杭州亞運會棒(壘)球館鋼結構施工關鍵技術*

馬潔烽，王文良，姚盼盼，萬濤平

(浙江精工鋼結構集團有限公司，浙江 紹興 312030)

1 工程概況

杭州亞運會棒(壘)球館項目主要分為2個地塊，A地塊由棒球主場、副場、集訓中心、體能訓練館形成一個體育文化綜合體(見圖1)，在合適位置設置抗震兼伸縮縫，形成相對規則的結構單體；棒球副場位于基地的東側，處于相對獨立的位置。所有建筑均通過2層平臺連接。除集訓中心為11層，其余建筑均為2～3層，其中棒球主場、副場主體采用鋼筋混凝土框架結構，頂部罩棚采用管桁架結構；集訓中心采用純鋼框架結構；體能訓練館采用鋼框架+大跨桁架結構(見圖2)。

圖1 建筑整體效果

圖2 屋蓋分區示意

E地塊為2層壘球場，主體采用鋼筋混凝土框架結構，頂部罩棚采用管桁架結構。

集訓中心為純鋼框架結構，地下1層，地上主體11層+頂部屋面層，整體標高為51.100m。鋼構件主要為箱形鋼柱及H形鋼梁。

體能訓練館為鋼框架+鋼桁架結構，主要包括1層地下室結構及3層地上結構。地上結構共3層，主要包括鋼柱、鋼梁及鋼桁架，鋼柱采用箱形截面及圓管柱，主要柱距為9m，桁架、鋼梁采用箱形及H形鋼梁。其中，結構2層設有大跨度鋼梁，最大跨度達36m；屋面層設有交錯平面桁架結構，其中主桁架最大跨度達45m。結構整體標高為20.155m。樓板采用鋼筋桁架樓承板(見圖3)。

圖3 2層大梁及頂層桁架示意

棒球主、副場館鋼結構(見圖4)均為空間大跨結構，主場呈X形，位于棒球主場土建看臺、集訓中心裙房及體能訓練館東側屋面以上。構件主要包括圓管立柱及罩棚管桁架；副場呈L形，位于項目東側，下部為副場土建看臺區域。兩場館結構形式類似，均為正交管桁架體系，節點主要采用鑄鋼節點(見圖5)及相貫節點。

圖4 棒球主、副場館軸測圖

圖5 鑄鋼件軸測圖

2 工程施工方案選擇

本工程集訓中心、棒球副館及壘球館施工條件較好，前者為高層框架結構，現場布置有2臺塔式起重機，采用塔式起重機分段吊裝作業；后兩者采用汽車式起重機及履帶式起重機場內外分段吊裝作業。

體能訓練館位于項目西南角，現場施工條件復雜，場館方案選擇時主要存在以下問題。

1)場館西側存在高壓輸電線，施工期間無法拆除及間斷，機械在西側道路僅可行走，無法進行吊裝作業。

2)場館存在2層大跨度鋼梁及頂部鋼桁架，最大跨度分別為36m及45m，構件分段吊重大，無法采用現場塔式起重機進行安裝。

3)場館南側區域功能為游泳池，地下室頂板處存在大范圍下沉泳池區域，同時內部各區域樓面標高均不一致，部分高差較大。

針對體能訓練館存在的各方面困難，方案考慮將體能訓練館內部分為3處施工分區(見圖6)，施工1區及2區采用汽車式起重機進場吊裝方案，以“由東向西，大梁桁架同步安裝”的施工方式進行作業。施工3區為游泳館區域，由于泳池區域無法安排機械作業，方案考慮場內通道處布置1臺汽車式起重機吊裝內場分段，南側場外布置大型履帶式起重機吊裝外側分段，場內外同步進行吊裝作業。汽車式起重機最后均由西側預留通道處出場。

圖6 體能訓練館施工方案

棒球主館位于項目中心區域，頂部罩棚投影區域覆蓋集訓中心裙房、2層平臺、體能訓練館局部屋面以及棒球主館土建看臺(見圖7)，施工條件復雜，導致方案策劃存在以下問題。

圖7 棒球主場施工條件示意

1)結構覆蓋多處建筑單體，各單體標高均不相同，施工可操作空間小。

2)結構正下方2層平臺及地下室頂板區域存在3處大開洞區域，機械進場條件差。

3)結構縱橫向覆蓋范圍廣，若采用大型機械在外部吊裝方式進行安裝，則吊裝半徑巨大，可行性低。

4)結構空間造型復雜，支撐鋼柱布置錯綜復雜，罩棚桁架高度差異大，跨中區域高度達7m，提升、滑移等施工方法均難以實施。

由前述問題分析可知，方案僅考慮場外吊裝方式可行性較低，實施須考慮在場內安排機械進行安裝。因2層平臺的存在，汽車式起重機無法進入內場吊裝作業，考慮將2層平臺甩項后做，待屋蓋結構完成后再施工。又因土建專業工期緊，同時頂部罩棚支撐鋼柱落位于2層平臺，若平臺整體甩項后做，則每根支撐鋼柱處均需替換為臨時支撐，后續再替換回原有鋼柱，方案可行性低。

