鋼結(jié)構(gòu)大跨度設(shè)計(jì)與施工

梁衛(wèi)祖

摘 要：在新時(shí)代的背景之下，對(duì)于結(jié)構(gòu)物的大跨徑的施工方式也越來越多，下面我們就具體的工程實(shí)例作為模本，來討論鋼結(jié)構(gòu)大跨度的設(shè)計(jì)和施工方案選擇。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；大跨度；抗震

1 工程概況

工程建設(shè)地點(diǎn)為江門市體育中心位于江門濱江新城啟動(dòng)區(qū)，新南路與天沙河路的交匯處，用地面積 40 公頃。由體育場(chǎng)、游泳館、體育會(huì)展中心等組成。其中體育場(chǎng)為甲級(jí)中型體育場(chǎng)，座席25518 個(gè)，建筑面積 46910m2，體育場(chǎng)西看臺(tái)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)頂高度為 53.924m，最大跨度（理論跨度）為 264.44m。

根據(jù)野外鉆探揭露情況，該場(chǎng)地自上而下分別為人工填土層 Q4ml、海陸交互相沉積層Q4mc、沖積-洪積砂層 Q4al及基巖：

1.1 人工填土層（Q4ml）

場(chǎng)地內(nèi)人工填土層主要為素填土，局部為雜填土，顏色主要為灰褐色、紅褐色、灰色等，素填土的組成物主要為人工堆填的粉質(zhì)粘土、碎塊石及少量砂土等，雜填土則含有磚塊、砼塊等建筑垃圾，大部分呈松散、欠壓實(shí)狀，局部壓實(shí)。部分鉆孔表層土為耕植土。本層在陸地鉆孔中分布廣泛，直接出露于地表，本次勘察在 83 個(gè)孔中均有揭露。揭露地層層頂標(biāo)高為-0.19～4.55m，頂面埋深為 0.00m，厚度為 0.70～4.20m，平均厚度 2.26m。實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù) N=2～9 擊，實(shí)測(cè)平均 6.8 擊。

1.2 海陸交互相沉積層（Q4mc）

淤泥層：呈深灰～灰黑色，局部地段含少量粉細(xì)砂，很濕，流塑狀，含有腐殖質(zhì)，有臭味，局部夾薄層淤泥質(zhì)土。含少量有機(jī)質(zhì)。本層分布廣泛，本次勘察在 187 個(gè)鉆孔有揭露，層頂標(biāo)高為-2.84～3.17m，頂面埋深為 0.00～4.20m，厚度為 1.00～20.50m，平均厚度 7.02m。實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù) N=1～3 擊，實(shí)測(cè)平均 1.9 擊。

2 大跨度設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

根據(jù)建筑功能特點(diǎn)，本工程下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式，一般可以滿足豎向承載能力和水平承載能力的要求；上部大跨度結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)的形式，鋼屋蓋主要承受豎向荷載和風(fēng)荷載。體育場(chǎng)西看臺(tái)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)由拱桁架、桁架梁以及由拱架向兩側(cè)懸挑的飄蓬組成。拱桁架橫截面為倒三角形，兩端拱腳支撐于地面，拱腳之間理論跨度約 260m（包含了混凝土支座的尺度），拱頂至地面矢高 50m，拱架平面與水平面夾角 47 度，拱頂向場(chǎng)外傾斜，通過設(shè)置拱支撐桿支承于屋面桁架梁上，拱桁架由圓鋼管構(gòu)成。

屋蓋桁架梁一端與下部混凝土外側(cè)邊緣柱子鉸接，另一端與拱架下弦鋼管鉸接。屋蓋桁架梁為壓彎構(gòu)件，采用倒三角形空間管桁架形式。為保證屋蓋的整體剛度在桁架梁中間設(shè)置斜撐桿，并在跨中和端部設(shè)置穩(wěn)定桁架。

3 大跨徑結(jié)構(gòu)抗震要求

為保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全，本工程的抗震性能目標(biāo)選定為 B，各地震水準(zhǔn)下的抗震性能水準(zhǔn)要求及實(shí)現(xiàn)抗震性能目標(biāo)的具體要求如下所示：

