重慶市大足縣體育運動中心鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工

于恒兵

(中煤科工集團重慶設(shè)計研究院有限公司，重慶 400016)

1 工程概況

重慶市大足縣體育運動中心位于“石刻之鄉(xiāng)”——重慶市大足縣(如圖1所示)，建筑方案以盛開的花朵為靈感，突出建筑與周邊山地環(huán)境的有機融合，本工程包括體育場、籃球館、游泳館三部分。體育場總建筑面積為29 718 m2，工程規(guī)模:19 500座?；@球館總建筑面積為13 616 m2，建筑基底面積為6 378 m2，工程規(guī)模:3 000座，建筑總高度28.10 m。游泳館總建筑面積為6 968 m2，建筑基底面積為4 551 m2，工程規(guī)模:1 500座，建筑總高度20.10 m。

圖1 建筑效果圖

該工程設(shè)計合理使用年限應(yīng)業(yè)主方要求取70年，建筑抗震設(shè)防類別均為乙類，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》［1］重慶市大足縣抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度為0.05g，設(shè)計地震分組為第一組;根據(jù)《大足體育運動中心工程巖土工程勘察報告》［2］場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.35 s;根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［3］本地區(qū)50年一遇基本風(fēng)壓為0.40 kN/m2，100年一遇基本風(fēng)壓為0.45 kN/m2，70年一遇基本風(fēng)壓按規(guī)范線形內(nèi)插為0.42 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。

2 結(jié)構(gòu)體系

根據(jù)使用功能及建筑表現(xiàn)，籃球館和游泳館主體采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足結(jié)構(gòu)受力及建筑表現(xiàn)。

體育場主體采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋體系為空間異形懸挑結(jié)構(gòu)，經(jīng)過體育場屋蓋體系鋼結(jié)構(gòu)方案論證及經(jīng)濟性比較，體育場屋蓋采用空間管桁架結(jié)構(gòu)，兩側(cè)看臺屋面呈中軸線對稱，每側(cè)各32榀鋼管桁架，每榀桁架通過平面內(nèi)10個不同的橢圓形軸心點以不同的角度發(fā)出的射線來定點布置，平面內(nèi)劃分出10個結(jié)構(gòu)分區(qū)，各結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)射線間夾角大小相同。

每榀管桁架均由徑向四肢和豎向三肢空間管桁架組合而成，內(nèi)側(cè)鋼管在內(nèi)折角處進行并管處理，立面上整榀鋼桁架呈倒L形(見圖2)，每榀桁架通過柱頂及柱側(cè)共3個支點與鋼筋混凝土框架柱連接，以滿足建筑功能、造型及結(jié)構(gòu)受力需要。

圖2 桁架基本尺寸及構(gòu)件布置圖

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程主體框架為不規(guī)則結(jié)構(gòu)，采用PMSAP計算結(jié)果為設(shè)計依據(jù)。屋蓋體系一共采用68榀17種不同規(guī)格空間管桁架，使屋面系統(tǒng)形成了一個不可展開的雙曲面空間體系，鋼結(jié)構(gòu)計算軟件采用同濟大學(xué)的3D3S軟件。17種不同規(guī)格的桁架，懸挑跨度為7.21 m～20.40 m，屋脊標(biāo)高為19.003～31.577，最大懸挑桁架基本尺寸及構(gòu)件布置見圖2。

構(gòu)件截面尺寸見表1。

體育場主體采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架抗震等級為二級，為保證鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的可靠連接，桁架上中下節(jié)點均采用埋入式型鋼預(yù)埋件，上節(jié)點型鋼規(guī)格為HM:582×300×12×17，中節(jié)點及下節(jié)點型鋼規(guī)格為HM:390×300×10×16，型鋼表面設(shè)栓釘抗剪，栓釘采用φ19×90豎向間距150。

表1 構(gòu)件截面尺寸

17種不同規(guī)格管桁架均采用徑向四肢空間管桁架和豎向三肢空間管桁架組合而成，徑向四肢管桁架見圖3，豎向三肢管桁架見圖4，管桁架內(nèi)管并管處節(jié)點大樣見圖5。

