基于體育場館工程的鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)分析

徐執(zhí)彬

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)具有耐用性好、空間跨度大、多功能性、維護(hù)成本低等特點，而且性價比高，施工時間短，施工噪音少，同時還具備施工機(jī)械設(shè)備租賃成本低等優(yōu)點。由此可見，鋼結(jié)構(gòu)具有廣闊的應(yīng)用場景和推廣優(yōu)勢。在體育場館建設(shè)中，就需要加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)的使用，掌握相應(yīng)的技術(shù)要點。

1 工程概述

某體育場館工程規(guī)劃用地面積21 000m，占地12 000m，建筑高度為27.8m，局部位置設(shè)有地下夾層，地上共有三層。該體育場館東西寬為108.12m，南北長為190.48m。該工程主要使用Q235B 無縫鋼管作為架及鋼梁的施工材料，抗拉強(qiáng)度實測值和屈服強(qiáng)度實測值比值超過1.2，有明顯屈服臺階且伸長率不低于20%。主拱架為雙向圓弧拱，跨度為85.6m，矢高為23.0m，斷面形狀是平行四邊形。該工程鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)建較為復(fù)雜，施工范圍包含屋面拱架、拱架支撐、吊桿、中屋架、屋架、挑檐梁、挑檐環(huán)梁、檀條等。

2 工程施工難點分析

該體育場館鋼結(jié)構(gòu)工程具有重量重、體型大、結(jié)構(gòu)跨度大、安裝焊接技術(shù)難度大等特點，導(dǎo)致相應(yīng)的施工難度很大，主要體現(xiàn)在以下三方面。

（1）工程組織管理難度大。該體育場館工程規(guī)模大、工藝復(fù)雜、技術(shù)管理難度高，是建設(shè)項目管理的難點及重點，所以需要從多個維度進(jìn)行綜合考量、統(tǒng)一管理與協(xié)調(diào)配合，才能確保工程施工活動安全、有序、高效落實。否則很容易出現(xiàn)權(quán)責(zé)劃分不明確、工程活動相互沖突等問題。體育場館工程建設(shè)進(jìn)程中，鋼結(jié)構(gòu)施工還面臨著精度要求高的挑戰(zhàn)，需要對整個鋼結(jié)構(gòu)不同位置、節(jié)點等進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計與施工，相應(yīng)的操作難度大，也會影響具體的工程組織管理。另外鋼結(jié)構(gòu)的空間跨度較大，構(gòu)件長度往往會因為溫度的變化而變化，進(jìn)一步影響安裝施工精度，同時會給施工組織管理造成不小的阻礙和挑戰(zhàn)。

（2）合攏難度高。該體育場館工程的鋼結(jié)構(gòu)跨度較大，在相應(yīng)的施工過程中如何確保鋼結(jié)構(gòu)有效合攏自然成為不容忽視的問題。一方面，必須考慮鋼結(jié)構(gòu)本身的結(jié)構(gòu)特性，對其中的壓環(huán)構(gòu)件、柱腳、V 柱等進(jìn)行綜合分析，考慮不同合攏口數(shù)量之間的對接關(guān)系；另一方面，則需要考慮施工技術(shù)、溫度變化等的影響，務(wù)必在保障施工技術(shù)科學(xué)、合理的前提下根據(jù)溫度變化情況適當(dāng)調(diào)整施工方案，方能確保合攏點對接的精度。實際施工過程中，要想有效確保鋼結(jié)構(gòu)合攏精度與質(zhì)量，必然需要安排大量人力落實相應(yīng)的實驗、測算工作，工作量巨大，再加上技術(shù)要求高，相應(yīng)的施工難度并不低。

（3）拆卸難度大。體育場館工程的鋼結(jié)構(gòu)施工過程中需要設(shè)置支撐塔架對主桁架等進(jìn)行支撐，從而保障施工安全，確保施工過程中鋼結(jié)構(gòu)受力平衡，為高質(zhì)量、高效率施工提供有力支持。而在施工結(jié)束后，則需要對支撐塔架進(jìn)行拆卸。由于拆卸支撐塔架會導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)體系的受力情況發(fā)生變化，即不論是鋼結(jié)構(gòu)本身還是支撐塔架都會發(fā)生變化。這意味著如果卸載順序、卸載工藝等不合理，會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)或者支撐塔架受力變化巨大而造成安全隱患。因為體院場館工程本身規(guī)模大，鋼結(jié)構(gòu)跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相應(yīng)的拆卸難度也十分大，給施工管理造成了不小影響。

