大型体育场钢结构工程的施工与管理

高晓乾

随着国民经济的发展及全民健身运动的大力推广,大型体育场馆的建设规模也越来越大。本文以山西体育场钢结构工程的施工为例,重点介绍了大型体育场钢结构工程的施工与管理。

1 工程概况

该工程位于山西省太原市晋源区,包含主体育场、体育馆及游泳馆。主体育场设计规模为6万人,属大型甲类体育建筑。

主体育场的顶部为钢结构罩棚,呈弧形状,东西高、南北低。罩棚最宽处约68 m,最窄处约49 m,外边缘南北向最长处约293 m,东西向最宽约275 m。整个罩棚外立面落于混凝土结构上,屋面与墙体浑为一体。罩棚中间高,两端低,高差 9.3 m,罩棚最高点离地面约55.45 m。

整个罩棚由32榀三角形主桁架组成主体承力体系,以体育场中心向外呈椭圆形发射状分布。主桁架由外环支撑点和内环支撑点支撑,最大悬挑长度约为52 m,桁架根部最大高度7.8 m,最小悬挑长度约为34.7 m,根部高度5 m,每榀桁架内支座间距约26 m。主桁架之间由三道环形桁架、两道次桁架及一道边桁架相互连接,外立面上桁架之间设置钢管网格结构。

2 工程特点、难点与项目管理重点

1)弧形空间桁架加工与现场拼装难度大。2)桁架悬挑长度长,断面高,吊装难度大。3)焊接量大,焊接难度大。4)卸载难度大。

3 施工技术与管理

3.1 施工总体思路

1)分区施工、流水作业,先主后次、内外进行。罩棚钢结构系统呈圆弧形,且总体沿 X轴、Y轴对称。根据这一结构特点,结合现场情况,从体育场南侧㉗轴线开始,每8榀主桁架连同主桁架之间的环桁架、次桁架及其他构件作为一个施工区域,将钢结构划分为四大施工区域,由一区开始沿逆时针方向进行钢结构的安装,流水作业。各个区域流水施工时,先安装支撑塔架、V形支撑柱,然后按主桁架立面倾斜段→边桁架→主桁架肩部弧形段→外环桁架→主桁架顶面悬挑段→环桁架、次桁架、边桁架→立面网格、系杆、水平支撑→马道的空间吊装顺序逐步推进。

2)地面拼装、分段吊装,同步卸载、稳步成型。考虑到罩棚钢结构的结构形式及各构件之间的节点构造,桁架结构均厂内加工,散件出厂,现场就近搭设拼装胎架,地面拼装。主桁架分3段进行吊装(见图1),立面倾斜段和肩部弧形段场外吊装,顶面悬挑段场内吊装;环桁架与次桁架整榀进行吊装。

该罩棚钢结构属大悬挑结构,钢结构安装前,需进行电脑模拟计算,设计承载力满足施工荷载及便于施工操作的支撑塔架,使结构在安装过程中保证其空间稳定性。待整个罩棚钢结构安装、焊接完毕后再分区、分级同步卸载,确保罩棚钢结构体系的稳步成型。

3.2 支撑塔架设置技术

结合罩棚钢结构的结构特点及总体安装方案,在罩棚南北方向主桁架下方靠近Ⓑ轴的位置每榀设置一个支撑塔架,东西方向主桁架下方靠近Ⓑ轴、Ⓔ轴位置每榀设置两个支撑塔架,总计52组支撑塔架。支撑塔架支承于主桁架的下弦节点处,并同时支承主桁架的上弦。支撑塔架采用格构式支撑塔架,主肢采用H型钢,腹杆采用角钢。同时为便于重复利用,支撑塔架采用标准节形式。为减少支撑塔架对混凝土看台板的影响,避免看台板因此而出现破坏,支撑塔架下方设置H型钢转换梁,转换梁两端支承于主桁架轴线上的斜梁和混凝土柱上,并将支撑塔架上的荷载传递到下部混凝土结构。

