大型體育場館管桁架施工技術研究

張啟涵 王紅娟 王巖松

摘 要 本文以唐山市新體育中心項目為依托，結合項目實際情況，分析了正三角管桁架施工的重難點，管桁架施工工藝安排，支撐胎架的設置與卸載，鋼結構拼裝的質量控制等，為其他同類或類似的工程施工提供借鑒和指導。

關鍵詞 大型場館;管桁架;有限元分析;施工技術

1工程概況

唐山新體育中心項目位于唐山南湖世園會D1門區東側，政通路兩側，新岳道以南，衛國南路以西。占地面積103415.30m2，建筑面積約68925m2，其中地上建筑面積48557m2，體育場看臺35006座，建筑等級定位為國家建筑乙級標準，滿足承辦地區性和全國單項比賽要求。

體育場的屋面造型為一個光滑的馬鞍形，平面為圓形造型，直徑240m。結構體系為鋼筋砼框架-剪力墻+懸挑三管桁架，基礎類型為筏板基礎。屋蓋雨篷采用懸挑三管鋼桁架結構，屋蓋單榀懸挑桁架能夠獨立承擔屋蓋的豎向荷載和水平荷載，單榀桁架通過環桁架、屋面環梁和立面環梁將獨立成品的單榀桁架連接成一個協同工作的空間受力體系;屋蓋最高標高為43.28m，屋蓋東西看臺最大懸挑長度42m，屋蓋南北看臺最大懸挑長度27m。體育場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，立面幕墻的側向支撐桿件支撐在混凝土V形柱的外側面，鋼結構柱與下部混凝土的形成一個完整的受力整體，為上部屋蓋鋼結構提供足夠的支撐剛度和抗傾覆力矩[1]。

2施工的重難點分析

2.1 受限場地內大體量管桁架吊裝作業難度大

本工程鋼屋蓋結構形式為正三角管桁架結構，結構投影長度240m，寬度230m，桁架最大懸挑為42m，結構頂部標高為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68套。

罩棚結構平面投影分布廣，平面、垂直運輸協調難度大。現有道路基礎無法直接行走機械，場地地基條件復雜，處理難度大。機械行走路線的選擇，起重范圍須覆蓋整個吊裝區域，起重性能滿足構件單重，這是路線選擇的重點。確保起重設備安全運行、吊裝，根據選定的路線采用換填法針對不同地基承載力的區域進行處理是工程難點。

2.2 雙曲管桁架相貫線節點加工難度大

本工程屋蓋管桁架相連合攏均采用圓管相慣連接，主、環桁架、屋面支撐處節點由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，彎管過程角度精準控制難度大。

管桁架相貫線焊接位置多，焊縫樣式各異，焊縫等級要求高。現場焊接作業條件差，高空焊接平臺搭設、安全防護措施設置難度大，對焊工操作、焊縫成形質量影響大[2]。

2.3 結構安裝過程中變形控制

安裝支撐胎架卸載是對結構內應力的重新分配，實際操作過程中，須防止支撐卸載速度過快，造成結構瞬時應力過大，超出結構承受范圍。結構支撐胎架卸載時，各個位置結構內應力分布情況、應力大小的模擬計算，卸載分級的制定，以及卸載各級別所占比例的確定，是指導現場實際操作的重點。

3施工技術研究

3.1 受限場地大體量管桁架施工平面布置研究

根據現場實際施工場地條件，外環場道路為主要施工干道，因大型吊裝機械無法長期占道、場外安裝半徑大、北區人防地庫區域頂部無法承載大型機械行走及站位等因數，因此選用大型履帶吊進行場內吊裝。

為有效降低材料二次倒運工作，體育場內場布設4處管桁架拼裝場地，內環場修繕14米寬大型機械行走道路。

將本工程分為9個安裝區，總體安裝順序為1區到9區（順時針方向），其中1、5兩個區共計14榀主桁架由180噸履帶吊52米主臂工況安裝，其余各區由400噸履帶42米主臂+51米副臂工況安裝，其中3、8區為超起工況安裝。

3.2 匯集節點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、環桁架、屋面支撐處節點由6根以上桿件匯集于一處相慣連接，對接過程中無法滿足焊縫質量要求。利用鑄鋼件節點，采用一次性澆鑄節點。

匯集節點慣口密集，組裝過程中焊接夾角過小，焊接死角多，采用鑄鋼件一次性澆筑成型可有效保證該節點整體性。

匯集節點焊接填充量大，容易產生焊接變形，從而導致各對接端口發生錯口錯邊現象，采用鑄鋼件一次性澆筑成型可有效避免接口錯邊現象。

匯集節點內夾角銳角過小，防腐除銹難以作業，采用鑄鋼節點澆筑時R型過渡內夾角，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。需采用格構式臨時支撐架，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埋件焊接相連，頂部拉設4道纜風繩進行固定。

采用同濟大學鋼結構設計軟件3D3Sv14.0進行吊裝分析，桿件采用梁單元模擬，結構吊點位置與支撐塔架位置相同，吊裝荷載工況為鋼結構自重，并考慮1.5倍的動力系數。

根據計算分析模型，進行規范檢驗，檢驗結果表明，結構能夠滿足承載力計算要求，應力比最大值為0.33。

一榀主桁架在施工荷載下的最大豎向位移25mm，符合相關要求。

結構整體安裝、焊接完畢后，從東西看臺中部變形預計最大的部位對稱向南北看臺方向依次卸載，進行鋼桁架的卸載分析。東、西看臺屋面主桁架中心最大豎向位移為-19.8mm，符合相關要求。

4結束語

本研究內容，通過唐山新體育館項目的實際運用，取得了良好的質量、經濟效果。

本研究著重分析了受限場地內大型體育場館大體量管桁架吊裝施工平面安排，匯集節點鑄鋼件一次成型工藝的應用以及管桁架施工胎架變形控制研究，為后續類似工程提供參考。

參考文獻

[1] 朱易舉，蔣官業，劉藝，等.復雜空間管桁架結構現場拼裝及吊裝施工技術[J].建筑結構，2010（12）：66-69.

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