3.1 在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力要求達(dá)到結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)，即構(gòu)件完好、無(wú)損壞，按常規(guī)設(shè)計(jì)，滿足彈性設(shè)計(jì)要求。當(dāng)然，也要滿足非地震組合作用下的各種性能要求。

3.2 在設(shè)防烈度地震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力要求達(dá)到結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)，即構(gòu)件基本完成好、輕微損壞。關(guān)鍵構(gòu)件及普通豎向構(gòu)件的抗震承載力宜符合《高規(guī)》（1）的規(guī)定；耗能構(gòu)件的受剪承載力宜符合《高規(guī)》（1）的規(guī)定，其正截面承載力應(yīng)符合《高規(guī)》（2）的規(guī)定。在本工程中，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力按《高規(guī)》（2）式進(jìn)行復(fù)核，即構(gòu)件承載力按不計(jì)入風(fēng)荷載效應(yīng)的地震作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值復(fù)核。地震作用設(shè)計(jì)參數(shù)按規(guī)范采用。

豎向荷載作用下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為 γ=1.1，Q345材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f=310MPa，即構(gòu)件應(yīng)力只要小于 310/1.1 =281.8Mpa 就能滿足規(guī)范要求。分析結(jié)果顯示，所有構(gòu)件的強(qiáng)度滿足規(guī)范關(guān)于強(qiáng)度的要求，極少數(shù)構(gòu)件如屋面桁架梁與桁架拱以及混凝土看臺(tái)柱連接部位的桁架弦桿應(yīng)力較大。

4 大跨徑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)簡(jiǎn)析

對(duì)于大跨徑的鋼結(jié)構(gòu)在施工中的方案不能完全的依照普通的鋼結(jié)構(gòu)施工要求進(jìn)行，相關(guān)的細(xì)部施工有特別的施工要求。就以大跨徑構(gòu)件的吊裝和安放作為實(shí)例進(jìn)行介紹。

根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告提供的數(shù)據(jù)對(duì)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)荷載作用下的分析，風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告提供了7 個(gè)較不利風(fēng)向下結(jié)構(gòu)等效靜風(fēng)荷載，體育場(chǎng)西看臺(tái)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的最大位移為 w=141.5mm，可見風(fēng)荷載對(duì)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的影響是比較大的。所有構(gòu)件的強(qiáng)度滿足規(guī)范承載力要求，也必須使用大跨徑的構(gòu)件。

對(duì)于大跨度構(gòu)件的制作前要考慮到構(gòu)件因尺寸較大，擺放的地點(diǎn)受到限制，所以選好安放地址十分的重要，同時(shí)要考慮到后期的吊裝方便，大型機(jī)械車輛進(jìn)場(chǎng)的方便。立體桁架由兩片平面桁架中間用上下水平支撐連為一體。制作時(shí)制定了切實(shí)可行的工藝措施，以保證施工過程的順利進(jìn)行和制造質(zhì)量符合要求。在H 型鋼的坡口加工、整體組裝和焊接方面要加強(qiáng)質(zhì)量控制。

對(duì)于材料的焊接是一項(xiàng)較為困難的任務(wù)。首先要檢測(cè)焊接設(shè)備是否處于安全可工作的狀態(tài)，儀表的鑒定是否都在使用的時(shí)間區(qū)間中。合理的安排有焊接上崗證的技師根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行作業(yè)。焊條采用專人進(jìn)行烘焙和發(fā)放，焊接完成后對(duì)每條焊縫做好相應(yīng)原始記錄（內(nèi)容包括焊縫位置、編號(hào)、施焊時(shí)間人員等），確保主結(jié)構(gòu)的焊縫質(zhì)量。結(jié)構(gòu)變形和焊接應(yīng)力控制，測(cè)量監(jiān)控。焊接質(zhì)量檢查包括外觀和無(wú)損檢測(cè)，外觀檢查。監(jiān)理全程見證，并及時(shí)通知第三方檢測(cè)對(duì)于板厚較大的鋼柱采用防止層狀撕裂的焊接構(gòu)造形式，同時(shí)在焊接過程中注意焊接預(yù)熱和焊后保溫，進(jìn)而滿足焊縫后熱處理的要求，確保大跨度施工技術(shù)的質(zhì)量保證。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》中第五章“超限大跨空間結(jié)構(gòu)的審查”的相關(guān)規(guī)定，“應(yīng)進(jìn)行施工安裝過程中的內(nèi)力分析。地震作用及使用階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力組合，應(yīng)以施工全過程完成后的靜載內(nèi)力為初始狀態(tài)”。參照類似項(xiàng)目的施工組織設(shè)計(jì)，本工程采用計(jì)算功能對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步的分析。

