大型体育场馆管桁架施工技术研究

张启涵 王红娟 王岩松

摘 要 本文以唐山市新体育中心项目为依托，结合项目实际情况，分析了正三角管桁架施工的重难点，管桁架施工工艺安排，支撑胎架的设置与卸载，钢结构拼装的质量控制等，为其他同类或类似的工程施工提供借鉴和指导。

关键词 大型场馆;管桁架;有限元分析;施工技术

1工程概况

唐山新体育中心项目位于唐山南湖世园会D1门区东侧，政通路两侧，新岳道以南，卫国南路以西。占地面积103415.30m2，建筑面积约68925m2，其中地上建筑面积48557m2，体育场看台35006座，建筑等级定位为国家建筑乙级标准，满足承办地区性和全国单项比赛要求。

体育场的屋面造型为一个光滑的马鞍形，平面为圆形造型，直径240m。结构体系为钢筋砼框架-剪力墙+悬挑三管桁架，基础类型为筏板基础。屋盖雨篷采用悬挑三管钢桁架结构，屋盖单榀悬挑桁架能够独立承担屋盖的竖向荷载和水平荷载，单榀桁架通过环桁架、屋面环梁和立面环梁将独立成品的单榀桁架连接成一个协同工作的空间受力体系;屋盖最高标高为43.28m，屋盖东西看台最大悬挑长度42m，屋盖南北看台最大悬挑长度27m。体育场的悬挑桁架根部支撑分叉柱落在在下部的混凝土V形柱柱顶，立面幕墙的側向支撑杆件支撑在混凝土V形柱的外侧面，钢结构柱与下部混凝土的形成一个完整的受力整体，为上部屋盖钢结构提供足够的支撑刚度和抗倾覆力矩[1]。

2施工的重难点分析

2.1 受限场地内大体量管桁架吊装作业难度大

本工程钢屋盖结构形式为正三角管桁架结构，结构投影长度240m，宽度230m，桁架最大悬挑为42m，结构顶部标高为42.98m，钢屋盖钢材总用量3873吨;屋面管桁架与砼柱采用抗震支座相连，共计68套。

罩棚结构平面投影分布广，平面、垂直运输协调难度大。现有道路基础无法直接行走机械，场地地基条件复杂，处理难度大。机械行走路线的选择，起重范围须覆盖整个吊装区域，起重性能满足构件单重，这是路线选择的重点。确保起重设备安全运行、吊装，根据选定的路线采用换填法针对不同地基承载力的区域进行处理是工程难点。

2.2 双曲管桁架相贯线节点加工难度大

本工程屋盖管桁架相连合拢均采用圆管相惯连接，主、环桁架、屋面支撑处节点由6根以上杆件汇集于一处相惯连接，上下弦杆均呈拱形曲面，弯管过程角度精准控制难度大。

管桁架相贯线焊接位置多，焊缝样式各异，焊缝等级要求高。现场焊接作业条件差，高空焊接平台搭设、安全防护措施设置难度大，对焊工操作、焊缝成形质量影响大[2]。

2.3 结构安装过程中变形控制

安装支撑胎架卸载是对结构内应力的重新分配，实际操作过程中，须防止支撑卸载速度过快，造成结构瞬时应力过大，超出结构承受范围。结构支撑胎架卸载时，各个位置结构内应力分布情况、应力大小的模拟计算，卸载分级的制定，以及卸载各级别所占比例的确定，是指导现场实际操作的重点。

3施工技术研究

3.1 受限场地大体量管桁架施工平面布置研究

根据现场实际施工场地条件，外环场道路为主要施工干道，因大型吊装机械无法长期占道、场外安装半径大、北区人防地库区域顶部无法承载大型机械行走及站位等因数，因此选用大型履带吊进行场内吊装。

为有效降低材料二次倒运工作，体育场内场布设4处管桁架拼装场地，内环场修缮14米宽大型机械行走道路。

将本工程分为9个安装区，总体安装顺序为1区到9区（顺时针方向），其中1、5两个区共计14榀主桁架由180吨履带吊52米主臂工况安装，其余各区由400吨履带42米主臂+51米副臂工况安装，其中3、8区为超起工况安装。

3.2 汇集节点铸钢件一次成型工艺研究

本工程屋盖管桁架相连合拢均采用圆管相惯连接，主、环桁架、屋面支撑处节点由6根以上杆件汇集于一处相惯连接，对接过程中无法满足焊缝质量要求。利用铸钢件节点，采用一次性浇铸节点。

汇集节点惯口密集，组装过程中焊接夹角过小，焊接死角多，采用铸钢件一次性浇筑成型可有效保证该节点整体性。

汇集节点焊接填充量大，容易产生焊接变形，从而导致各对接端口发生错口错边现象，采用铸钢件一次性浇筑成型可有效避免接口错边现象。

汇集节点内夹角锐角过小，防腐除锈难以作业，采用铸钢节点浇筑时R型过渡内夹角，可加大防腐除锈操作空间。

3.3 管桁架施工胎架变形控制研究

本工程屋面主桁架共计68榀，最大悬挑距离41米，最小悬挑距离26米，悬挑端最大高度为32米，最低25米。需采用格构式临时支撑架，其中四根主受力柱采用的H型钢HW150×150×7×10，横杆采用HW150×150×7×10，斜缀条采用的是角钢L75×5，底部与筏板层支撑架预埋件焊接相连，顶部拉设4道缆风绳进行固定。

采用同济大学钢结构设计软件3D3Sv14.0进行吊装分析，杆件采用梁单元模拟，结构吊点位置与支撑塔架位置相同，吊装荷载工况为钢结构自重，并考虑1.5倍的动力系数。

根据计算分析模型，进行规范检验，检验结果表明，结构能够满足承载力计算要求，应力比最大值为0.33。

一榀主桁架在施工荷载下的最大竖向位移25mm，符合相关要求。

结构整体安装、焊接完毕后，从东西看台中部变形预计最大的部位对称向南北看台方向依次卸载，进行钢桁架的卸载分析。东、西看台屋面主桁架中心最大竖向位移为-19.8mm，符合相关要求。

4结束语

本研究内容，通过唐山新体育馆项目的实际运用，取得了良好的质量、经济效果。

本研究着重分析了受限场地内大型体育场馆大体量管桁架吊装施工平面安排，汇集节点铸钢件一次成型工艺的应用以及管桁架施工胎架变形控制研究，为后续类似工程提供参考。

参考文献

[1] 朱易举，蒋官业，刘艺，等.复杂空间管桁架结构现场拼装及吊装施工技术[J].建筑结构，2010（12）：66-69.

[2] 胡章贵.大型体育馆钢结构管桁架施工技术[J].城市住宅，2019，26（2）：108-110.