大型综合体育场馆建筑钢结构施工关键技术研究

李仲宏 何兆基 邓 耀 胡银翔 周怀健

大型综合体育场馆占地面积普遍较大，内部容载量高，且具有多功能性。因此，其钢结构施工复杂，经常受构件、桁架、胎架等强度的影响，导致环梁内向形变过大[1，2]。为提高建筑的有效性，需设计一种新的建筑钢结构施工技术[3]。本文结合钢结构施工现状，设计了一种全新的建筑钢结构施工技术。

1 工程概况

德胜体育中心项目位于广东省佛山市顺德区大良街道德胜东路以南，德胜河以北，顺德港以西，主要由综合体育馆、训练馆、游泳馆以及商业配套用房和市政隧道组成，总建筑面积为16.8 万m2，其中综合体育馆为可容纳1.2 万人的大型甲级体育馆，建成后可举办全国性和国际单项比赛，为广东省重点工程。

该大型综合体育馆直径约148.2 m，涉及钢结构施工的部分包括两道“V 型柱+箱型环梁”，整体用钢量约6 000 t。钢筋混凝土看台5层高，铺设预制看台板，屋盖为索穹顶结构，总高度约38.4 m，屋面为连续焊接不锈钢金属屋面。德胜体育中心大型综合体育场馆的钢结构属于一种大跨空间独立结构，为了提高钢结构安装的稳定性，该工程使用斜向支撑法设置临时支撑胎架，其主要构件连接示意图如图1 所示。

由图1 可知，为了固定钢结构施工构件，综合体育场馆共设置了96 根外环V 型柱、16 根内环V 型柱，其主要参数如表1 所示。由表1 可知，上述钢梁主要使用V 型钢管柱进行支撑，通过V 型柱与混凝土结构相连。

表1 钢结构参数

图1 主要构件连接示意图（来源：施工方案）

施工卸载程序均需不断进行支撑控制，确保结构安全稳定[4，5]。为了提高施工的有效性和可行性，该工程进行了模块化施工，标注各个施工节点，降低后续的施工难度。

2 体育场钢结构施工技术设计

2.1 拼装高强度胎架

拼装过程中，需要始终遵循以下几个重要原则：第一，拼装的胎架必须统一设计；第二，需在硬化处理后的场地拼装；第三，需整体吊装进行组装；第四，尽量避开节点施焊；第五，需预先计算各个拼装指标，确保有效的吊装高度，避免胎架沉降不均匀。拼装胎架示意图如图2 所示。

图2 拼装胎架示意图（来源：作者自绘）

拼装胎架由腹杆、主弦杆、路基箱组合而成。为提高胎架的拼装精度，本文设计的施工技术采用了合理的材料运输方案，按照胎架的弧度进行统一分类，调整拼装长度，保证其始终处于拼装固定状态。首先，需要布置拼装胎架，使下弦主弦杆就位；其次，拼装腹杆，使上弦主弦杆就位；最后，拼装立面腹杆，复查拼装尺寸，完成胎架拼装。

2.2 加工弧形抗形变钢结构构件

为了降低钢结构的形变量，应加工弧形抗形变钢结构构件。

大型综合体育场馆的钢结构截面尺寸较大且运输困难，为了有效加工钢结构构件，需要预先计算主弦杆长度L，计算公式为：

式中，D代表腹杆长度，E代表腹杆宽度。

根据构件的独立加工原则，还需确定无缝钢管的拼接宽度d，计算公式为：

每个钢结构支架都存在一定的间距，为了降低焊接缝隙，还要进行预拼装处理。经过初次加工发现，钢结构构件可能受锈蚀作用影响，降低实际施工效果，因此在抗形变钢结构构件加工过程中需定期进行除锈、涂装，再使用指定的加工设备进行加工[5，6]。

2.3 布设高稳空间桁架

不同类型的空间桁架布设的区域不同，因此在施工过程中需要根据桁架的涂装、除锈关系进行多次加工，降低桁架的弯曲半径，从而确保易于切割。三角形桁架的稳定性较高，主要由弦杆和腹杆组成，不存在较大的焊接缝隙，在桁架布设过程中可以进行分段处理，根据平行桁架的间隔进行组装和加工，再使用冷弯加工工艺缩小其弯曲半径。桁架布置示意图如图3 所示。

图3 桁架布置示意图（来源：作者自绘）

由图3 可知，可以将上桁架和下桁架其中之一作为主桁架，另一个作为次桁架，并将钢结构的主要节点布置在主桁架上，其他次节点布置在次桁架上。每个桁架的弦杆和腹杆部分均为拼装散件，需要在施工现场进行焊接，而桁架的焊接状态与桁架布置效果有重要关联，因此需要正确选用焊材，满足实际施工需求。

另外，还可以选取预热温度较高的焊条进行焊接，避免出现焊接裂纹。在焊接过程中，需要不断控制焊接热量，使用锤击工艺来避免焊接收缩应力。焊接完毕后，根据施工需求设置焊接球，完成高温空间桁架的布置，最大程度提高钢结构的支撑力，提高钢结构的可靠性。

3 施工效果分析

为了验证上述设计的大型综合体育场馆建筑钢结构施工关键技术的施工效果，施工完毕后，需要选取屋面钢结构安装部分进行施工效果分析。安装后，天窗和金属屋面板效果均较好，各个钢结构之间的联系也比较紧密。为了进一步分析施工后各个钢结构层的实际强度，本文在C1 ～C5 区各抽取一个改造点，剖析其内部构造。

屋面钢结构由不锈钢装饰板、合金骨架、连续焊接不锈钢金属屋面板、防水卷材、厚岩棉以及铝锌压型钢板等材料组成，整体强度较高，抗形变能力较强，为了有效检测钢结构环梁内向形变量，本文选取LSP-1000S 形变量检测仪进行检测。该形变量检测仪的敏感性较高，具有自动采集功能，能实现精准的采集控制，符合施工效果分析需求。使用该仪器检测环梁内向形变量，各个检测点的形变量检测结果如表2 所示。由表2可知，使用本文设计的体育场钢结构施工技术施工后的各检测点环梁内向形变量均低于施工最大允许形变量。

表2 各个检测点的形变量检测结果

4 结语

大型综合体育场馆是一种承接各种各样赛事的综合建筑，其总体占地面积较广，承载量较大。

常规的钢结构施工技术由于受施工环境影响，环梁内向形变量过高，不符合目前体育场馆的结构需求，因此本文设计了一种新的钢结构施工技术，并进行施工效果分析。

结果表明，应用本文设计的钢结构施工技术进行施工后，各个检测点的环梁内向形变量均低于施工最大允许形变量，证明该施工技术的施工效果较好，具有可靠性，有一定的应用价值，可以作为后续大型体育场馆施工的参考。