体育场钢结构施工技术的应用研究

夏永清

（云南省体育场地设施建设管理中心，云南 昆明650000）

近年来，我国社会经济快速发展，人民健身需求不断增加，国内的体育场馆建设项目也越来越多，场馆规模越来越大，体育场馆结构更加复杂，结构施工难度进一步加大。下面结合实际，对体育场钢结构施工特点与难点做具体分析。

1 体育场钢结构施工特点与难点

1.1 工程组织管理难度大

体育场的占地面积、建筑高度等一般较大，因此钢结构构件构成复杂、安装流程繁琐、施工技术难度极高，钢结构施工中的安全、质量以及秩序不易控制。除了钢结构本身具有很高的复杂性、系统性外，体育场的钢结构施工还经常与土建施工存在交叉问题，土建施工与钢结构现场拼装往往同时进行，这就导致工程组织管理难度进一步加大。结合实践经验可知，当土建施工与钢结构施工交叉进行时，大型吊车的行走、结构构件的运输等都会受到很大限制，导致钢结构施工过程更加复杂[1]。

1.2 结构复杂安装精度控制难度大

当前，人们对体育场有了新的要求，不仅要求体育场内有相对广阔的空间、完善的设施，还要求体育场建筑造型要富有个性且足够精美。这就导致体育场主次结构之间多杆空间汇交的情况增多，再加之次结构的规律性少，整体比较多变，因此体育场钢结构节点构造会更加复杂[2]。在进行结构安装时，会频繁遇到多个管口同时对接的情况，管口对口精度较难控制。此外，体育场结构属于大跨度空间结构，这类结构中的构件长度易受温度影响，这也导致控制结构安装精度不易控制。

1.3 构件体型大重量大

体育场钢结构最显著的特点就是结构构件的体型巨大，自重较大，安装难度很高。并且在安装过程中，构件会受到外界温度、张拉力等影响而出现一定程度的变形，从而使结构安装条件发生了一定的改变。要想获得最高的安装精度，就必须根据实际情况对安装方案再做细致调整，但实际上，由于任务重、工期紧，再加之施工现场的秩序与条件都比较复杂，因此安装方案往往是来不及调整的，这就导致顶面次结构的安装精度难以达标。

1.4 焊接难度高

体育场钢结构中厚板数量较多，并且为了使体育场结构有较高的稳定性、稳固性，在选材时一般都会选择高强钢。钢板的厚度以及强度都给现场焊接工作带来了很大挑战，使焊接难度加大。此外，在焊接施工中不仅需要考虑板材的厚度、强度等，还需考虑外部环境条件如温度、湿度等，根据实际情况做好焊前的预热、焊后的保温防寒等工作，施工内容多且难度大[3]。

2 体育场钢结构施工技术要点

2.1 钢结构加工与安装

对体育场采用钢结构时，先根据体育场的规模、跨度以及外部建筑形态等将钢结构加工出来。加工结束后进入吊装阶段，吊装时由于钢结构规模较大且自身重量较重，因此要采用大型吊车进行吊装。为保证钢结构的稳固性，吊装时要做到精准，各构件以及部位的吊装精度要达到设计要求。在钢结构吊装环节涉及到许多高空焊接作业，这些施工任务的技术难度较大，很难控制焊接质量。为此，在进行高空焊接过程中施工人员要重点把握两点，一是控制焊接精度，二是把控钢结构变形[4]。

2.2 支撑塔吊计算与设计

在施工时根据钢结构的特征特点设计与之相互配套的支撑方案，确保钢结构足够安全稳固。如施工人员可以在每榀桁架悬挑端下方搭设一排支撑脚手架，利用其达到支撑加固的目的。在结束钢结构构件安装工作后，计算出拉索未张拉前的支撑轴力最大数值。

2.3 构件安装

在安装拉索时，根据撑杆、拉索以及钢柱等的位置关系来设计科学可行的安装方案。当钢柱、拉索以及撑杆等构架的连接位置比较高时，就可尝试采用制作吊兰高空操作的方法来完成安装操作，而对与撑杆相连拉索的安装问题，通过搭设脚手架平台进行解决[5]。

吊装桁架柱时，吊耳会承受较大的集中荷载，在正式吊装过程中它的受力会比较复杂。为准确、全面了解吊耳的受力情况，可在设计吊耳时将吊耳适当加长，然后基于最不利的工况以及最终的吊装情况对吊耳的受力情况进行计算与分析，根据计算结果科学设计吊装方案，确保整个吊装施工能顺利完成。由于桁架柱的吊装是一项技术难度较大的工作，因此在吊装前一定要对吊装施工条件进行优化。如设计好吊装路线、清理吊装场地、拼装定位板等。在正式吊装过程中保持平稳，做好监测。在下柱吊装就位时，先对内柱的对口进行定位，之后再调整外柱的对口偏差。吊装过程中使用经纬仪、全站仪等准确测量内柱垂直度，并根据测量结果对偏差做适当调整。安装主桁架时，依据主桁架的具体形式选择吊装方式，在吊装工程中保证主桁架下弦下表面基准点与支撑塔架顶部基点重合。

2.4 预应力张拉

在体育场钢结构施工中，预应力张拉是一个非常重要的施工环节，预应力张拉施工的技术难度巨大，对人员、机械设备等的要求很高。研究证明，在进行预应力张拉施工时，与同一榀桁架相连拉索的状态会受到较大影响，因此需对与同一榀桁架相连拉索也进行张拉。因体育场钢结构具有对称性，因此可同时张拉与对称2个榀桁架相连拉索，这样能够让钢结构的受力相对均匀，也能让钢结构变形问题得到控制。

