大型體育場(chǎng)館管桁架施工技術(shù)研究

張啟涵 王紅娟 王巖松

摘 要 本文以唐山市新體育中心項(xiàng)目為依托，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，分析了正三角管桁架施工的重難點(diǎn)，管桁架施工工藝安排，支撐胎架的設(shè)置與卸載，鋼結(jié)構(gòu)拼裝的質(zhì)量控制等，為其他同類或類似的工程施工提供借鑒和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 大型場(chǎng)館;管桁架;有限元分析;施工技術(shù)

1工程概況

唐山新體育中心項(xiàng)目位于唐山南湖世園會(huì)D1門區(qū)東側(cè)，政通路兩側(cè)，新岳道以南，衛(wèi)國(guó)南路以西。占地面積103415.30m2，建筑面積約68925m2，其中地上建筑面積48557m2，體育場(chǎng)看臺(tái)35006座，建筑等級(jí)定位為國(guó)家建筑乙級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，滿足承辦地區(qū)性和全國(guó)單項(xiàng)比賽要求。

體育場(chǎng)的屋面造型為一個(gè)光滑的馬鞍形，平面為圓形造型，直徑240m。結(jié)構(gòu)體系為鋼筋砼框架-剪力墻+懸挑三管桁架，基礎(chǔ)類型為筏板基礎(chǔ)。屋蓋雨篷采用懸挑三管鋼桁架結(jié)構(gòu)，屋蓋單榀懸挑桁架能夠獨(dú)立承擔(dān)屋蓋的豎向荷載和水平荷載，單榀桁架通過(guò)環(huán)桁架、屋面環(huán)梁和立面環(huán)梁將獨(dú)立成品的單榀桁架連接成一個(gè)協(xié)同工作的空間受力體系;屋蓋最高標(biāo)高為43.28m，屋蓋東西看臺(tái)最大懸挑長(zhǎng)度42m，屋蓋南北看臺(tái)最大懸挑長(zhǎng)度27m。體育場(chǎng)的懸挑桁架根部支撐分叉柱落在在下部的混凝土V形柱柱頂，立面幕墻的側(cè)向支撐桿件支撐在混凝土V形柱的外側(cè)面，鋼結(jié)構(gòu)柱與下部混凝土的形成一個(gè)完整的受力整體，為上部屋蓋鋼結(jié)構(gòu)提供足夠的支撐剛度和抗傾覆力矩[1]。

2施工的重難點(diǎn)分析

2.1 受限場(chǎng)地內(nèi)大體量管桁架吊裝作業(yè)難度大

本工程鋼屋蓋結(jié)構(gòu)形式為正三角管桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)投影長(zhǎng)度240m，寬度230m，桁架最大懸挑為42m，結(jié)構(gòu)頂部標(biāo)高為42.98m，鋼屋蓋鋼材總用量3873噸;屋面管桁架與砼柱采用抗震支座相連，共計(jì)68套。

罩棚結(jié)構(gòu)平面投影分布廣，平面、垂直運(yùn)輸協(xié)調(diào)難度大。現(xiàn)有道路基礎(chǔ)無(wú)法直接行走機(jī)械，場(chǎng)地地基條件復(fù)雜，處理難度大。機(jī)械行走路線的選擇，起重范圍須覆蓋整個(gè)吊裝區(qū)域，起重性能滿足構(gòu)件單重，這是路線選擇的重點(diǎn)。確保起重設(shè)備安全運(yùn)行、吊裝，根據(jù)選定的路線采用換填法針對(duì)不同地基承載力的區(qū)域進(jìn)行處理是工程難點(diǎn)。

2.2 雙曲管桁架相貫線節(jié)點(diǎn)加工難度大

本工程屋蓋管桁架相連合攏均采用圓管相慣連接，主、環(huán)桁架、屋面支撐處節(jié)點(diǎn)由6根以上桿件匯集于一處相慣連接，上下弦桿均呈拱形曲面，彎管過(guò)程角度精準(zhǔn)控制難度大。

管桁架相貫線焊接位置多，焊縫樣式各異，焊縫等級(jí)要求高?，F(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)條件差，高空焊接平臺(tái)搭設(shè)、安全防護(hù)措施設(shè)置難度大，對(duì)焊工操作、焊縫成形質(zhì)量影響大[2]。

2.3 結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中變形控制

安裝支撐胎架卸載是對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力的重新分配，實(shí)際操作過(guò)程中，須防止支撐卸載速度過(guò)快，造成結(jié)構(gòu)瞬時(shí)應(yīng)力過(guò)大，超出結(jié)構(gòu)承受范圍。結(jié)構(gòu)支撐胎架卸載時(shí)，各個(gè)位置結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力分布情況、應(yīng)力大小的模擬計(jì)算，卸載分級(jí)的制定，以及卸載各級(jí)別所占比例的確定，是指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作的重點(diǎn)。

