大型體育場鋼結(jié)構(gòu)工程的施工與管理

高曉乾

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展及全民健身運動的大力推廣,大型體育場館的建設(shè)規(guī)模也越來越大。本文以山西體育場鋼結(jié)構(gòu)工程的施工為例,重點介紹了大型體育場鋼結(jié)構(gòu)工程的施工與管理。

1 工程概況

該工程位于山西省太原市晉源區(qū),包含主體育場、體育館及游泳館。主體育場設(shè)計規(guī)模為6萬人,屬大型甲類體育建筑。

主體育場的頂部為鋼結(jié)構(gòu)罩棚,呈弧形狀,東西高、南北低。罩棚最寬處約68 m,最窄處約49 m,外邊緣南北向最長處約293 m,東西向最寬約275 m。整個罩棚外立面落于混凝土結(jié)構(gòu)上,屋面與墻體渾為一體。罩棚中間高,兩端低,高差 9.3 m,罩棚最高點離地面約55.45 m。

整個罩棚由32榀三角形主桁架組成主體承力體系,以體育場中心向外呈橢圓形發(fā)射狀分布。主桁架由外環(huán)支撐點和內(nèi)環(huán)支撐點支撐,最大懸挑長度約為52 m,桁架根部最大高度7.8 m,最小懸挑長度約為34.7 m,根部高度5 m,每榀桁架內(nèi)支座間距約26 m。主桁架之間由三道環(huán)形桁架、兩道次桁架及一道邊桁架相互連接,外立面上桁架之間設(shè)置鋼管網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

2 工程特點、難點與項目管理重點

1)弧形空間桁架加工與現(xiàn)場拼裝難度大。2)桁架懸挑長度長,斷面高,吊裝難度大。3)焊接量大,焊接難度大。4)卸載難度大。

3 施工技術(shù)與管理

3.1 施工總體思路

1)分區(qū)施工、流水作業(yè),先主后次、內(nèi)外進行。罩棚鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)呈圓弧形,且總體沿 X軸、Y軸對稱。根據(jù)這一結(jié)構(gòu)特點,結(jié)合現(xiàn)場情況,從體育場南側(cè)?軸線開始,每8榀主桁架連同主桁架之間的環(huán)桁架、次桁架及其他構(gòu)件作為一個施工區(qū)域,將鋼結(jié)構(gòu)劃分為四大施工區(qū)域,由一區(qū)開始沿逆時針方向進行鋼結(jié)構(gòu)的安裝,流水作業(yè)。各個區(qū)域流水施工時,先安裝支撐塔架、V形支撐柱,然后按主桁架立面傾斜段→邊桁架→主桁架肩部弧形段→外環(huán)桁架→主桁架頂面懸挑段→環(huán)桁架、次桁架、邊桁架→立面網(wǎng)格、系桿、水平支撐→馬道的空間吊裝順序逐步推進。

2)地面拼裝、分段吊裝,同步卸載、穩(wěn)步成型?？紤]到罩棚鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及各構(gòu)件之間的節(jié)點構(gòu)造,桁架結(jié)構(gòu)均廠內(nèi)加工,散件出廠,現(xiàn)場就近搭設(shè)拼裝胎架,地面拼裝。主桁架分3段進行吊裝(見圖1),立面傾斜段和肩部弧形段場外吊裝,頂面懸挑段場內(nèi)吊裝;環(huán)桁架與次桁架整榀進行吊裝。

該罩棚鋼結(jié)構(gòu)屬大懸挑結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)安裝前,需進行電腦模擬計算,設(shè)計承載力滿足施工荷載及便于施工操作的支撐塔架,使結(jié)構(gòu)在安裝過程中保證其空間穩(wěn)定性。待整個罩棚鋼結(jié)構(gòu)安裝、焊接完畢后再分區(qū)、分級同步卸載,確保罩棚鋼結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)步成型。

3.2 支撐塔架設(shè)置技術(shù)

結(jié)合罩棚鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點及總體安裝方案,在罩棚南北方向主桁架下方靠近?軸的位置每榀設(shè)置一個支撐塔架,東西方向主桁架下方靠近?軸、?軸位置每榀設(shè)置兩個支撐塔架,總計52組支撐塔架。支撐塔架支承于主桁架的下弦節(jié)點處,并同時支承主桁架的上弦。支撐塔架采用格構(gòu)式支撐塔架,主肢采用H型鋼,腹桿采用角鋼。同時為便于重復利用,支撐塔架采用標準節(jié)形式。為減少支撐塔架對混凝土看臺板的影響,避免看臺板因此而出現(xiàn)破壞,支撐塔架下方設(shè)置H型鋼轉(zhuǎn)換梁,轉(zhuǎn)換梁兩端支承于主桁架軸線上的斜梁和混凝土柱上,并將支撐塔架上的荷載傳遞到下部混凝土結(jié)構(gòu)。

3.3 罩棚鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)

