摘要：随着建筑行业的不断发展，钢结构的造型及结构形式越来越复杂，钢结构的方案设计及工程质量直接影响着建筑结构及使用安全。本文以贵阳奥体中心主体育场钢结构工程为例，论述了钢结构的安装施工技术。
关键词：钢结构；施工；技术
一、工程简介
贵阳奥体中心主体育场钢罩棚结构设计引用贵州少数民族膜拜和装饰的水牛角符号，由东西两个水牛角形的金属板飘棚首位相交的对应布置在环形看台上。整个金属板飘棚从立面到屋顶设计为一体，体形简洁完整，曲线光滑流畅，视觉冲击力强。其中西看台屋盖钢结构沿环向长度约为410m，沿径向长度约为69m，在屋面中部区段设置屋面支撑，屋面桁架最大悬臂长度为49m，投影面积16700平方米；东看台屋面钢结构沿环向长度约为340m，沿径向长度约为43m，投影面积约10600平方米。
二、结构概况
本工程钢罩棚为管桁架结构，分布于主体育场东、西看台，由墙面桁架、屋面桁架、转换桁架、端桁架、边桁架组成，其中片式桁架交点间距约9m，墙面桁架平面方向与地面垂直，屋面桁架方向与建筑径向轴线方向相同，由于屋面桁架和墙面桁架不在同一平面内，桁架主弦不能贯通，则通过设置转换桁架相连。在整个斜交平面桁架体系中有铸钢节点、焊接球节点、相贯线节点、对接节点多种连接节点形式，同时在西看台悬挑屋面桁架上弦设置了16根预应力拉索，使得大跨度悬挑结构得以实现。
插图2.2-1 罩棚钢结构分布图
3、钢结构安装施工重点、难点分析
3.1.施工过程安全控制、现场拼装及安装稳定性保证
管桁架结构中单片桁架尺寸、单元桁架尺寸超出运输范围，要求构件散件运至现场后拼装成吊装单元。现场拼装桁架片数多，拼装桁架节点量大，每片桁架拼装胎架形式均不同。拼装施工时构件拼装场地、拼装胎架形式的选择都对拼装进度、拼装质量有极大的影响。管桁架结构安装过程中未形成整体受力体系，结构自身稳定性差。安装过程完全依靠支撑胎架受力，这对安装支撑胎架体系的设计、安全系数提出了极高的要求。安装支撑胎架设置还需要结合现场自然地形、结构布置综合考虑。
3.2.预应力拉索施工
西看台大跨度钢结构设计了预应力拉索，预应力张拉过程中结构整体位移、结构应力控制、对支撑胎架的影响分析的难度大。预应力施工完成后，结构整体成形是预应力施工的关键点。
3.3.安装支撑胎架卸载
结构安装完成后，在预应力张拉至40%后进行安装支撑胎架的卸载。安装支撑胎架卸载是结构荷载由支撑胎架向结构自身转移过程，卸载过程中的结构位移量、应力应变控制是确保卸载安全的关键。
3.4.结构安装施工过程变形控制与监控
结构预应力张拉施工和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，须防止张拉施工、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。结构预应力张拉施工、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，张拉、卸载分级的制定，以及张拉、卸载各级别所占比例的确定，是指导现场实际操作的重点。
3.5.钢结构吊装机械设备及吊装路线选择
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，现场四周分布山体，东看台墙桁架直接分布在原有山体上，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。
3.6.钢结构测量控制
管桁架结构构件、节点数量多，圆管杆件、球形节点空间三维测量控制难度大。管件截面较小，自身柔性影响较大，全钢结构在外部温度、光照等因素的影响下变形明显。钢结构的现场测量控制在构件拼装、单元构件吊装两个阶段进行。拼装过程对单元构件关键节点设置清晰、明确的测量标记，确保拼装尺寸控制准确。安装施工时胎架支撑平台上根据单元关键节点标记设置定位点，确保就为空间位置准确。通过对节点三维空间位置控制保证单元对接合拢后的整体性。
3.7.焊接施工质量控制
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。
3.8.施工过程安全控制
现场施工区域面积大，同时进场施工的钢结构作业人员数量多，大型施工机械数量多，安全教育及安全管理难度大。钢结构安装同时作业点多，且均为高空作业，高空坠落、物体打击、机械电气伤害等危险源控制难度大。
4、施工方案的选择
贵阳奥体中心主体育场钢罩棚系统的结构形式复杂、构件类型多样、工期紧张、现场周边环境复杂,罩棚钢结构分别由墙面桁架、转换桁架、屋面桁架、端桁架、边桁架等五种主要桁架形式构成。根据东西看台分为东、西（D、X）两个区，钢结构施工阶段分别从主体育场东、西看台底端（D1区、X1区）开始，按照逆时针方向安装。施工步骤如下：窄端边桁架→转换桁架（端桁架同步进行）→屋面桁架（墙面桁架流水安装）→最宽端边桁架；东罩棚安装次序:窄端边桁架→墙面桁架→转换桁架（端桁架同步）→屋面桁架→最宽端边桁架，整体卸载。罩棚结构沿环向安装过程中，为确保各阶段安装的结构可以顺利合拢，将东看台D区又分为四个施工区域（D1区、D2区、D3区、D4区），西看台X区又分为五个施工区域（X1区、X2区、X3区、X4区、X5区）。结构按逆时针顺序安装时，测量校正、焊接施工以及温度应力所产生的误差在单个区域内进行控制、协调，确保两个区域之间连接处的安装精度，区域之间连接尽量选择在温度接近当地平均气温的时候进行，以此避免或减小温度应力对结构的影响。
5、结语
近年来,各国在研究大跨度钢结构的结构形式的同,也在不断地研究和提高大跨度钢结构的施工技术。目前,国内外已有很多先进的大跨度钢结构施工技术,我们应根据结构形式、现场条件及工期安排选择相应的施工技术。选择方案时,总体原则可参照如下:
(1)对于跨度大,施工区域面积大且不规则的大跨度场馆钢结构,在现场施工条件允许情况下,优先采用分段吊装方案,下设支撑塔架,结构形成后整体卸载。对于杆件重量较轻的大跨度钢结构,在现场场地条件允许下和高空稳定有保证的条件下,可采用高空散装方案。
(2)对于整体形状规则及构件种类单一的大跨度钢结构,优先采用地面组装、定点吊装、整体滑移方案。
参考文献
[1]董石鳞.我国大跨度空间钢结构的发展与展望.空间结构.2000
[2]董石鳞，预应力大跨度空间钢结构的应用与展望.空间结构，2001
[3]陈冲，贵阳奥体中心主体育场钢结构工程施工组织设计[R].
论文作者:张春林
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：桁架论文; 钢结构论文; 结构论文; 罩棚论文; 屋面论文; 预应力论文; 看台论文; 《基层建设》2019年第20期论文;