本工程跨度較大，經(jīng)過上述計(jì)算分析可見，整體結(jié)構(gòu)在豎向荷載、風(fēng)荷載、溫度作用以地震作用下都能滿足承載力和剛度的要求。預(yù)估性能目標(biāo)與實(shí)際達(dá)到的性能目標(biāo)如下表所示。

在重力荷載下考慮幾何非線性和材料非線性的穩(wěn)定分析能滿足規(guī)范的要求；經(jīng)過施工模擬分析驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)在施工安裝過程中的安全性；通過考慮不同拱腳支座剛度及支座沉降對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響，為保障結(jié)構(gòu)整體安全對(duì)拱腳混凝土支座剛度提出設(shè)計(jì)要求；并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重力荷載下的抗連續(xù)倒塌分析，結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)在某些關(guān)鍵構(gòu)件失效后具有足夠的抗連續(xù)倒塌的能力。

綜上，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系能夠滿足相應(yīng)規(guī)范的要求，在采取必要的結(jié)構(gòu)措施后，可以保證整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001）.

[2] 《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50153-2008）.

[3] 《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-2008）.

[4] 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）.

[5] 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）.

摘 要：在新時(shí)代的背景之下，對(duì)于結(jié)構(gòu)物的大跨徑的施工方式也越來越多，下面我們就具體的工程實(shí)例作為模本，來討論鋼結(jié)構(gòu)大跨度的設(shè)計(jì)和施工方案選擇。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；大跨度；抗震

1 工程概況

工程建設(shè)地點(diǎn)為江門市體育中心位于江門濱江新城啟動(dòng)區(qū)，新南路與天沙河路的交匯處，用地面積 40 公頃。由體育場(chǎng)、游泳館、體育會(huì)展中心等組成。其中體育場(chǎng)為甲級(jí)中型體育場(chǎng)，座席25518 個(gè)，建筑面積 46910m2，體育場(chǎng)西看臺(tái)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)頂高度為 53.924m，最大跨度（理論跨度）為 264.44m。

根據(jù)野外鉆探揭露情況，該場(chǎng)地自上而下分別為人工填土層 Q4ml、海陸交互相沉積層Q4mc、沖積-洪積砂層 Q4al及基巖：

1.1 人工填土層（Q4ml）

場(chǎng)地內(nèi)人工填土層主要為素填土，局部為雜填土，顏色主要為灰褐色、紅褐色、灰色等，素填土的組成物主要為人工堆填的粉質(zhì)粘土、碎塊石及少量砂土等，雜填土則含有磚塊、砼塊等建筑垃圾，大部分呈松散、欠壓實(shí)狀，局部壓實(shí)。部分鉆孔表層土為耕植土。本層在陸地鉆孔中分布廣泛，直接出露于地表，本次勘察在 83 個(gè)孔中均有揭露。揭露地層層頂標(biāo)高為-0.19～4.55m，頂面埋深為 0.00m，厚度為 0.70～4.20m，平均厚度 2.26m。實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù) N=2～9 擊，實(shí)測(cè)平均 6.8 擊。

1.2 海陸交互相沉積層（Q4mc）

淤泥層：呈深灰～灰黑色，局部地段含少量粉細(xì)砂，很濕，流塑狀，含有腐殖質(zhì)，有臭味，局部夾薄層淤泥質(zhì)土。含少量有機(jī)質(zhì)。本層分布廣泛，本次勘察在 187 個(gè)鉆孔有揭露，層頂標(biāo)高為-2.84～3.17m，頂面埋深為 0.00～4.20m，厚度為 1.00～20.50m，平均厚度 7.02m。實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù) N=1～3 擊，實(shí)測(cè)平均 1.9 擊。