3 工程建設(shè)的施工部署

施工前做好相應(yīng)施工準(zhǔn)備與部署，為施工建造的有序、高質(zhì)、高效開展奠定根基。正式施工前，施工隊伍需要熟悉圖紙，計算工程量并進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，合理編制施工機(jī)具設(shè)備需用量計劃、工藝流程及作業(yè)指導(dǎo)書、勞動力需用量計劃等，并在此基礎(chǔ)上編制年、月、周施工進(jìn)度表以及材料、構(gòu)件、成品等需要表。后續(xù)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行安全交底和技術(shù)交底，編制臨時供水與臨時供電計劃、施工準(zhǔn)備工作計劃等，從宏觀層面進(jìn)行施工總平面布置，加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)承包與核算，并在審批后方可進(jìn)行正式施工。對施工組織架構(gòu)加以健全，明確具體的施工及管理權(quán)責(zé)，對鋼結(jié)構(gòu)安裝勞動力進(jìn)行合理規(guī)劃，確?，F(xiàn)場施工人員（包含管理人員、裝配工、電焊工、油漆工、電工、測量工、探傷、機(jī)操工、起重工以及其他人員等）各司其職。準(zhǔn)備體育場館工程鋼結(jié)構(gòu)施工所需的機(jī)械設(shè)備，對鋼結(jié)構(gòu)吊裝設(shè)備、履帶起重機(jī)、平板車、腳手架鋼管、螺旋千斤頂、CO焊機(jī)、直流焊機(jī)、交流焊機(jī)、全占儀、經(jīng)緯儀、加工廠起重設(shè)備、橋式起重機(jī)等的規(guī)格、型號、數(shù)量等加以明確，提前規(guī)劃好相應(yīng)的采購與租賃計劃。另外還需要針對鋼結(jié)構(gòu)專項施工現(xiàn)場平面布置、現(xiàn)場供水與供電、臨時設(shè)施、施工進(jìn)度計劃等進(jìn)行合理規(guī)劃，為鋼結(jié)構(gòu)施工做好全面準(zhǔn)備工作。

4 體育場館工程鋼結(jié)構(gòu)施工的技術(shù)要點

體育場館工程中鋼結(jié)構(gòu)的安裝流程為：先對土建混凝土以及柱進(jìn)行施工，之后對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行進(jìn)場拼裝，搭設(shè)承重支架，然后吊裝主桁架、縱向桁架、外挑鋼桁架，做好支撐固定，最后再完成測量與焊接方面的施工。

4.1 材料與設(shè)備準(zhǔn)備

在安裝鋼結(jié)構(gòu)前準(zhǔn)備好材料與設(shè)備，能夠為后續(xù)施工活動提供良好支持。將鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)至施工現(xiàn)場后，需要將其堆放于臨時堆場的指定位置。在各種材料與設(shè)備運(yùn)輸至現(xiàn)場后，需要對鋼構(gòu)件、材料等進(jìn)行編號，確保構(gòu)件的數(shù)量、編號等完全符合要求和標(biāo)準(zhǔn)。如果發(fā)現(xiàn)存在超過規(guī)范誤差或運(yùn)輸受損的構(gòu)件，需要及時進(jìn)行處理。加強(qiáng)對現(xiàn)場材料與設(shè)備的保存管理，以免天氣或其他因素影響材料和設(shè)備的質(zhì)量。其中彎扭構(gòu)件加工制作是構(gòu)件加工制作的重難點所在，主要體現(xiàn)在箱體的翼板與腹板分別呈現(xiàn)為彎曲和扭曲，相應(yīng)的特殊工藝要求較高，而且加工量大、精度要求高，需要確保主體焊縫、內(nèi)隔板焊縫以及牛腿焊縫為CJP 全熔透焊縫和構(gòu)件裝配與成品的空間三維測量與校核足夠精準(zhǔn)。必須嚴(yán)格按照下料、開坡口、無模成形、平臺放樣、立胎架、放下翼板、裝腹板、裝上翼板、胎下焊接、組裝牛腿、三維坐標(biāo)測量、清理轉(zhuǎn)涂裝的順序嚴(yán)格規(guī)范彎扭構(gòu)件的加工制作，并在確保加工制作質(zhì)量達(dá)標(biāo)后方可運(yùn)至施工現(xiàn)場。

