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摘要：针对北京某大学综合游泳馆钢结构工程造型复杂的大跨度钢网架结构、大跨度型钢梁結构、造型复杂的大跨度弧型钢梁结构和箱型型钢柱结构的特点，根据该工程的设计情况和现场情况,介绍了钢结构的关键施工技术,取得了良好的经济效益和社会效益.该工程已获得2010年度北京市结构长城杯荣誉称号.笔者介绍了大跨度复杂造型钢网架结构高空散装方案的关键施工技术及控制措施,为类似工程施工提供了技术借鉴。
关键词：钢结构体育场大跨度复杂造型网架结构
中图分类号：TU391文献标识码： A
一、工程概况
随着钢结构施工技术的进步，许多大跨钢结构普遍采用分部整体吊装，整体提升等施工方法。这些方法施工进度快主要构件在地面拼装，质量易于保证。我国北京某大学综合游泳馆工程包括篮球馆和游泳馆2个场馆,是一所综合性的体育场馆该工程地下1层,地上3层,建筑面积16 952㎡,工程建成后可满足包括游泳、射箭、篮球、体操等各种高级别赛事活动在内的大型体育活动和师生健身的需要,并将成为中国地质大学的标志性建筑.工程设计看台总座椅数3032席,其中贵宾看台38席.该工程建筑造型奇特,形似鹰头,结构形式为现浇钢筋混凝土框架结构,屋顶结构为钢结构.工程自2008年12月8日开工,2010年10月31日竣工。篮球馆屋面钢结构为螺栓球连接形式的正四角锥钢网架,网架南北向跨度为47.6 m,东西向跨度60m,最高处标高为23.8 m,最低处标高为18.653 m,网架矢高2.6 m.网架投影面积为2 932 m2,支撑在周边的22个混凝土柱上,混凝土柱顶标高复杂多变,网架支座为弹性支座;网架结构总质量约90 t,网架结构的网格尺寸为4 m×4 m左右,其中最大规格杆件为φ219×10 mm,最小规格杆件为φ60×4 mm,所有杆件均采用Q235B钢材;螺栓球为45号钢,最大球径为280 mm,最小球径为100 mm。
二、工程特点、难点
1、钢结构跨度大
屋面钢结构跨度大(最大130m),造型独特复杂,标高差距大(高低相差41。5m)。
2、临时支撑的难度
悬空的泳池结构增加了钢网架拼装、吊装时设置临时支撑的难度。
3、工期难度
工程重要、工期紧 总工期为1年7个月,跨越了2个年度。因此,钢结构施工期间必须穿插施工砌体、安装、装修等项目,方能保证工期。
三、钢网架结构施工方案比选
针对本工程的实际情况,并结合钢网架常用的施工方法,在本着方案科学合理、技术先进可行、工艺简捷适用、措施保障得力、经济实用的原则下,为确保工程质量、进度、安全,对下述5种施工方案进行了分析和比选.
1、满堂脚手架高空散装法
搭设满堂脚手架进行高空散拼,尽管操作环境较好,有利于安全生产,但施工速度慢,而且屋面以下的作业空间被占用,钢结构施工期间难以穿插施工砌体、安装、装修等分项,将使总工期延长3~4个月。
2、分块安装、高空对接法
采用在地面上分块散装,利用提升设备或起重设备吊装至设计标高时对接,使之成为一整体[1].此种方法受本工程场地限制,无法采用.
3、拔杆进行提升法
网架在混凝土结构面上拼装后,采用拔杆进行提升。该方案技术难度大,对混凝土结构、钢结构及施工作业安全的影响较大,但在网架提升过程中,可以穿插施工砌体、安装、装修等分项,能够缩短总工期3~4个月。拔杆提升与高空散拼方案的对比分析如下:¹拔杆提升 质量易保证,提升风险大;对其他工序和下部结构施工影响较小;钢结构施工速度快,工程总工期短;造价与高空散拼相近。º高空散拼 质量易保证,安全作业好,对混凝土结构安全影响大;延误其他工序,对下部结构施工影响较大;钢结构施工速度较慢,工程总工期长;造价与拔杆整体提升相近。上述分析表明:拔杆提升方案的整体技术经济效果要优于高空散拼方案。因此,只要解决了拔杆提升的整体稳定性、同步性及拔杆支撑部位混凝土结构的安全性等问题,该方案则是可行的。
4、高空滑移法
由于结构造型复杂,柱顶标高复杂多变,难以划分拼装单元和布设滑移轨道[1],故该工程不适宜采用滑移方案。
四、钢结构施工技术
1、拔杆提升关键技术
为了弄清提升、卸载过程中钢结构、下部混凝土结构及提升机具的内力和变形数值,以确定各种工艺参数,采用SFCAD2006、MSTCAD2005、ANSYS软件分别对各工况的钢结构、下部混凝土结构、拔杆及吊具的受力和变形进行了分析计算。计算分析工况:a 工况1按池体划分的3个单元独立提升至±0.00; b工况2对接形成2个单元,独立提升至8.40m标高; c 工况3 对接形成一体,提升至标高11.20m,继续扩展拼装;d工况4 扩展拼装,室内形成一体,提升至设计标高;e工况5 室内外网架对接形成整体; f工况6 分7步进行网架卸载。其中,每个工况又分为同步提升、差异提升、某一吊点失效3种状态。通过对网架在各工况下同步提升、差异提升、吊点失效3种状态的内力和变形分析可知:网架在各提升工况中均存在应力比达0.8的杆件。提升过程中,网架的较小竖向变形约为10mm;卸载后,网架最大的竖向变形为89.8mm,最大的水平变形为17.6mm;采用MST2006与ANSYS计算的结果接近,工况5下钢结构内力和变形结果如表1所示。施工过程中,将杆件的应力比控制在≤0.8,对应力比超过0.8的部分杆件做了相应替换。
2、测量控制
钢结构安装测量控制网与土建施工控制网采用同一场地坐标系,整个室内部分螺栓球网架设3个平面控制点作为复测过程中控制点(见图2).控制网应覆盖整个施工范围.图2平面测量控制点面高空散拼关键是精确找出螺栓球的位置,根据设计图纸的几何尺寸和测量控制网,用经纬仪精确放线,确定网架节点位置,同时用水准仪进行找平,划出十字中心线,确定螺栓球位置[4].拼装结束后,要对拼装网架的几何尺寸进行验收测量[5],为最终连接提供依据.为保持测量控制的一致性和连续性,控制网应在完成布设后每月进行一次校核,直至竣工移交为止[4].本工程网架施工完成后,在甲方、监理、总包和实验室的共同测量下,网架的最大挠度仅为37 mm,远远低于设计要求的121 mm(1115倍设计值[5]).施工技术方案非常成功.
