1 工程概况
背景工程的南北两侧结构主要为由柱、梁组成的框架式结构，中间部位为数榀长度为54 m的桁架，作为主要受力构件。
本工程1层结构面以上至屋面基本为全钢结构，结构的南、北两侧为全钢的框架柱、梁的核心筒结构，作为整个结构的支承基础体系，在框架结构的纵向及横向设置相互交接的竖向支撑，以增强整个结构的四向刚度。结构的跨中为54 m的大跨度纵向桁架，根据结构的受力及使用要求，在相应部位设置楼面桁架、屋面桁架，局部形成双层桁架，纵向桁架支承于两侧的框架结构（图1）。
图1 工程效果图
本部分钢结构梁的主要形式为H型钢梁，钢梁有热轧和焊接2种，其中热轧钢梁有11种组成，规格为306 mm×164 mm×5 mm×7.4 mm～1 500 mm×500 mm×25 mm×50 mm；钢柱主要为箱形柱，截面尺寸有600 mm×600 mm、600 mm×900 mm以及900×900 mm三种，板厚30～80 mm，每根钢柱以同截面延伸至上部。
2 施工部署
2.1 施工区域的划分
本工程钢结构施工工作量大，工期紧迫，根据结构分区及前道工序施工流水，结合钢结构施工特点，将工程划分为2个区域同时进行施工：第1施工区域（西区）为7轴～25轴，第2施工区域（东区）为25轴～43轴（图2）。
图2 施工区域划分示意
2.2 各区域的总体流程
第1施工区域（西区）：由7轴向25轴流水施工。施工过程中先安装桁架柱，再安装南北两侧的钢框架，最后安装桁架梁。
第2施工区域（东区）：由25轴向43轴流水施工。施工过程中先安装桁架柱，再安装南北两侧的钢框架，然后安装桁架梁，最后安装38～43轴跨中钢框架及悬挑桁架。
3 主要施工技术
3.1 施工总体平面布置
本工程主体钢结构安装分2个施工区域同步流水施工。
东区和西区分别选用2台ZSL55145型（10 600 kN·m）行走式塔吊，布置于南北结构两侧，北侧塔吊中心距M轴9.85 m，南侧塔吊中心距A轴10.3 m；场内运输道路沿围墙布置，一圈贯通，外接大门1和大门3（图3）。
图3 钢结构吊装机械平面布置示意
同时根据现场安装机械开行路线，在其行走范围内布置行走道路，并进行相关处理，以满足吊机开行的地耐力要求。其中500 kN履带吊和500 kN汽车吊要求开行道路地耐力为80 kPa，1 500 kN履带吊和ZSL55145型行走式塔吊要求地耐力为120 kPa[1,2]。
3.2 机械的选用
从7～43轴共长324 m，安装构件较多，桁架柱和框架柱单根吊装至安装位置，桁架梁散件吊装至现场拼装成整体后提升，质量较大，吊装半径又大，所以西区（7～25轴）与东区（25～43轴）分别选用2台ZSL55145型行走式塔吊，并分别布置在南北两侧的基坑外，使吊装区域可以覆盖整个施工区域。另布置1台KH700（1 500 kN）履带吊、2台QUY50A（500 kN）履带吊、2台500 kN汽车吊分别负责ZSL55145行走式塔吊的装拆、地下室劲性柱的安装，构件驳运以及地脚螺栓的安装。
3.3 主要构件分段
考虑到吊装设备的性能，桁架柱地上部分沿高度方向分为4段单根吊装，其中最大质量约23 t；框架柱地上部分沿高度方向分为4段，其中最大质量约9 t。
桁架梁按长度方向分成3段，按照从下至上的安装顺序在地面整榀拼装，由ZSL55145型吊机从跨外散件吊装，拼装完后桁架的最大质量160 t（图4）。
图4 主结构分段示意
3.4 主要构件施工工艺
3.4.1 地脚螺栓施工
本工程东、西区-6.40 m标高的预埋螺栓组件分别采用1台500 kN汽车吊跨外沿现有施工道路进行吊装，地下室螺栓吊装流程按土建开挖部位相继进行。为了保证预埋螺杆的精度，在安装过程中必须配套设置相应的格构柱、定位钢板，地脚螺栓到位后，定位钢板必须要与底板钢筋等相连固定，以防止浇筑混凝土时产生偏移。同时在螺杆上部螺段涂黄油、套PVC管，以防浇筑混凝土时损坏螺杆丝牙。
地下室地脚螺栓共计214件，基坑深浅不一，最大埋深达6 m，为了准确安装地脚螺栓组件，配套设置了1根格构柱，在格构柱四周设置75 mm×75 mm×6 mm的角钢斜撑，防止在混凝土浇筑过程中的移位，格构柱高度大于4 m的设置2道角钢斜撑。并要与大底板上下皮钢筋采用电焊进行可靠焊接，减少由于混凝土浇筑及振动产生的地脚螺栓的偏移。土建底板混凝土浇筑完毕后，再次针对每个地脚螺杆对应轴线的位置进行复核，对个别螺杆偏差大的，运用现场实际尺寸单独放样并报加工厂制作（图5）。
图5 地脚螺栓加固示意
3.4.2 预埋螺杆的预应力施工
1）预埋螺杆的预应力张拉顺序根据结构两端对称、隔根张拉原则，尽可能使同批张拉锚拉杆中应力相差不致过大，并考虑作业效率而确定。