3施工技術(shù)研究

3.1 受限場(chǎng)地大體量管桁架施工平面布置研究

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工場(chǎng)地條件，外環(huán)場(chǎng)道路為主要施工干道，因大型吊裝機(jī)械無(wú)法長(zhǎng)期占道、場(chǎng)外安裝半徑大、北區(qū)人防地庫(kù)區(qū)域頂部無(wú)法承載大型機(jī)械行走及站位等因數(shù)，因此選用大型履帶吊進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)吊裝。

為有效降低材料二次倒運(yùn)工作，體育場(chǎng)內(nèi)場(chǎng)布設(shè)4處管桁架拼裝場(chǎng)地，內(nèi)環(huán)場(chǎng)修繕14米寬大型機(jī)械行走道路。

將本工程分為9個(gè)安裝區(qū)，總體安裝順序?yàn)?區(qū)到9區(qū)（順時(shí)針?lè)较颍?，其?、5兩個(gè)區(qū)共計(jì)14榀主桁架由180噸履帶吊52米主臂工況安裝，其余各區(qū)由400噸履帶42米主臂+51米副臂工況安裝，其中3、8區(qū)為超起工況安裝。

3.2 匯集節(jié)點(diǎn)鑄鋼件一次成型工藝研究

本工程屋蓋管桁架相連合攏均采用圓管相慣連接，主、環(huán)桁架、屋面支撐處節(jié)點(diǎn)由6根以上桿件匯集于一處相慣連接，對(duì)接過(guò)程中無(wú)法滿足焊縫質(zhì)量要求。利用鑄鋼件節(jié)點(diǎn)，采用一次性澆鑄節(jié)點(diǎn)。

匯集節(jié)點(diǎn)慣口密集，組裝過(guò)程中焊接夾角過(guò)小，焊接死角多，采用鑄鋼件一次性澆筑成型可有效保證該節(jié)點(diǎn)整體性。

匯集節(jié)點(diǎn)焊接填充量大，容易產(chǎn)生焊接變形，從而導(dǎo)致各對(duì)接端口發(fā)生錯(cuò)口錯(cuò)邊現(xiàn)象，采用鑄鋼件一次性澆筑成型可有效避免接口錯(cuò)邊現(xiàn)象。

匯集節(jié)點(diǎn)內(nèi)夾角銳角過(guò)小，防腐除銹難以作業(yè)，采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)澆筑時(shí)R型過(guò)渡內(nèi)夾角，可加大防腐除銹操作空間。

3.3 管桁架施工胎架變形控制研究

本工程屋面主桁架共計(jì)68榀，最大懸挑距離41米，最小懸挑距離26米，懸挑端最大高度為32米，最低25米。需采用格構(gòu)式臨時(shí)支撐架，其中四根主受力柱采用的H型鋼HW150×150×7×10，橫桿采用HW150×150×7×10，斜綴條采用的是角鋼L75×5，底部與筏板層支撐架預(yù)埋件焊接相連，頂部拉設(shè)4道纜風(fēng)繩進(jìn)行固定。

采用同濟(jì)大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件3D3Sv14.0進(jìn)行吊裝分析，桿件采用梁?jiǎn)卧M，結(jié)構(gòu)吊點(diǎn)位置與支撐塔架位置相同，吊裝荷載工況為鋼結(jié)構(gòu)自重，并考慮1.5倍的動(dòng)力系數(shù)。

根據(jù)計(jì)算分析模型，進(jìn)行規(guī)范檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)能夠滿足承載力計(jì)算要求，應(yīng)力比最大值為0.33。

一榀主桁架在施工荷載下的最大豎向位移25mm，符合相關(guān)要求。

結(jié)構(gòu)整體安裝、焊接完畢后，從東西看臺(tái)中部變形預(yù)計(jì)最大的部位對(duì)稱向南北看臺(tái)方向依次卸載，進(jìn)行鋼桁架的卸載分析。東、西看臺(tái)屋面主桁架中心最大豎向位移為-19.8mm，符合相關(guān)要求。

4結(jié)束語(yǔ)

本研究?jī)?nèi)容，通過(guò)唐山新體育館項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)用，取得了良好的質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效果。

本研究著重分析了受限場(chǎng)地內(nèi)大型體育場(chǎng)館大體量管桁架吊裝施工平面安排，匯集節(jié)點(diǎn)鑄鋼件一次成型工藝的應(yīng)用以及管桁架施工胎架變形控制研究，為后續(xù)類似工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱易舉，蔣官業(yè)，劉藝，等.復(fù)雜空間管桁架結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)拼裝及吊裝施工技術(shù)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2010（12）：66-69.

[2] 胡章貴.大型體育館鋼結(jié)構(gòu)管桁架施工技術(shù)[J].城市住宅，2019，26（2）：108-110.