2 大跨度設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

根據(jù)建筑功能特點(diǎn)，本工程下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式，一般可以滿足豎向承載能力和水平承載能力的要求；上部大跨度結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)的形式，鋼屋蓋主要承受豎向荷載和風(fēng)荷載。體育場(chǎng)西看臺(tái)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)由拱桁架、桁架梁以及由拱架向兩側(cè)懸挑的飄蓬組成。拱桁架橫截面為倒三角形，兩端拱腳支撐于地面，拱腳之間理論跨度約 260m（包含了混凝土支座的尺度），拱頂至地面矢高 50m，拱架平面與水平面夾角 47 度，拱頂向場(chǎng)外傾斜，通過設(shè)置拱支撐桿支承于屋面桁架梁上，拱桁架由圓鋼管構(gòu)成。

屋蓋桁架梁一端與下部混凝土外側(cè)邊緣柱子鉸接，另一端與拱架下弦鋼管鉸接。屋蓋桁架梁為壓彎構(gòu)件，采用倒三角形空間管桁架形式。為保證屋蓋的整體剛度在桁架梁中間設(shè)置斜撐桿，并在跨中和端部設(shè)置穩(wěn)定桁架。

3 大跨徑結(jié)構(gòu)抗震要求

為保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全，本工程的抗震性能目標(biāo)選定為 B，各地震水準(zhǔn)下的抗震性能水準(zhǔn)要求及實(shí)現(xiàn)抗震性能目標(biāo)的具體要求如下所示：

3.1 在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力要求達(dá)到結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)，即構(gòu)件完好、無(wú)損壞，按常規(guī)設(shè)計(jì)，滿足彈性設(shè)計(jì)要求。當(dāng)然，也要滿足非地震組合作用下的各種性能要求。

3.2 在設(shè)防烈度地震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力要求達(dá)到結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)，即構(gòu)件基本完成好、輕微損壞。關(guān)鍵構(gòu)件及普通豎向構(gòu)件的抗震承載力宜符合《高規(guī)》（1）的規(guī)定；耗能構(gòu)件的受剪承載力宜符合《高規(guī)》（1）的規(guī)定，其正截面承載力應(yīng)符合《高規(guī)》（2）的規(guī)定。在本工程中，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力按《高規(guī)》（2）式進(jìn)行復(fù)核，即構(gòu)件承載力按不計(jì)入風(fēng)荷載效應(yīng)的地震作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值復(fù)核。地震作用設(shè)計(jì)參數(shù)按規(guī)范采用。

豎向荷載作用下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為 γ=1.1，Q345材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f=310MPa，即構(gòu)件應(yīng)力只要小于 310/1.1 =281.8Mpa 就能滿足規(guī)范要求。分析結(jié)果顯示，所有構(gòu)件的強(qiáng)度滿足規(guī)范關(guān)于強(qiáng)度的要求，極少數(shù)構(gòu)件如屋面桁架梁與桁架拱以及混凝土看臺(tái)柱連接部位的桁架弦桿應(yīng)力較大。

4 大跨徑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)簡(jiǎn)析

對(duì)于大跨徑的鋼結(jié)構(gòu)在施工中的方案不能完全的依照普通的鋼結(jié)構(gòu)施工要求進(jìn)行，相關(guān)的細(xì)部施工有特別的施工要求。就以大跨徑構(gòu)件的吊裝和安放作為實(shí)例進(jìn)行介紹。

根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告提供的數(shù)據(jù)對(duì)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)荷載作用下的分析，風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告提供了7 個(gè)較不利風(fēng)向下結(jié)構(gòu)等效靜風(fēng)荷載，體育場(chǎng)西看臺(tái)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的最大位移為 w=141.5mm，可見風(fēng)荷載對(duì)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的影響是比較大的。所有構(gòu)件的強(qiáng)度滿足規(guī)范承載力要求，也必須使用大跨徑的構(gòu)件。

對(duì)于大跨度構(gòu)件的制作前要考慮到構(gòu)件因尺寸較大，擺放的地點(diǎn)受到限制，所以選好安放地址十分的重要，同時(shí)要考慮到后期的吊裝方便，大型機(jī)械車輛進(jìn)場(chǎng)的方便。立體桁架由兩片平面桁架中間用上下水平支撐連為一體。制作時(shí)制定了切實(shí)可行的工藝措施，以保證施工過程的順利進(jìn)行和制造質(zhì)量符合要求。在H 型鋼的坡口加工、整體組裝和焊接方面要加強(qiáng)質(zhì)量控制。

