大型歌剧院下沉式舞台钢结构安装技术方案探讨

万海山

（广东省工业设备安装有限公司，广东广州510000）

1 工程概述及钢结构安装技术介绍

嘉应歌剧院属于乙等特大型剧院，此文化综合体钢结构吊装施工工程位于广东省梅州市。歌剧院为一座单体建筑，其主要功能是表演歌剧、话剧，并用于地下停车、演出培训、文化展览等。本歌剧院总建筑面积为41 256.79 m2，建筑高度为42 m；主舞台为H型截面桁架结构（圆管吊挂结构），舞台钢结构重量约500 t。

1.1 数字化测量

全站仪自动化测量精度高，基于该技术对嘉应歌剧院钢结构预埋件、预留安装钢结构位置坐标、角度、距离进行精准化测量，可通过计算机对歌剧院现场测量数据进行模拟处理或绘图分析，省去了中间人工操作记录，差错率较低。

1.2 三维建模及工厂模块化加工现场拼装技术

基于全站仪数字化测量数据及钢结构蓝图，使用Tekla Structures设计软件可进一步对歌剧院钢结构各构件及模型进行详图深化（图1）。TS软件具有3D实体结构模型分析、整合、细部设计等功能，其可用于钢结构加工、现场半成品构件模块化安装等，有效提高了嘉应歌剧院钢结构加工安装效率，节省了安装成本。

图1 主舞台钢结构三维效果图

1.3 履带吊吊装舞台主桁架

嘉应歌剧院室内舞台钢结构吊装共设两个吊点，使用450 t履带吊进行吊装施工；舞台钢结构构件约500 t，450 t履带吊整体吊装单榀桁架，吊装垂直距离最大可达42 m，最大水平吊装半径达56 m，单榀主桁架最大跨度24 m，最大吊装重量20.5 t。采用450 t履带吊整体吊装主桁架，然后再分批分顺序履带吊其他舞台构件。

1.4 整体式分段吊装设备转换层及马道

舞台室内设备格栅层及四层马道钢结构，采用东、西区分段吊装整体卷扬机滑轮组提升，采用4台葫芦吊装对主舞台顶部设备格栅层进行分段式整体提升吊装，各用2台葫芦吊装整体吊装4层舞台马道东、南、西、北四个区域的钢结构。整体提升拼装配合云梯、软梯、挂篮、吊篮等安全措施，确保安全施工。

2 舞台钢结构吊装施工特点及难点

2.1 施工特点

（1）嘉应歌剧院舞台钢结构主桁架单榀长24 m，重20.5 t，吊装垂直距离最大可达42 m，最大水平吊装半径达56 m，吊装舞台钢桁架存在距离远、单榀吊装重、吊装高度高的特点，因此，现场钢结构安装施工风险大、难度高。

（2）本工程中的主、后舞台室内结构总重约500 t，主舞台台仓标高为-19.5 m，主桁架顶标高为+31 m，垂直高度50.5 m，考虑施工成本未搭设满堂红脚手架，大部分凌空钢结构安装项目均无法使用大型吊装机械设备，故施工条件极为恶劣。

（3）本建筑工程现场塔吊起重量无法满足下沉式舞台钢结构构件吊装要求，再加上土建现场施工环境制约，只能采用大型履带吊车施工。

（4）在土建现场采用大型吊车进行钢结构大型构件吊装作业时，吊车进出场对现场路基、路面有较高要求。所以，在吊装施工前需平整、加固及拓宽歌剧院吊机作业区域及行驶路径，无形中增加了钢结构吊装难度及施工成本。

2.2 施工难点

嘉应歌剧院钢结构吊装工程施工受现场施工条件制约，由于建筑物下部的地下室、高达6 m的消防疏散通道及正门处设置的人行台阶通道等，汽车吊无法直接驶入场馆内部展开作业；同时，舞台钢结构属于反吊挂结构，未搭设满堂红脚手架，净空垂直距离超过50 m，需通过跨外吊装形式进行施工吊装及拼装。因此，室内下沉式舞台钢结构安装难度大大增加。

