礎進行保溫處理，即在胎架根部每側2m 的范圍內覆蓋600mm 厚的珍珠巖對基層土進行保溫處理，珍珠巖上、下分別鋪設一層彩條布，并在面層用鋼管壓住。

4.2 屋蓋桁架

為確保屋面分塊和下部滑移支撐形成一個整體，確保屋面分塊和下部滑移支撐連接節(jié)點的剛度滿足要求，在每個連接節(jié)點處采用鋼管進行加固連接，屋蓋滑移支點處加固做法如圖19 所示，屋面分塊內采用P245×10 鋼管，鋼管一端抽槽焊接PL20穿心板，穿心板與屋面分塊上弦節(jié)點處H 型鋼面板焊接，焊縫型式為雙面角焊縫，焊接尺寸不得小于0.7倍板厚。鋼管另一端相貫焊接在下弦桿H 型鋼面板部位，焊縫型式為單面角焊縫，焊腳尺寸不得小于0.7倍鋼管壁厚。

圖19 屋蓋滑移支點處加固做法圖

為確?；浦闻c屋面分塊連接處節(jié)點的牢固性，對支撐與分塊所有連接節(jié)點同樣采取鋼管加固方式進行連接，加固做法如圖20 所示。具體做法是在滑移支撐頂部平臺兩端各采用兩根P219×10 鋼管，鋼管一端與平臺H 型鋼面板相貫焊接，另一端與屋面分塊下弦桿H 型鋼面板相貫焊接，焊縫型式為單面角焊縫，焊腳尺寸不得小于0.7 倍鋼管壁厚。為避免平面外的剛度不夠，在平臺兩端各設置一根P219×10 鋼管，鋼管一端與平臺中心處面板相貫焊接，另一端同樣與屋面分塊下弦桿H 型鋼面板相貫焊接，焊縫型式同上。

圖20 滑移支撐與屋蓋連接加固做法圖

4.3 滑移軌道支撐

為確保下部支撐平臺與樓面桁架上弦連接牢固性，在每個下部平臺與滑雪層相接處用HW400 工字鋼加固，加固做法如圖21 所示，加固工字鋼面板與滑雪層上部面板焊接，腹板用連接板加強焊接，確保加固工字鋼與樓面層形成整體。支撐平臺中心落在雪道桿件節(jié)點處，角部落在加固工字鋼上。支撐平臺與樓面桁架弦桿用PL20 加勁板加強焊接。

圖21 軌道支撐根部加固做法

4.4 抗震球鉸支座及抗震阻尼器

雪道鋼結構側桁架內設計有8 處抗震阻尼器，各個區(qū)均涉及有抗震球鉸支座。根據(jù)使用說明，球鉸支座使用溫度為-40℃～70℃，抗震阻尼器的使用溫度為-40℃～80℃，哈爾濱地區(qū)最低溫度并未低于使用最低溫度。但是考慮融雪結冰可能產生的凍脹影響，對所有抗震球鉸支座用彩鋼板制作成一個方盒包圍鉸支座，并用三防布在方盒外圍包裹進行防護?？拐鹱枘崞鲃t直接包裹三防布。

5 越冬維護期間相關工作

①越冬檢查。越冬前期準備工作、措施全部按照方案完成和落實，會同建設單位、監(jiān)理單位對越冬專項方案落實情況進行檢查。

②掌握氣象資料，與氣象部門定時聯(lián)系，每天記錄天氣預報，隨時通報，以便工地做好工作安排和采取預防措施，尤其防止惡劣天氣突然發(fā)生對施工造成影響。

③因進入越冬期間基本無施工，因此施工現(xiàn)場僅在各區(qū)域保留有限燈具來提供越冬期間現(xiàn)場的夜間照明，為安全保衛(wèi)人員巡邏值班提供條件。

④越冬期間每隔兩周左右檢查一次（每日進行安全重點防范部位巡查），主要檢查越冬期間措施是否有效，若發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

⑤根據(jù)計算模型，在變形最大的部位設置沉降觀測點，每周對沉降點觀測兩次，準確掌握最大沉降點處的實際沉降值，與計算結構進行對比。若出現(xiàn)變形異常，立即組織專業(yè)技術人員和專家制定應急措施，確保結構安全。

⑥根據(jù)每天的氣溫記錄，待越冬維護結束后再次聯(lián)合建設單位、監(jiān)理共同進行復工檢查，合格后各方共同簽署復工報告，正式復工。