對(duì)于材料的焊接是一項(xiàng)較為困難的任務(wù)。首先要檢測(cè)焊接設(shè)備是否處于安全可工作的狀態(tài)，儀表的鑒定是否都在使用的時(shí)間區(qū)間中。合理的安排有焊接上崗證的技師根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行作業(yè)。焊條采用專人進(jìn)行烘焙和發(fā)放，焊接完成后對(duì)每條焊縫做好相應(yīng)原始記錄（內(nèi)容包括焊縫位置、編號(hào)、施焊時(shí)間人員等），確保主結(jié)構(gòu)的焊縫質(zhì)量。結(jié)構(gòu)變形和焊接應(yīng)力控制，測(cè)量監(jiān)控。焊接質(zhì)量檢查包括外觀和無(wú)損檢測(cè)，外觀檢查。監(jiān)理全程見證，并及時(shí)通知第三方檢測(cè)對(duì)于板厚較大的鋼柱采用防止層狀撕裂的焊接構(gòu)造形式，同時(shí)在焊接過程中注意焊接預(yù)熱和焊后保溫，進(jìn)而滿足焊縫后熱處理的要求，確保大跨度施工技術(shù)的質(zhì)量保證。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》中第五章“超限大跨空間結(jié)構(gòu)的審查”的相關(guān)規(guī)定，“應(yīng)進(jìn)行施工安裝過程中的內(nèi)力分析。地震作用及使用階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力組合，應(yīng)以施工全過程完成后的靜載內(nèi)力為初始狀態(tài)”。參照類似項(xiàng)目的施工組織設(shè)計(jì)，本工程采用計(jì)算功能對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步的分析。

本工程跨度較大，經(jīng)過上述計(jì)算分析可見，整體結(jié)構(gòu)在豎向荷載、風(fēng)荷載、溫度作用以地震作用下都能滿足承載力和剛度的要求。預(yù)估性能目標(biāo)與實(shí)際達(dá)到的性能目標(biāo)如下表所示。

在重力荷載下考慮幾何非線性和材料非線性的穩(wěn)定分析能滿足規(guī)范的要求；經(jīng)過施工模擬分析驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)在施工安裝過程中的安全性；通過考慮不同拱腳支座剛度及支座沉降對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響，為保障結(jié)構(gòu)整體安全對(duì)拱腳混凝土支座剛度提出設(shè)計(jì)要求；并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重力荷載下的抗連續(xù)倒塌分析，結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)在某些關(guān)鍵構(gòu)件失效后具有足夠的抗連續(xù)倒塌的能力。

綜上，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系能夠滿足相應(yīng)規(guī)范的要求，在采取必要的結(jié)構(gòu)措施后，可以保證整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001）.

[2] 《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50153-2008）.

[3] 《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-2008）.

[4] 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）.

[5] 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）.

摘 要：在新時(shí)代的背景之下，對(duì)于結(jié)構(gòu)物的大跨徑的施工方式也越來越多，下面我們就具體的工程實(shí)例作為模本，來討論鋼結(jié)構(gòu)大跨度的設(shè)計(jì)和施工方案選擇。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；大跨度；抗震

1 工程概況

工程建設(shè)地點(diǎn)為江門市體育中心位于江門濱江新城啟動(dòng)區(qū)，新南路與天沙河路的交匯處，用地面積 40 公頃。由體育場(chǎng)、游泳館、體育會(huì)展中心等組成。其中體育場(chǎng)為甲級(jí)中型體育場(chǎng)，座席25518 個(gè)，建筑面積 46910m2，體育場(chǎng)西看臺(tái)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)頂高度為 53.924m，最大跨度（理論跨度）為 264.44m。