由于平臺整體甩項后做不可行，方案考慮將局部平臺甩項后做。根據罩棚鋼柱布置位置，選取無鋼柱落位的2層平臺區域(見圖8中深色區域)后做，同時在交接處設置臨時支撐，使2層平臺正常施工區域形成穩定受力體系。最終主館方案為甩項后做區域布置1臺汽車式起重機吊裝西側罩棚，其余區域罩棚由外側機械吊裝。

圖8 2層平臺甩項后做區域示意

3 工程施工關鍵技術

3.1 汽車式起重機行走吊裝加固方案

體能訓練館區域鋼結構施工需汽車式起重機進場吊裝。由于頂部桁架分段質量大，采用130t汽車式起重機，經驗算原設計混凝土樓層不能滿足汽車式起重機上樓面作業承載力要求。

常規加固方式主要可分為以下幾種。

1)滿堂腳手架加固 采用腳手管作為支撐結構，通過密布腳手架立桿，減少樓板支撐跨度，使原結構樓層承載力能滿足汽車式起重機行走及吊裝作業。

2)單管反頂支撐加固 采用轉換梁及單管反頂支撐方式，將轉換梁設置在汽車式起重機行走路線下方，同時下部每隔一定間距設置單管反頂支撐，通過梁及單管將汽車式起重機荷載傳遞，避免樓板直接受力。

體能訓練館汽車式起重機作業面位于地下室頂板處，若采用腳手架加固，則存在整體措施時間長、拆除工作困難、措施費用巨大問題。又由于汽車式起重機需滿場進行拼(吊)裝作業，無法限定具體作業路線，單管支撐方式也不符合實際情況。由于項目方案策劃階段，土建作業尚未開展，最終與設計方溝通協商后采用直接增大地下室頂梁板配筋的方式進行加固。此方案雖增加了部分鋼筋費用，但降低了大量施工措施費用，避免了后續施工措施裝拆導致工期延長問題，對整個項目成本控制較有利。

3.2 狹窄場地鋼結構拼裝技術

體能訓練館需汽車式起重機進場作業，拼(吊)裝作業均在場內進行，場地狹小，尤其是3區游泳館區域，汽車式起重機僅在柱間通道內行走及吊裝。同時，由于場館西側空間較小，回轉半徑不足，場外拼裝再轉運至場內的方式也不可行?，F場拼裝時采用疊拼方式(見圖9)。

圖9 桁架疊拼示意

疊拼方式可有效減少拼裝對場地要求，但同時對現場組織及拼裝順序有較高要求。由于構件拼裝完成后疊放在一起，吊裝時只能按“從上往下”順序吊裝構件，這就要求“后裝的先拼，先裝的后拼”，同時由于吊裝與拼裝是流水作業，相互穿插，桁架吊裝順序及拼裝順序的現場組織極為重要。

加強農用地管理，合理引導農用地內部結構調整，優化土地利用結構，不斷提高土地生產能力。生態脆弱地區要加強林草地保護。加強重點地區基本農田整理和農村建設用地整理，提高土地質量，改善土地生態環境，提高耕地的農業綜合生產能力。

3.3 空間大懸挑管桁架位移控制

項目棒球主館、副館等場館均為空間異形大懸挑管桁架結構，最大懸挑距離達25m(見圖10)，控制結構位移變形是項目實施重點。

圖10 主桁架側視圖

懸挑結構施工過程中變形較大，一般采用預起拱方式保證安裝精度。預起拱主要在2個階段考慮。

1)現場安裝預起拱 桁架現場拼裝打點定位階段考慮各點預起拱值，在深化圖給定拼裝坐標的基礎上，每個節點增加起拱值，得出新的拼裝坐標值作為拼裝坐標。

2)深化加工預起拱 鋼結構深化加工階段即考慮結構預起拱值，將結構起拱直接反映在深化加工模型中，現場直接按深化圖給定拼裝坐標定位安裝。

場館罩棚均為大跨度縱橫交錯管桁架結構，若采用現場預起拱，一方面起拱點數巨大，現場需逐一核對，調整打點坐標，工作量大，嚴重影響拼裝進度；另一方面，現場操作不確定性因素較多，拼裝質量控制較不利。所以項目實施考慮在深化加工階段對結構進行預起拱。具體操作步驟如下。