4.2 支座安裝

支座作為支撐鋼桁架的基礎(chǔ)部分，在鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中需要優(yōu)先對其安裝。在安裝砼柱頂支座時，應(yīng)當(dāng)以交接軸線控制點以及標(biāo)高基準(zhǔn)點作為參考，因此實際施工時需要對制作定位軸線以及定位標(biāo)高進(jìn)行精準(zhǔn)布設(shè)，布設(shè)后加強(qiáng)檢查，確保誤差不超過允許范圍。完成砼柱頂支座安裝后，應(yīng)及時對軸線偏差、標(biāo)高偏差等進(jìn)行驗收和校正，達(dá)到驗收標(biāo)準(zhǔn)后方能進(jìn)行桁架吊裝。在進(jìn)行支座預(yù)埋板的放線處理時，應(yīng)當(dāng)利用控制網(wǎng)或控制點，于支座板上放出構(gòu)件安裝定位“十”字線，并從中心點向“十”字線方向各引測一點，保證“十”字線方向上三點在一條直線上。

4.3 地面拼裝

施工現(xiàn)場地面拼裝具有焊接容易引起體變形、多牛腿高空對接精度要求較高、分片吊裝易引起彈性變形等問題，所以地面拼裝精度要求高且難度較大。為保障地面拼裝質(zhì)量，需要根據(jù)現(xiàn)場情況編制合理拼裝與焊接工藝方案，并采取用設(shè)計合理的剛性胎架，通過兩片連拼的方式提高拼裝質(zhì)量，并在拼裝過程中加強(qiáng)測量與復(fù)核，科學(xué)進(jìn)行起吊計算并設(shè)置合理的吊點，如此現(xiàn)場地面拼裝精度才能得到充分保障，并為后續(xù)的高空吊裝奠定良好根基。

4.4 承重腳手架搭設(shè)

搭設(shè)好承重腳手架后，鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工活動方可安全、有效開展。鑒于主桁架結(jié)構(gòu)具有長度大、結(jié)構(gòu)單薄的特點，在完成吊裝后會受到自重與應(yīng)力影響并導(dǎo)致主桁架的穩(wěn)固性、安全性難以保障，應(yīng)通過搭設(shè)稱重腳手架的方式對主桁架進(jìn)行有效支撐。根據(jù)桁架吊裝要求和規(guī)劃，合理確定腳手架平面尺寸與高度，確保腳手架能夠很好地發(fā)揮承重作用。由于整個體育場館工程規(guī)模巨大，相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)跨度大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在不同區(qū)域往往需要設(shè)置平面尺寸與高度不同的腳手架，才能很好地發(fā)揮支撐作用。實際工程中應(yīng)當(dāng)對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，將整個鋼結(jié)構(gòu)劃分為多個較小的區(qū)域，并針對不同區(qū)域設(shè)計并搭設(shè)相應(yīng)的承重腳手架。而且為確保支撐腳手架足夠穩(wěn)固，避免出現(xiàn)沉降問題，在搭設(shè)承重腳手架時有必要在腳手架底部設(shè)置相應(yīng)的斜支撐體系，這樣既可以確保作用力的直接傳遞，也能防止裙房混凝土樓板直接承載而出現(xiàn)塌陷風(fēng)險。斜支撐體系的合理設(shè)置，能夠?qū)摻Y(jié)構(gòu)的荷載有效傳遞到混凝土柱，從而增強(qiáng)承重支撐的可靠性，同時方便現(xiàn)場加工與安裝，可以兼顧施工安全性、效率性的提升。在搭設(shè)承重腳手架時一定要按照相關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，其中腳手架柱肢應(yīng)當(dāng)選用D528m×12m 以及D609m×12m 的螺旋焊管。在搭設(shè)承重腳手架的水平腹桿時，應(yīng)采取十字形或者交叉體系結(jié)構(gòu)，這樣可以增強(qiáng)整個腳手架的穩(wěn)固性，以免腳手架柱身產(chǎn)生過多扭動。