圖3 徑向四肢管桁架

圖4 豎向三肢管桁架

4 施工圖片

鋼管桁架施工過程進行了嚴(yán)格的監(jiān)理、驗收，施工現(xiàn)場關(guān)鍵節(jié)點施工大樣如圖6～圖8所示。圖6為柱頂節(jié)點安裝大樣，圖7為柱中節(jié)點安裝大樣，圖8為桁架內(nèi)管并管處安裝大樣。

圖5 管桁架內(nèi)管并管處節(jié)點大樣

圖6 柱頂節(jié)點安裝大樣

圖7 柱中節(jié)點安裝大樣

圖8 桁架內(nèi)管并管處安裝大樣

5 施工方案的選擇

5.1 節(jié)點焊接方法

鋼管桁架節(jié)點處腹桿、弦桿匯集，通常情況達4個～6個鋼桿件匯交，采用普通焊接工藝時，由于節(jié)點處的焊口多，殘余溫度應(yīng)力大，構(gòu)件焊接成型后變形量大，構(gòu)件后期矯正十分困難，同時由于受施焊工技能水平的影響，主桿件有效截面損傷通常較大。經(jīng)綜合比選后確定采用CO2氣體保護焊進行主要鋼結(jié)構(gòu)的焊接施工，工廠焊接加工時遵循從中間向兩端對稱跳焊和上、下弦節(jié)點交替焊接的原則，焊接施工效率大大提高，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，焊縫美觀，焊接變形小，后期容易矯正。

5.2 吊裝方法

本工程鋼管桁架最大懸挑跨度20.40 m，跨度方向總尺寸達到32 m，單榀鋼管桁架構(gòu)件長、重量大，若采用雙機抬吊法進行吊裝施工，鋼管桁架側(cè)向穩(wěn)定性差，吊裝施工前必須對桁架進行側(cè)向加固，以增加其側(cè)向穩(wěn)定性，且吊裝施工時不確定因素多，存在安全隱患，同時加固成本相對較高，經(jīng)綜合比較后吊裝方案采用平衡梁單機跨中整體吊裝法，根據(jù)可靠施工經(jīng)驗，吊裝用平衡梁的長度應(yīng)不小于鋼管桁架總跨度的1/3，使吊裝桁架多點垂直受力，避免吊裝中桁架的變形破壞和側(cè)向失穩(wěn)，大大簡化了施工工藝，平衡梁施工前應(yīng)進行專項設(shè)計計算。

5.3 施工放線

鋼管桁架支座及軸線放線定位時，應(yīng)注意其定位基準(zhǔn)的選擇?，F(xiàn)場施工吊裝時選擇以中間支座、軸線為基準(zhǔn)向兩端逐個展開，同時采用反向放線復(fù)核，規(guī)避以支座或軸線依次放線形成的積累誤差。

5.4 框架柱鋼桁架連接節(jié)點的施工

鋼筋混凝土框架柱內(nèi)縱筋、箍筋與桁架型鋼埋件施工時相互影響較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)詳細(xì)考慮，優(yōu)化設(shè)計，具體措施:

1)柱主筋在滿足間距的前提下應(yīng)該盡量的采用較大直徑的鋼筋。

2)節(jié)點處箍筋采用開口箍后焊接，內(nèi)外箍采用菱形布置。

3)提前在型鋼上有組織的開孔，滿足柱頂框架梁鋼筋在柱內(nèi)的貫通。

4)嚴(yán)格控制混凝土最大骨料直徑，不大于型鋼保護層厚度的1/3且不大于25 mm。

5)組織好混凝土澆灌與振搗，保證混凝土澆筑質(zhì)量。

6 結(jié)語

重慶市大足縣體育運動中心于2012年竣工并投入使用，竣工兩年來使用良好，期間成功舉辦多項國內(nèi)外重大體育賽事。本文通過對該工程屋蓋體系的設(shè)計理念，方案選型與比較，施工方案選擇及施工問題處理的簡單介紹，相關(guān)成果可用于工程實踐并可為類似工程項目提供借鑒。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］大足體育運動中心工程巖土工程勘察報告(一次性詳勘)［Z］.2009.

［3］GB 50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.