1)根據結構設計模型，提取結構在D+0.5L(恒+0.5 活)工況組合下各節點的z向位移Dz。

2)根據結構設計模型，導出結構在設計狀態各節點坐標表。

3)根據導出的設計狀態節點坐標表，將z向節點坐標數值+Dz，得到起拱后的節點坐標表。

5)深化人員將起拱后三維線模導入Tekla等深化軟件建模出圖加工(見圖11)。

圖11 起拱前后單榀桁架示意

相比于現場安裝階段起拱而言，深化階段起拱快速方便，僅需前期將設計模型稍作處理調整為起拱模型，后續只需按常規結構深化及安裝，對項目結構位移控制及工期控制有很好效果。

3.4 鑄鋼件等強連接節點

空間管桁架結構存在較多多管相貫節點，其中帶斜撐桿件處最多處存在13根圓管交匯在同一節點處，對加工制作及現場安裝來說存在許多困難。因此，相關節點均采用了鑄鋼節點形式(見圖12)。相比于相貫節點，鑄鋼節點整體制作，外觀優美，且避免了節點區多管相貫及焊縫重疊等問題，但由于鑄鋼件材質強度與常規鋼材(Q355，Q390，Q460等)存在較大差異，對于可焊接鑄鋼件，其設計強度最大僅能與Q235材質鋼材相當，故鑄鋼件與常規鋼構件間的連接節點很難做到等強連接，連接處常常成為結構安全的薄弱點。

圖12 鑄鋼節點示意

本工程鑄鋼件與桿件連接節點采用下述節點(見圖13)。節點在鋼構件接頭處設置封頭板，并通過端銑技術加大鋼構件一側連接焊縫的厚度與鑄鋼件接頭管件壁厚一致，以此來實現鑄鋼件與鋼構件間的等強連接。

圖13 鑄鋼節點連接示意

具體操作包括如下階段。

1)設計階段 鑄鋼件端頭連接壁厚應根據接頭鋼構件板件壁厚及材料強度進行設計，保證鑄鋼件接頭截面強度與鋼構件接頭截面強度一致。

2)工廠加工階段 鋼構件端頭應設置封頭板，封頭板應設置在構件內部，與構件端頭距離不小于封頭板板厚，封頭板厚度不小于鋼構件最大板件厚度，封頭板與鋼構件間采用全熔透焊縫連接。

3)工廠加工階段 鋼構件進行接頭端銑，端銑完成后形成企口，企口寬度不小于鑄鋼件連接接頭板件厚度+焊接襯板厚度(8～10mm)，企口高5～10mm。

4)工廠加工階段 鑄鋼件接頭處應設置焊接剖口8，鑄鋼件接頭處焊接剖口角度30°～45°，接頭處設置焊接內襯板。

5)現場安裝階段 鑄鋼件端頭與鋼構件端銑面預留1～3mm的焊接間隙，施焊過程中采用多層、多道焊接工藝。

本節提出了一種新的鑄鋼節點連接方式，相比于其他節點連接形式存在以下優點。

1)節點對連接的2個主體鑄鋼件及常規鋼構件接頭分別進行加工處理，處理方式簡潔，易于操作，成本較低。

2)節點增加的焊接措施較少，僅包含1塊封頭板及部分焊接襯板。

3)節點解決了當下極難解決的鑄鋼件與常規鋼構件的等強連接問題，實現了鋼結構設計原則中的“強節點，弱桿件”要求。

4)節點適用范圍廣，適用于所有的封閉截面構件與鑄鋼件等強連接節點。

4 結語

本文對杭州亞運會棒(壘)球館項目鋼結構安裝方法選擇及施工關鍵技術進行了介紹與探討，從汽車式起重機作業加固方案、狹窄場地鋼結構拼裝、空間大跨結構位移控制及鑄鋼節點等強連接等幾方面詳細介紹了項目從方案策劃到實際施工過程中涉及的技術要點，其中加固、起拱、拼裝及鑄鋼節點等問題的解決方式針對性強、適用范圍廣，可為后續同類工程施工提供良好借鑒。