4.5 桁架施工

4.5.1 主桁架吊裝

體育場館工程鋼結(jié)構(gòu)的主桁架截面尺寸較寬、較大，難以在工廠加工后運(yùn)輸至現(xiàn)場，多采取現(xiàn)場地面拼裝的方式進(jìn)行處理。為了保障地面拼裝的質(zhì)量，需要通過搭設(shè)腳手架、設(shè)置千斤頂、墊枕木的方式搭設(shè)好拼裝胎具，確保拼裝胎具擺放水平。在對主桁架進(jìn)行組拼前，需要先由監(jiān)理單位進(jìn)行驗收，達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)行焊接。嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，確保主桁架組拼質(zhì)量完全滿足施工標(biāo)準(zhǔn)。吊裝時為了減少主桁架變形情況，需要在每榀主桁架中間位置搭設(shè)承重平臺，精確標(biāo)好主桁架的拼裝位置軸線點、標(biāo)高等，并將主桁架上下弦桿的位置固定好。在完成主桁架吊裝作業(yè)后，應(yīng)及時通過枕木、千斤頂、倒鏈等對桁架位置進(jìn)行調(diào)整，確保桁架水平偏差、垂直偏差以及控制節(jié)點標(biāo)高等均符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.5.2 縱向桁架吊裝

縱向桁架的吊裝需要在吊裝每二榀主桁架后及時進(jìn)行，這樣才能確保整個桁架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性?？v向桁架吊裝可于主桁架兩端同時進(jìn)行，從而提高施工高效率?？v向桁架吊裝后需要對其水平偏差、垂直偏差等進(jìn)行檢查，以主桁架為主要參照，確保吊裝質(zhì)量完全符合要求。

4.5.3 外挑鋼桁架吊裝

外挑鋼桁架的吊裝需要于兩端同步對稱進(jìn)行，這樣才能充分保障定位精度，確保外挑桁架呈線形。實際吊裝過程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)指揮，在保障安全的前提下盡可能推動兩端對稱吊裝的同步進(jìn)行，同時在吊裝過程中對吊裝位置進(jìn)行有效調(diào)控，保障吊裝質(zhì)量。

4.6 測量控制

一是平面測量?；谠锌刂茦哆M(jìn)行復(fù)測閉合，將主軸設(shè)置于0mm 樓面上，經(jīng)測量后將激光控制點標(biāo)定出來。使用激光直儀對不同層的預(yù)留孔位進(jìn)行通穿處理，進(jìn)而確定不同施工區(qū)的點位，保障整個鋼結(jié)構(gòu)的平面水平。

二是標(biāo)高控制。以原始控制點的標(biāo)高為基礎(chǔ)，使用水準(zhǔn)儀從地下室水準(zhǔn)點位置垂直向上進(jìn)行測量，確定不同施工層的標(biāo)高點處于設(shè)計標(biāo)高。

三是桁架安裝的測量控制。初期進(jìn)行預(yù)埋件施工時，就需要對砼柱頂支座的交接軸線、標(biāo)高等進(jìn)行測量，確保相應(yīng)的誤差不超過允許范圍，如果驗收不合格不得進(jìn)入后續(xù)的鋼柱吊裝工序。在桁架安裝過程中需要先對桁架就位情況進(jìn)行控制，確?；阼旒芏ㄎ惠S線進(jìn)行引測的柱頂標(biāo)高以及定位尺寸在允許誤差范圍內(nèi)。

