大型體育場鋼結構工程的施工與管理

高曉乾

隨著國民經濟的發展及全民健身運動的大力推廣,大型體育場館的建設規模也越來越大。本文以山西體育場鋼結構工程的施工為例,重點介紹了大型體育場鋼結構工程的施工與管理。

1 工程概況

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

主體育場的頂部為鋼結構罩棚,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構上,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射狀分布。主桁架由外環支撐點和內環支撐點支撐,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,每榀桁架內支座間距約26 m。主桁架之間由三道環形桁架、兩道次桁架及一道邊桁架相互連接,外立面上桁架之間設置鋼管網格結構。

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 施工技術與管理

3.1 施工總體思路

1)分區施工、流水作業,先主后次、內外進行。罩棚鋼結構系統呈圓弧形,且總體沿 X軸、Y軸對稱。根據這一結構特點,結合現場情況,從體育場南側?軸線開始,每8榀主桁架連同主桁架之間的環桁架、次桁架及其他構件作為一個施工區域,將鋼結構劃分為四大施工區域,由一區開始沿逆時針方向進行鋼結構的安裝,流水作業。各個區域流水施工時,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→外環桁架→主桁架頂面懸挑段→環桁架、次桁架、邊桁架→立面網格、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、穩步成型。考慮到罩棚鋼結構的結構形式及各構件之間的節點構造,桁架結構均廠內加工,散件出廠,現場就近搭設拼裝胎架,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,頂面懸挑段場內吊裝;環桁架與次桁架整榀進行吊裝。

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

3.2 支撐塔架設置技術

結合罩棚鋼結構的結構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點處,并同時支承主桁架的上弦。支撐塔架采用格構式支撐塔架,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破壞,支撐塔架下方設置H型鋼轉換梁,轉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構。

3.3 罩棚鋼結構安裝技術

根據該罩棚鋼結構的結構形式等具體情況,采取了如下安裝技術:1)采用大型吊機進行吊裝,大型吊機布置在體育場內圈和外圈,沿體育場內圈、外圈環向行走,逐區進行吊裝作業。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,不再另外單獨設置支撐塔架。同時,為保證V形支撐斜柱安裝過程中的穩定性,V形支撐柱下方增設豎向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,吊點均設置在主桁架主弦桿的節點上,吊點位置不再另外設置吊耳,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,上弦拉設側向穩定風繩,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計值不一致,在制作支撐塔架頂部的管托時需預留一定的高度,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計要求。4)環桁架采用四點吊裝,次桁架采用兩點吊裝。由于環桁架、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

結合支撐塔架的布置情況和模擬計算結果,按分批、分級、同步卸載原則循環進行罩棚鋼結構支撐塔架的卸載,先內圈,后外圈,內外交替進行,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,然后根據每次預定的卸載量,抽掉相應厚度的墊板。千斤頂統一下降,開始卸載。千斤頂下降到預定位置后,開始另一批支撐塔架的卸載工作。循環反復,直至卸載完畢。

3.5 施工管理

根據該工程的經驗,鋼結構施工時,管理上應注意如下幾點:

1)加強弧形構件的弧度檢查,確保現場弧形桁架的拼裝與安裝質量。弧形構件加工時,應采取模板控制、二次檢查及廠內預拼裝相結合的原則進行弧形構件的弧度控制。2)加強各專業之間的協調,并提前進行溝通,確保總體工程施工安全、質量及進度。各專業之間必須加強溝通和協調,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。應根據罩棚鋼結構的結構形式、下部混凝土結構的平面布置情況,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,結合現場實際情況和資源情況,設計合理的支撐塔架結構形式。4)加強卸載過程中的監控,并采取有效的技術措施,確保卸載過程安全、平穩。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的行程,如變形量超出千斤頂的最大行程,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。

4 結語

隨著建筑理念的更新及經濟、文化的飛速發展,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構工程來說,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構施工技術的介紹,為同類大型體育場鋼結構工程的施工與管理提供參考依據。

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