3 体育场钢结构施工质量控制

3.1 钢结构加工质量控制

在体育场中采用钢结构时，构件加工质量会对整个结构的稳定性、耐久性以及体育场的安全性产生直接影响，因此在施工过程中必须严格把控钢结构加工质量。在钢结构加工环节，需从材料进厂、构件加工以及构件成品出厂等各个环节进行把控。对应用于钢结构构件加工的材料，必须要有质量合格证书，且经现场抽检质量达标率合格。在构件加工过程中，要能严格按照设计图纸控制好各构件的尺寸、规格、形状等要素，并且要对构件进行数控切割，以此避免人工误差，全面保证构件加工精度。在加工过程要对下料数量、下料时间等做好计算，最大程度地缩小下料误差，保证构件加工精度达到标准要求[6]。

3.2 钢结构安装质量控制

在正式安装之前首先要采用科学合理的技术方法将构件的安装位置、安装高度等进行测量确定，从而使屋盖整体曲面效果能达到标准要求。在正式安装过程中也必须时刻做好监测、测量与校正，保证钢结构安装质量达标。安装钢柱时，为钢柱底部配置定位螺栓，确保在吊装过程中与柱子预埋件定位螺栓相连接，使钢柱的安装精度能够达到标准要求。由于钢柱自身重量较大，因此在吊装过程中可选用QUY100型履带式起重机进行吊装。在完成钢柱吊装操作后，开始使用混凝土进行浇筑，浇筑时从钢柱顶部向下浇筑，浇筑到标高位置后停止。若在施工过程中遇到浇筑口过高，而混凝土泵车泵送高度较低的情况，就可使用汽车吊将混凝土料斗吊至柱顶脚手架浇筑平台，然后人工向着浇筑口送料浇筑。在混凝土浇筑环节要严格控制浇筑高度，实际浇筑高度不能超过设计高度。要保证浇筑过程中的匀速性以及浇筑后的密实性，要严格控制混凝土浇筑质量。

3.3 预应力拉索施工质量控制

在钢结构预应力张拉施工阶段，采用分步张拉的方式进行。正式张拉前，先根据设计预紧其中的一个拉索，确保在所有的张拉结束后，该拉索的实际索力能达到设计要求。之后，结合设计方案按照正确的顺序依次对剩下的拉索进行张拉，在张拉时，第1级由中间向两侧张拉到设计初张力的60%，第2级由两侧向中间张拉到设计初拉力的100%。

3.4 进行仿真计算分析

在体育场钢结构施工中，进行仿真计算的主要目的是对张拉方案的可行性进行验证，通过验证及时发现张拉方案中的一些不足并做出调整，确保在正式张拉过程中不会出现任何安全隐患与质量隐患。除此之外，通过计算将每张拉步钢索张拉力的大小确定下来，以便在实际张拉时有可靠的参考依据。通过仿真计算确定出每张拉步结构的变形与应力分布情况，使施工人员能在实际张拉过程中更精准地监测与更合理地调整钢结构张拉应力与变形。在进行仿真计算时，采用有限元计算软件Midas来对钢结构的张拉过程进行仿真模拟与分析计算，在计算时要保证各项原始数据的科学性与准确性，从而确保最终的仿真计算结果真实可靠。计算结束后，根据实际需求提取每级张拉力值，将其作为每级张拉施工时的参考依据。在张拉结束后，对拉索索力、结构竖向变形以及钢结构应力分布情况等做出计算分析，将计算所得数据与设计数值进行对比，对实际的张拉效果做出判断。

3.5 结构张拉质量控制

在体育场钢结构的张拉施工中，严格按照索力控制为主、结构变形为辅的原则。在张拉过程中要不断监测检查结构应力变化情况，每级张拉结束后，对张拉效果进行测量校对，当发现异常隐患时应先停止下一级的张拉施工，并组织专业技术人员对隐患来源进行调查分析并根据实际情况对异常现象进行处理，处理结束且经再次测量检测无误后再进行施工。

3.6 开展施工监测

体育场钢结构施工技术难度较大，在施工过程中易出现安全问题与质量问题，因此必须做好对施工过程的监测与控制，以保证各项施工能顺利进行。具体来说，在钢结构施工期间施工人员可使用油压传感器对拉索索力进行控制。油压传感器的精度很高（大约能达到0.1kN），因此能够保证张拉力的准确性。在所有的张拉施工结束后，采用抽样检测的方法对现场拉索索力进行检测，并将实际获得的索力大小数据与设计数值进行对比，据此判断出张拉施工效果，并根据对比结果确定是否需要返工或校正。按照有关规定，体育场钢结构施工中现场索力值与设计数值之间的误差不能超过5%，若超过5%就必须返工重修。研究与实践证明，在对钢结构进行张拉处理时，结构会因张拉力的影响而出现变形，较小的变形属于正常情况，但如果变形较大，就说明钢结构施工质量不达标，工程结构存有很大的安全隐患与质量隐患。为防止钢结构出现较大变形，在张拉过程中可采用全站仪对钢结构的竖向位移情况进行监测，若经监测发现，钢结构竖向位移偏差在10%以内，则说明钢结构施工质量达到标准要求，反之则需返工重修。

4 结束语

综上所述，在体育场钢结构施工中，构件加工与安装、支撑塔吊计算与设计、拉索安装、预应力张拉等是至关重要的几个技术要点，这些施工内容的完成情况会对钢结构整体的稳定性、安全性与耐久性产生直接性的影响。为此在施工过程中要严格按照国家及行业相关技术标准与施工要求，根据工程实际情况设计钢结构施工方案，优化钢结构施工过程，并在施工期间做好结构变形与应力变化监测，从而使体育场钢结构施工质量达到标准要求。