3.3 罩棚钢结构安装技术

根据该罩棚钢结构的结构形式等具体情况,采取了如下安装技术:1)采用大型吊机进行吊装,大型吊机布置在体育场内圈和外圈,沿体育场内圈、外圈环向行走,逐区进行吊装作业。2)为减少主桁架安装过程中临时支撑塔架的用量,降低后续支撑塔架卸载完毕后的拆除工作量与拆除难度,在主桁架肩部弧形段安装之前,先安装V形支撑柱,主桁架肩部弧形段安装时,直接坐落在V形支撑柱上,不再另外单独设置支撑塔架。同时,为保证V形支撑斜柱安装过程中的稳定性,V形支撑柱下方增设竖向H型钢或钢管支撑,并在地面上与V形支撑组装好,随V形支撑柱一起吊装。3)主桁架立面倾斜段采用三点吊装,肩部弧形段和顶面悬挑段采用四点吊装,吊点均设置在主桁架主弦杆的节点上,吊点位置不再另外设置吊耳,直接采用捆扎法。立面倾斜段吊装就位后,先进行临时固定,然后测量上端主弦杆的管口坐标。肩部弧形段和顶面悬挑段吊装就位并调整好后,肩部弧形段与立面倾斜段、顶面悬挑段与肩部弧形段主弦杆之间采用卡码进行临时固定,上弦拉设侧向稳定风绳,然后进行管口对接焊缝的焊接。为避免支撑塔架因压缩变形而造成支撑塔架顶部标高与设计值不一致,在制作支撑塔架顶部的管托时需预留一定的高度,待主桁架悬挑段安装就位支撑塔架受荷后再进行管托板的修割处理,直至主桁架的端部标高符合设计要求。4)环桁架采用四点吊装,次桁架采用两点吊装。由于环桁架、次桁架的弦杆与主桁架弦杆之间均采用相贯连接,所以安装时无法直接从正上方进行吊装就位,而应从靠近外圈的位置先进挡,然后再平推就位,平推时辅以手拉葫芦。

3.4 支撑塔架卸载技术

结合支撑塔架的布置情况和模拟计算结果,按分批、分级、同步卸载原则循环进行罩棚钢结构支撑塔架的卸载,先内圈,后外圈,内外交替进行,共分15步,直到所有塔架卸载完成为止。卸载时,先将千斤顶反顶1 mm～2 mm,使垫板上部脱空,然后根据每次预定的卸载量,抽掉相应厚度的垫板。千斤顶统一下降,开始卸载。千斤顶下降到预定位置后,开始另一批支撑塔架的卸载工作。循环反复,直至卸载完毕。

3.5 施工管理

根据该工程的经验,钢结构施工时,管理上应注意如下几点:

1)加强弧形构件的弧度检查,确保现场弧形桁架的拼装与安装质量。弧形构件加工时,应采取模板控制、二次检查及厂内预拼装相结合的原则进行弧形构件的弧度控制。2)加强各专业之间的协调,并提前进行沟通,确保总体工程施工安全、质量及进度。各专业之间必须加强沟通和协调,事先掌握对方的施工偏差和施工方案,以便进行合理的施工组织,及时进行穿插施工。3)加强施工过程模拟分析,采取合理的支撑塔架布置,确保施工过程中的安全。应根据罩棚钢结构的结构形式、下部混凝土结构的平面布置情况,采取合理的支撑塔架布置。并通过施工过程模拟分析,计算出每个塔架的受力情况,结合现场实际情况和资源情况,设计合理的支撑塔架结构形式。4)加强卸载过程中的监控,并采取有效的技术措施,确保卸载过程安全、平稳。卸载前先计算好支撑点的罩棚变形量,通过变形量确定千斤顶的行程,如变形量超出千斤顶的最大行程,在卸载到一定位置时,需将罩棚临时固定,待更换千斤顶位置后继续卸载。同时要仔细检查各支撑点的连接情况,确保罩棚处于自由状态。

4 结语

随着建筑理念的更新及经济、文化的飞速发展,大型体育场的造型越来越新颖,跨度也越来越大。对于采用高空吊装的大型体育场罩棚钢结构工程来说,其总体施工方案和施工管理要点一般大同小异,特别是支撑塔架的布置原则、设计计算程序、卸载原则及卸载过程分析等具有一定的通用性和借鉴性。通过山西体育场罩棚钢结构施工技术的介绍,为同类大型体育场钢结构工程的施工与管理提供参考依据。

[1] 潘卫国.大跨度厂房轻钢管屋架施工技术[J].山西建筑,2008,34(12):136-137.