2）本工程张拉施工操作顺序为：锚头清理→安装工具连接螺母→安装工具拉杆→安装工具撑脚→安装千斤顶→安装工具螺母→按程序张拉、测量→卸荷锚固。
3.4.3 地下劲性结构吊装方法
本工程地下室劲性钢柱共计214根，以25轴线为界，东区107根，西区107根，截面形式分别为箱型劲性柱及钢管柱。考虑地下室采用QUY50A（500 kN）履带吊下基坑吊装，单件吊装控制质量12 t，分段长度为7.3 m。
进行劲性柱吊装之前，土建已完成混凝土底板的浇筑。QUY50A履带吊由西区南侧15轴处放坡开入基坑面，从西往东依次吊装地下室钢柱。
3.4.4 钢柱吊装方法
桁架柱控制吊重为190 kN，分段最大高度为10.95 m，结构最大标高42 m。桁架柱全部采用ZSL55145型行走式塔吊进行分段安装，ZSL55145型吊机的塔身高度为42 m，吊装区域南北两侧ZSL55145型行走式塔吊完全覆盖整个西区，最大单件构件质量19 t，可满足施工需要。钢柱吊装采用二点就位、双点吊装，吊点位置在柱顶。
桁架柱按分段单根吊装，待同一分段的2段构件吊装到位后，焊接补缺，使其形成一节桁架柱，再沿纵轴方向每侧至少拉设2根缆风绳保证其侧向稳定。
3.4.5 现场钢架拼装方法
1）主要施工方案：桁架的分段主要是由运输及吊装质量所决定，目前主要是以杆件形式进行分段，最长约为20 m，质量约15 t。整个桁架大体分为上弦3段、下弦3段及上下弦之间斜腹杆若干。由于桁架采取整体提升的方法进行安装，故钢结构散件需要在现场组拼成整体。根据现场情况，我们选择原位立拼然后整体提升的方法。整个桁架采用立拼法的优点在于避免桁架整体起扳，缺点在于拼装时组装精度较难控制（主要是平面的控制及拼装几何尺寸）。
2）拼装场地：拼装主要在1层楼面进行，而1层楼面有承载力的限制（5 kN/m2），因此需要在拼装时将桁架直接支承在立柱顶端上。由于采用原位拼装，因此在对应提升轴线下均需划拨相应的拼装场地。
3）桁架立拼：利用跨外大型塔吊将下弦梁依次吊装到位，采用钢板调整到位后焊接成整体，之后将立杆、斜腹杆安装到下弦杆上并焊接固定，最后将上弦杆安装到位。杆件连接依靠定位板和螺栓，校正完成后再整体焊接。校正桁架的胎架共可使用11点，其中5个搁置点不能移动，其余均可根据需要进行临时调整（图6）。
3.4.6 钢桁架加固方法
本工程桁架跨度大，片状式桁架高度大而宽度窄，结构形式限制了片状式大跨度桁架整体拼装后同步提升的条件。为了解决在单榀桁架提升过程中，桁架的上弦由于轴心受压而产生的平面外失稳，在片状式大跨度钢架的顶面设置装拆式水平桁架，增加上弦宽度，以此增大桁架侧向惯性矩，解决了单榀桁架提升平面外失稳的难题（图7）。
图6 胎架剖面示意
图7 钢桁架顶面加固
3.5 钢架提升方法
用塔吊将提升架安装到柱顶相应位置，安装完成后进行调试。在待安装桁架上安装连接临时连杆，使桁架端部形成整体。提升点位于桁架上弦的下缘，深化设计时需要进行局部加强设计（包括临时连接拉杆的设计）。托梁安装完成后，即可进行提升。要求在提升时同一侧2个提升点的高差控制在10 mm之内，两侧提升高差在50 mm之内。由于本次提升不设嵌补段，采用斜断面的形式，杆件上下自身斜50 mm。桁架成梯形切断，杆件按高度从下至上两端依次缩进50 mm。为保证桁架在提升过程中顺利通过每层的安装节点区域，要求桁架在工厂加工时进行预拼装，加工厂应统一公差值，确保现场安装尺寸更好地控制及实施。
虽然提升过程中间隙相对较大，但在过2层桁架时，仍需要人员作好监护工作。提升过程中油管串通，保持千斤顶受力均匀，并做好同步工作。当接近安装位置时，4个提升点需要进行微调作连接对位，因此各提升点的液压提升器最好能切断油路，以便分别动作。对位完成后进行斜断面的焊接，焊接完成并检验后，松掉千斤顶，进行下榀桁架提升[3,4]（图8）。
图8 提升到位工况示意
4 结语
本工程作为世博会重要的会议、宣传中心等综合性场馆，是世博会园区的核心建筑之一，是国内外知名工程。其独特的造型及新产品、新工艺的集中运用，体现了设计者新颖的设计理念，展示了上海建筑工程界钢结构施工的先进技术和雄厚实力、扩大了在上海乃至全世界建筑行业的影响，对提升企业施工品牌具有十分可观的社会价值。
[1] 王景文.钢结构施工便携手册[M].北京:中国计划出版社,2006.
[2] 张文学,卞友明.国家图书馆钢结构万吨整体提升施工技术[J].建筑施工技术,2010(8):113-116,130.
[3] 江正荣.建筑施工计算手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.
[4] 鲍广鉴,李国荣.现代大跨度空间结构施工技术[J].钢结构,2005(1):43-48.