3 下沉式舞台钢结构安装施工方案

3.1 作业场地

本歌剧院下沉式舞台钢结构相关构件拼装及堆放场地分别为“1#”“2#”“3#”，悬吊钢结构施工的100 t履带吊与450 t履带吊作业区域重叠，并环绕嘉应歌剧院外围整圈区域进行钢结构吊装施工[1]。

3.2 吊点分布

本歌剧院下沉式舞台钢结构吊装作业按照“钢桁架—钢梁—吊柱—格栅层梁—交叉支撑、垂直支撑—钢梁”的顺序进行施工[2]。作业时，采用450 t履带吊吊运500 t的钢结构，共设两个吊点。

3.3 主要施工安装工作

3.3.1 前期准备

首先，在加工厂对钢结构相关构件进行分段制作加工，运送至吊装现场后，需对钢构件进行分段组装，使其连接为整体的吊装结构。其次，结合此歌剧院下沉式舞台特点及钢结构吊装方案、现场施工场地条件等，为了满足现场安全、文明施工要求，要通过平台放样拼装主舞台钢梁；此外，还要严格按照规范要求，检查核实H型钢的焊接实际偏差，进而对歌剧院下沉式舞台钢结构翼缘板、钢梁扭曲度、弯曲度及外形尺寸等进行处理。

3.3.2 吊装场地布设

本工程施工场地吊装作业条件差，450 t履带吊车吊装作业时对路基承载力要求较高。因此，为了确保履带吊吊装作业安全，吊装作业前，在吊车行进路径及吊装占位点铺设路基箱板。

3.3.3 吊装机械设备选择

因现场吊装作业条件受限，歌剧院室内下沉式舞台钢结构无法采用吊车作业。所以，只能于建筑外部采用大型履带吊吊装所有钢构件。考虑到现场舞台顶部、主舞台处H型钢桁架梁吊装难度较大，故通过分析钢构件重量、歌剧院下沉式舞台钢结构垂直高度、吊装跨度等，确定了钢构件的最终吊装重量及吊装距离，经过计算确定选用25 t汽车吊及100 t、450 t履带吊作为主要吊装机械。

3.3.4 吊装过程中应注意的问题

在吊装过程中，首先必须检查吊装环境，充分考虑各种危险源，做好安全保障工作。其次，要在桁架、梁、柱、底板面及相对应的混凝土梁面中，清楚标识轴线标高，然后对预埋螺栓位置进行校核。待一切准备就绪后，使钢构件缓缓吊离地面10 cm进行试吊检验。完成后，使设备缓缓吊装至承重钢柱上，稳定后即可将吊索具解除，并进行安装校核。在此环节，先调整标高，再对位移进行调整，直至垂直偏差调至最低。

吊装时，要从靠近的第一榀钢桁架梁开始，依次向递进距离方向吊装。第一榀吊装后需临时固定单榀钢桁架，然后方可吊装第二榀，就位后使两榀间的垂直支撑、联系钢梁与前一榀连接形成稳固结构，依此方式循序渐进进行作业，直至吊装完毕。

4 结语

综上所述，大型歌剧院的下沉式舞台钢结构安装技术风险大，作业难度高。此舞台钢结构需高空反吊挂安装，作业环境恶劣，存在诸多不确定因子。为了减少钢结构吊装作业难度，降低施工风险，本工程在实施时，分别进行了动负荷、静负荷及空负荷试验，并对各项安全限位指示装置进行调整，通过对钢结构安装作业方案进行实时监控，使现场钢结构吊装作业物体打击风险、高空坠落风险、坍塌风险、触电风险、火灾风险降至最低，有效确保了歌剧院下沉式舞台钢结构安装工作顺利进行。