4.7 鋼結(jié)構(gòu)焊接

鋼結(jié)構(gòu)焊接是體育場館工程鋼結(jié)構(gòu)施工的重要工序，直接關(guān)系到整個鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和可靠性。地面鋼桁架拼裝焊接方法主要包括全位置焊接和氧焊，通?？蛇x擇手工電弧焊。實際進(jìn)行焊接施工前，需要對焊接工藝進(jìn)行評定，進(jìn)而確定合適的工藝措施以及工藝流程，并組織焊工參與相應(yīng)的培訓(xùn)與考核，確保所有進(jìn)入現(xiàn)場施焊的焊工取得合格證。選擇合適的焊接施工材料與鋪材，確保所有材料均符合質(zhì)量要求，焊條使用前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行烘干處理。在焊接作業(yè)區(qū)應(yīng)當(dāng)采取防雨、防風(fēng)措施，作業(yè)風(fēng)力超過5m/s 時嚴(yán)禁進(jìn)行施焊作業(yè)。實際施工過程中，需要綜合應(yīng)用管—管坡口對接焊、管—管T 接焊等焊接接頭方式，以整流式弧焊機(jī)作為手工電弧焊的機(jī)具。焊接時需要先進(jìn)行組對、校正和復(fù)驗，并在預(yù)留一定的焊接收縮量后進(jìn)行焊接定位處理，做好相應(yīng)的防護(hù)工作，清理干凈焊接口的殘渣，然后才可進(jìn)行焊接操作。在焊接后需要進(jìn)行熱調(diào)處理，并對焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗，確保焊接質(zhì)量完全達(dá)標(biāo)后方可。對焊接口進(jìn)行檢驗。焊接口檢驗采取外觀檢查與超聲波檢查兩種方式，確保焊接口不存在損壞情況而且焊縫質(zhì)量完全符合相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)。在對厚板進(jìn)行焊接時，很容易產(chǎn)生根部裂紋、表面裂紋、層狀撕裂，另外還可能面臨焊接效率太低、焊接應(yīng)力大而導(dǎo)致焊縫組織粗大且沖擊韌性降低等問題。實際施工過程中應(yīng)當(dāng)采取雙絲打底、三絲蓋面、設(shè)置窄向隙坡口、加強(qiáng)預(yù)熱溫度控制、設(shè)置振動消除應(yīng)力、提高材料Z 向性能、合理選擇焊接材料、完整的焊接工藝評定等措施，有效提高厚板焊接質(zhì)量。而針對Q460 高強(qiáng)鋼焊接中普遍存在的材料強(qiáng)度高、焊接性差、焊接冷裂紋敏感性強(qiáng)等問題，則需要通過提前進(jìn)行斜y試驗、熱影響區(qū)硬度試驗、插銷實驗、再熱裂紋敏感性試驗等進(jìn)行焊接仿真試驗，提前對施工過程中可能出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行事先分析與控制，同時做好全面焊接工藝評定，盡量減少施工問題。通過焊接仿真分析對復(fù)雜節(jié)點焊接變形以及焊接收縮余量進(jìn)行預(yù)測，同時對焊接工藝參數(shù)的影響、焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行評估，能夠為具體的焊接施工提供科學(xué)指導(dǎo)。另外實際施工過程中應(yīng)當(dāng)采取窄間隙工藝、順序焊接、多層多道焊接、遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱、局部錘擊、局部超聲波沖擊等措施，有效消減焊接殘余應(yīng)力。

5 結(jié)語

綜上所述，體育場館工程鋼結(jié)構(gòu)施工難度較大，應(yīng)在施工過程中嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范及工藝流程進(jìn)行操作，同時需要加強(qiáng)施工管理和監(jiān)督，這是確保鋼結(jié)構(gòu)施工安全性和可靠性的前提條件。在體育場館工程數(shù)量增多、規(guī)模增大的當(dāng)下，全面加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)專項工程施工管理必要且緊迫，需要根據(jù)工程實際情況合理制定施工規(guī)劃，運(yùn)用科學(xué)的施工技術(shù)推動施工質(zhì)量切實提升，確保其高標(biāo)準(zhǔn)交付，推動體育場鋼結(jié)構(gòu)工程邁上高質(zhì)量發(fā)展的新臺階。