大型綜合體育場館建筑鋼結構施工關鍵技術研究

李仲宏 何兆基 鄧 耀 胡銀翔 周懷健

大型綜合體育場館占地面積普遍較大，內部容載量高，且具有多功能性。因此，其鋼結構施工復雜，經常受構件、桁架、胎架等強度的影響，導致環梁內向形變過大[1，2]。為提高建筑的有效性，需設計一種新的建筑鋼結構施工技術[3]。本文結合鋼結構施工現狀，設計了一種全新的建筑鋼結構施工技術。

1 工程概況

德勝體育中心項目位于廣東省佛山市順德區大良街道德勝東路以南，德勝河以北，順德港以西，主要由綜合體育館、訓練館、游泳館以及商業配套用房和市政隧道組成，總建筑面積為16.8 萬m2，其中綜合體育館為可容納1.2 萬人的大型甲級體育館，建成后可舉辦全國性和國際單項比賽，為廣東省重點工程。

該大型綜合體育館直徑約148.2 m，涉及鋼結構施工的部分包括兩道“V 型柱+箱型環梁”，整體用鋼量約6 000 t。鋼筋混凝土看臺5層高，鋪設預制看臺板，屋蓋為索穹頂結構，總高度約38.4 m，屋面為連續焊接不銹鋼金屬屋面。德勝體育中心大型綜合體育場館的鋼結構屬于一種大跨空間獨立結構，為了提高鋼結構安裝的穩定性，該工程使用斜向支撐法設置臨時支撐胎架，其主要構件連接示意圖如圖1 所示。

由圖1 可知，為了固定鋼結構施工構件，綜合體育場館共設置了96 根外環V 型柱、16 根內環V 型柱，其主要參數如表1 所示。由表1 可知，上述鋼梁主要使用V 型鋼管柱進行支撐，通過V 型柱與混凝土結構相連。

表1 鋼結構參數

圖1 主要構件連接示意圖（來源：施工方案）

施工卸載程序均需不斷進行支撐控制，確保結構安全穩定[4，5]。為了提高施工的有效性和可行性，該工程進行了模塊化施工，標注各個施工節點，降低后續的施工難度。

2 體育場鋼結構施工技術設計

2.1 拼裝高強度胎架

拼裝過程中，需要始終遵循以下幾個重要原則：第一，拼裝的胎架必須統一設計；第二，需在硬化處理后的場地拼裝；第三，需整體吊裝進行組裝；第四，盡量避開節點施焊；第五，需預先計算各個拼裝指標，確保有效的吊裝高度，避免胎架沉降不均勻。拼裝胎架示意圖如圖2 所示。

圖2 拼裝胎架示意圖（來源：作者自繪）

拼裝胎架由腹桿、主弦桿、路基箱組合而成。為提高胎架的拼裝精度，本文設計的施工技術采用了合理的材料運輸方案，按照胎架的弧度進行統一分類，調整拼裝長度，保證其始終處于拼裝固定狀態。首先，需要布置拼裝胎架，使下弦主弦桿就位；其次，拼裝腹桿，使上弦主弦桿就位；最后，拼裝立面腹桿，復查拼裝尺寸，完成胎架拼裝。

2.2 加工弧形抗形變鋼結構構件

為了降低鋼結構的形變量，應加工弧形抗形變鋼結構構件。

大型綜合體育場館的鋼結構截面尺寸較大且運輸困難，為了有效加工鋼結構構件，需要預先計算主弦桿長度L，計算公式為：

式中，D代表腹桿長度，E代表腹桿寬度。

根據構件的獨立加工原則，還需確定無縫鋼管的拼接寬度d，計算公式為：

每個鋼結構支架都存在一定的間距，為了降低焊接縫隙，還要進行預拼裝處理。經過初次加工發現，鋼結構構件可能受銹蝕作用影響，降低實際施工效果，因此在抗形變鋼結構構件加工過程中需定期進行除銹、涂裝，再使用指定的加工設備進行加工[5，6]。

2.3 布設高穩空間桁架

不同類型的空間桁架布設的區域不同，因此在施工過程中需要根據桁架的涂裝、除銹關系進行多次加工，降低桁架的彎曲半徑，從而確保易于切割。三角形桁架的穩定性較高，主要由弦桿和腹桿組成，不存在較大的焊接縫隙，在桁架布設過程中可以進行分段處理，根據平行桁架的間隔進行組裝和加工，再使用冷彎加工工藝縮小其彎曲半徑。桁架布置示意圖如圖3 所示。

圖3 桁架布置示意圖（來源：作者自繪）

由圖3 可知，可以將上桁架和下桁架其中之一作為主桁架，另一個作為次桁架，并將鋼結構的主要節點布置在主桁架上，其他次節點布置在次桁架上。每個桁架的弦桿和腹桿部分均為拼裝散件，需要在施工現場進行焊接，而桁架的焊接狀態與桁架布置效果有重要關聯，因此需要正確選用焊材，滿足實際施工需求。

另外，還可以選取預熱溫度較高的焊條進行焊接，避免出現焊接裂紋。在焊接過程中，需要不斷控制焊接熱量，使用錘擊工藝來避免焊接收縮應力。焊接完畢后，根據施工需求設置焊接球，完成高溫空間桁架的布置，最大程度提高鋼結構的支撐力，提高鋼結構的可靠性。

3 施工效果分析

為了驗證上述設計的大型綜合體育場館建筑鋼結構施工關鍵技術的施工效果，施工完畢后，需要選取屋面鋼結構安裝部分進行施工效果分析。安裝后，天窗和金屬屋面板效果均較好，各個鋼結構之間的聯系也比較緊密。為了進一步分析施工后各個鋼結構層的實際強度，本文在C1 ～C5 區各抽取一個改造點，剖析其內部構造。

屋面鋼結構由不銹鋼裝飾板、合金骨架、連續焊接不銹鋼金屬屋面板、防水卷材、厚巖棉以及鋁鋅壓型鋼板等材料組成，整體強度較高，抗形變能力較強，為了有效檢測鋼結構環梁內向形變量，本文選取LSP-1000S 形變量檢測儀進行檢測。該形變量檢測儀的敏感性較高，具有自動采集功能，能實現精準的采集控制，符合施工效果分析需求。使用該儀器檢測環梁內向形變量，各個檢測點的形變量檢測結果如表2 所示。由表2可知，使用本文設計的體育場鋼結構施工技術施工后的各檢測點環梁內向形變量均低于施工最大允許形變量。

表2 各個檢測點的形變量檢測結果

4 結語

大型綜合體育場館是一種承接各種各樣賽事的綜合建筑，其總體占地面積較廣，承載量較大。

常規的鋼結構施工技術由于受施工環境影響，環梁內向形變量過高，不符合目前體育場館的結構需求，因此本文設計了一種新的鋼結構施工技術，并進行施工效果分析。

結果表明，應用本文設計的鋼結構施工技術進行施工后，各個檢測點的環梁內向形變量均低于施工最大允許形變量，證明該施工技術的施工效果較好，具有可靠性，有一定的應用價值，可以作為后續大型體育場館施工的參考。