根據(jù)該罩棚鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式等具體情況,采取了如下安裝技術(shù):1)采用大型吊機進行吊裝,大型吊機布置在體育場內(nèi)圈和外圈,沿體育場內(nèi)圈、外圈環(huán)向行走,逐區(qū)進行吊裝作業(yè)。2)為減少主桁架安裝過程中臨時支撐塔架的用量,降低后續(xù)支撐塔架卸載完畢后的拆除工作量與拆除難度,在主桁架肩部弧形段安裝之前,先安裝V形支撐柱,主桁架肩部弧形段安裝時,直接坐落在V形支撐柱上,不再另外單獨設(shè)置支撐塔架。同時,為保證V形支撐斜柱安裝過程中的穩(wěn)定性,V形支撐柱下方增設(shè)豎向H型鋼或鋼管支撐,并在地面上與V形支撐組裝好,隨V形支撐柱一起吊裝。3)主桁架立面傾斜段采用三點吊裝,肩部弧形段和頂面懸挑段采用四點吊裝,吊點均設(shè)置在主桁架主弦桿的節(jié)點上,吊點位置不再另外設(shè)置吊耳,直接采用捆扎法。立面傾斜段吊裝就位后,先進行臨時固定,然后測量上端主弦桿的管口坐標。肩部弧形段和頂面懸挑段吊裝就位并調(diào)整好后,肩部弧形段與立面傾斜段、頂面懸挑段與肩部弧形段主弦桿之間采用卡碼進行臨時固定,上弦拉設(shè)側(cè)向穩(wěn)定風繩,然后進行管口對接焊縫的焊接。為避免支撐塔架因壓縮變形而造成支撐塔架頂部標高與設(shè)計值不一致,在制作支撐塔架頂部的管托時需預(yù)留一定的高度,待主桁架懸挑段安裝就位支撐塔架受荷后再進行管托板的修割處理,直至主桁架的端部標高符合設(shè)計要求。4)環(huán)桁架采用四點吊裝,次桁架采用兩點吊裝。由于環(huán)桁架、次桁架的弦桿與主桁架弦桿之間均采用相貫連接,所以安裝時無法直接從正上方進行吊裝就位,而應(yīng)從靠近外圈的位置先進擋,然后再平推就位,平推時輔以手拉葫蘆。

3.4 支撐塔架卸載技術(shù)

結(jié)合支撐塔架的布置情況和模擬計算結(jié)果,按分批、分級、同步卸載原則循環(huán)進行罩棚鋼結(jié)構(gòu)支撐塔架的卸載,先內(nèi)圈,后外圈,內(nèi)外交替進行,共分15步,直到所有塔架卸載完成為止。卸載時,先將千斤頂反頂1 mm～2 mm,使墊板上部脫空,然后根據(jù)每次預(yù)定的卸載量,抽掉相應(yīng)厚度的墊板。千斤頂統(tǒng)一下降,開始卸載。千斤頂下降到預(yù)定位置后,開始另一批支撐塔架的卸載工作。循環(huán)反復,直至卸載完畢。

3.5 施工管理

根據(jù)該工程的經(jīng)驗,鋼結(jié)構(gòu)施工時,管理上應(yīng)注意如下幾點:

1)加強弧形構(gòu)件的弧度檢查,確?，F(xiàn)場弧形桁架的拼裝與安裝質(zhì)量?；⌒螛?gòu)件加工時,應(yīng)采取模板控制、二次檢查及廠內(nèi)預(yù)拼裝相結(jié)合的原則進行弧形構(gòu)件的弧度控制。2)加強各專業(yè)之間的協(xié)調(diào),并提前進行溝通,確?？傮w工程施工安全、質(zhì)量及進度。各專業(yè)之間必須加強溝通和協(xié)調(diào),事先掌握對方的施工偏差和施工方案,以便進行合理的施工組織,及時進行穿插施工。3)加強施工過程模擬分析,采取合理的支撐塔架布置,確保施工過程中的安全。應(yīng)根據(jù)罩棚鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、下部混凝土結(jié)構(gòu)的平面布置情況,采取合理的支撐塔架布置。并通過施工過程模擬分析,計算出每個塔架的受力情況,結(jié)合現(xiàn)場實際情況和資源情況,設(shè)計合理的支撐塔架結(jié)構(gòu)形式。4)加強卸載過程中的監(jiān)控,并采取有效的技術(shù)措施,確保卸載過程安全、平穩(wěn)。卸載前先計算好支撐點的罩棚變形量,通過變形量確定千斤頂?shù)男谐?如變形量超出千斤頂?shù)淖畲笮谐?在卸載到一定位置時,需將罩棚臨時固定,待更換千斤頂位置后繼續(xù)卸載。同時要仔細檢查各支撐點的連接情況,確保罩棚處于自由狀態(tài)。

4 結(jié)語

隨著建筑理念的更新及經(jīng)濟、文化的飛速發(fā)展,大型體育場的造型越來越新穎,跨度也越來越大。對于采用高空吊裝的大型體育場罩棚鋼結(jié)構(gòu)工程來說,其總體施工方案和施工管理要點一般大同小異,特別是支撐塔架的布置原則、設(shè)計計算程序、卸載原則及卸載過程分析等具有一定的通用性和借鑒性。通過山西體育場罩棚鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的介紹,為同類大型體育場鋼結(jié)構(gòu)工程的施工與管理提供參考依據(jù)。

[1] 潘衛(wèi)國.大跨度廠房輕鋼管屋架施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(12):136-137.