根據(jù)野外鉆探揭露情況，該場(chǎng)地自上而下分別為人工填土層 Q4ml、海陸交互相沉積層Q4mc、沖積-洪積砂層 Q4al及基巖：

1.1 人工填土層（Q4ml）

場(chǎng)地內(nèi)人工填土層主要為素填土，局部為雜填土，顏色主要為灰褐色、紅褐色、灰色等，素填土的組成物主要為人工堆填的粉質(zhì)粘土、碎塊石及少量砂土等，雜填土則含有磚塊、砼塊等建筑垃圾，大部分呈松散、欠壓實(shí)狀，局部壓實(shí)。部分鉆孔表層土為耕植土。本層在陸地鉆孔中分布廣泛，直接出露于地表，本次勘察在 83 個(gè)孔中均有揭露。揭露地層層頂標(biāo)高為-0.19～4.55m，頂面埋深為 0.00m，厚度為 0.70～4.20m，平均厚度 2.26m。實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù) N=2～9 擊，實(shí)測(cè)平均 6.8 擊。

1.2 海陸交互相沉積層（Q4mc）

淤泥層：呈深灰～灰黑色，局部地段含少量粉細(xì)砂，很濕，流塑狀，含有腐殖質(zhì)，有臭味，局部夾薄層淤泥質(zhì)土。含少量有機(jī)質(zhì)。本層分布廣泛，本次勘察在 187 個(gè)鉆孔有揭露，層頂標(biāo)高為-2.84～3.17m，頂面埋深為 0.00～4.20m，厚度為 1.00～20.50m，平均厚度 7.02m。實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù) N=1～3 擊，實(shí)測(cè)平均 1.9 擊。

2 大跨度設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

根據(jù)建筑功能特點(diǎn)，本工程下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式，一般可以滿足豎向承載能力和水平承載能力的要求；上部大跨度結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)的形式，鋼屋蓋主要承受豎向荷載和風(fēng)荷載。體育場(chǎng)西看臺(tái)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)由拱桁架、桁架梁以及由拱架向兩側(cè)懸挑的飄蓬組成。拱桁架橫截面為倒三角形，兩端拱腳支撐于地面，拱腳之間理論跨度約 260m（包含了混凝土支座的尺度），拱頂至地面矢高 50m，拱架平面與水平面夾角 47 度，拱頂向場(chǎng)外傾斜，通過設(shè)置拱支撐桿支承于屋面桁架梁上，拱桁架由圓鋼管構(gòu)成。

屋蓋桁架梁一端與下部混凝土外側(cè)邊緣柱子鉸接，另一端與拱架下弦鋼管鉸接。屋蓋桁架梁為壓彎構(gòu)件，采用倒三角形空間管桁架形式。為保證屋蓋的整體剛度在桁架梁中間設(shè)置斜撐桿，并在跨中和端部設(shè)置穩(wěn)定桁架。

3 大跨徑結(jié)構(gòu)抗震要求

為保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全，本工程的抗震性能目標(biāo)選定為 B，各地震水準(zhǔn)下的抗震性能水準(zhǔn)要求及實(shí)現(xiàn)抗震性能目標(biāo)的具體要求如下所示：

3.1 在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力要求達(dá)到結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)，即構(gòu)件完好、無(wú)損壞，按常規(guī)設(shè)計(jì)，滿足彈性設(shè)計(jì)要求。當(dāng)然，也要滿足非地震組合作用下的各種性能要求。

3.2 在設(shè)防烈度地震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力要求達(dá)到結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)，即構(gòu)件基本完成好、輕微損壞。關(guān)鍵構(gòu)件及普通豎向構(gòu)件的抗震承載力宜符合《高規(guī)》（1）的規(guī)定；耗能構(gòu)件的受剪承載力宜符合《高規(guī)》（1）的規(guī)定，其正截面承載力應(yīng)符合《高規(guī)》（2）的規(guī)定。在本工程中，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力按《高規(guī)》（2）式進(jìn)行復(fù)核，即構(gòu)件承載力按不計(jì)入風(fēng)荷載效應(yīng)的地震作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值復(fù)核。地震作用設(shè)計(jì)參數(shù)按規(guī)范采用。

豎向荷載作用下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為 γ=1.1，Q345材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f=310MPa，即構(gòu)件應(yīng)力只要小于 310/1.1 =281.8Mpa 就能滿足規(guī)范要求。分析結(jié)果顯示，所有構(gòu)件的強(qiáng)度滿足規(guī)范關(guān)于強(qiáng)度的要求，極少數(shù)構(gòu)件如屋面桁架梁與桁架拱以及混凝土看臺(tái)柱連接部位的桁架弦桿應(yīng)力較大。

4 大跨徑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)簡(jiǎn)析

對(duì)于大跨徑的鋼結(jié)構(gòu)在施工中的方案不能完全的依照普通的鋼結(jié)構(gòu)施工要求進(jìn)行，相關(guān)的細(xì)部施工有特別的施工要求。就以大跨徑構(gòu)件的吊裝和安放作為實(shí)例進(jìn)行介紹。

根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告提供的數(shù)據(jù)對(duì)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)荷載作用下的分析，風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告提供了7 個(gè)較不利風(fēng)向下結(jié)構(gòu)等效靜風(fēng)荷載，體育場(chǎng)西看臺(tái)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的最大位移為 w=141.5mm，可見風(fēng)荷載對(duì)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的影響是比較大的。所有構(gòu)件的強(qiáng)度滿足規(guī)范承載力要求，也必須使用大跨徑的構(gòu)件。

對(duì)于大跨度構(gòu)件的制作前要考慮到構(gòu)件因尺寸較大，擺放的地點(diǎn)受到限制，所以選好安放地址十分的重要，同時(shí)要考慮到后期的吊裝方便，大型機(jī)械車輛進(jìn)場(chǎng)的方便。立體桁架由兩片平面桁架中間用上下水平支撐連為一體。制作時(shí)制定了切實(shí)可行的工藝措施，以保證施工過程的順利進(jìn)行和制造質(zhì)量符合要求。在H 型鋼的坡口加工、整體組裝和焊接方面要加強(qiáng)質(zhì)量控制。

對(duì)于材料的焊接是一項(xiàng)較為困難的任務(wù)。首先要檢測(cè)焊接設(shè)備是否處于安全可工作的狀態(tài)，儀表的鑒定是否都在使用的時(shí)間區(qū)間中。合理的安排有焊接上崗證的技師根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行作業(yè)。焊條采用專人進(jìn)行烘焙和發(fā)放，焊接完成后對(duì)每條焊縫做好相應(yīng)原始記錄（內(nèi)容包括焊縫位置、編號(hào)、施焊時(shí)間人員等），確保主結(jié)構(gòu)的焊縫質(zhì)量。結(jié)構(gòu)變形和焊接應(yīng)力控制，測(cè)量監(jiān)控。焊接質(zhì)量檢查包括外觀和無(wú)損檢測(cè)，外觀檢查。監(jiān)理全程見證，并及時(shí)通知第三方檢測(cè)對(duì)于板厚較大的鋼柱采用防止層狀撕裂的焊接構(gòu)造形式，同時(shí)在焊接過程中注意焊接預(yù)熱和焊后保溫，進(jìn)而滿足焊縫后熱處理的要求，確保大跨度施工技術(shù)的質(zhì)量保證。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》中第五章“超限大跨空間結(jié)構(gòu)的審查”的相關(guān)規(guī)定，“應(yīng)進(jìn)行施工安裝過程中的內(nèi)力分析。地震作用及使用階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力組合，應(yīng)以施工全過程完成后的靜載內(nèi)力為初始狀態(tài)”。參照類似項(xiàng)目的施工組織設(shè)計(jì)，本工程采用計(jì)算功能對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步的分析。

本工程跨度較大，經(jīng)過上述計(jì)算分析可見，整體結(jié)構(gòu)在豎向荷載、風(fēng)荷載、溫度作用以地震作用下都能滿足承載力和剛度的要求。預(yù)估性能目標(biāo)與實(shí)際達(dá)到的性能目標(biāo)如下表所示。

在重力荷載下考慮幾何非線性和材料非線性的穩(wěn)定分析能滿足規(guī)范的要求；經(jīng)過施工模擬分析驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)在施工安裝過程中的安全性；通過考慮不同拱腳支座剛度及支座沉降對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響，為保障結(jié)構(gòu)整體安全對(duì)拱腳混凝土支座剛度提出設(shè)計(jì)要求；并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重力荷載下的抗連續(xù)倒塌分析，結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)在某些關(guān)鍵構(gòu)件失效后具有足夠的抗連續(xù)倒塌的能力。

綜上，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系能夠滿足相應(yīng)規(guī)范的要求，在采取必要的結(jié)構(gòu)措施后，可以保證整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001）.

[2] 《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50153-2008）.

[3] 《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-2008）.

[4] 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）.

[5] 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）.