3、卸载
大跨度钢结构卸载要遵循变形协调,卸载均衡的原则。由于该工程跨度大、造型复杂,各提升点的卸载量差异较大,因此需要依据施工模拟分析结果,先确定出每个提升点的卸载量。根据卸载后最大的竖向位移89.8mm,只要将卸载分成7步,即可控制每次卸载量在10mm左右。
结语：
本游泳馆钢结构工程拼装难度大!节点构造复杂!施工尺寸精度要求高经过精心组织和施工,主体结构完成后,各分部分项工程质量均达到结构长城杯的要求,质量优良。
参考文献：
[1]李田俊,陈首峰,吴海俊. 中国地质大学(北京)综合游泳馆钢结构施工技术[J]. 青岛理工大学学报,2011,02:124-127.
[2]赵宏华,朱华. 苏州独墅湖高教区游泳馆钢结构吊装技术[J]. 钢结构,2008,09:71-74.
[3]朱蕾宏. 徐州师范大学体育中心游泳馆钢结构设计与施工[A]. 中国钢结构协会.中国钢结构协会四届四次理事会暨2006年全国钢结构学术年会论文集[C].中国钢结构协会:,2006:4.
[4]田李梅,刘振华,梁玉梅. 济南奥体中心游泳馆钢结构安装工程施工监测[A]. 山东土木建筑学会建筑结构专业委员会.山东土木建筑学会建筑结构专业委员会2008年学术年会论文集[C].山东土木建筑学会建筑结构专业委员会:,2008:4.
[5]张同波,付长春,王辉. 青岛体育中心游泳跳水馆钢结构施工技术[J]. 施工技术,2009,03:48-51.
关键词：钢结构体育场大跨度复杂造型网架结构
中图分类号：TU391文献标识码： A
一、工程概况
随着钢结构施工技术的进步，许多大跨钢结构普遍采用分部整体吊装，整体提升等施工方法。这些方法施工进度快主要构件在地面拼装，质量易于保证。我国北京某大学综合游泳馆工程包括篮球馆和游泳馆2个场馆,是一所综合性的体育场馆该工程地下1层,地上3层,建筑面积16 952㎡,工程建成后可满足包括游泳、射箭、篮球、体操等各种高级别赛事活动在内的大型体育活动和师生健身的需要,并将成为中国地质大学的标志性建筑.工程设计看台总座椅数3032席,其中贵宾看台38席.该工程建筑造型奇特,形似鹰头,结构形式为现浇钢筋混凝土框架结构,屋顶结构为钢结构.工程自2008年12月8日开工,2010年10月31日竣工。篮球馆屋面钢结构为螺栓球连接形式的正四角锥钢网架,网架南北向跨度为47.6 m,东西向跨度60m,最高处标高为23.8 m,最低处标高为18.653 m,网架矢高2.6 m.网架投影面积为2 932 m2,支撑在周边的22个混凝土柱上,混凝土柱顶标高复杂多变,网架支座为弹性支座;网架结构总质量约90 t,网架结构的网格尺寸为4 m×4 m左右,其中最大规格杆件为φ219×10 mm,最小规格杆件为φ60×4 mm,所有杆件均采用Q235B钢材;螺栓球为45号钢,最大球径为280 mm,最小球径为100 mm。
二、工程特点、难点
1、钢结构跨度大
屋面钢结构跨度大(最大130m),造型独特复杂,标高差距大(高低相差41。5m)。
2、临时支撑的难度
悬空的泳池结构增加了钢网架拼装、吊装时设置临时支撑的难度。
3、工期难度
工程重要、工期紧 总工期为1年7个月,跨越了2个年度。因此,钢结构施工期间必须穿插施工砌体、安装、装修等项目,方能保证工期。
三、钢网架结构施工方案比选
针对本工程的实际情况,并结合钢网架常用的施工方法,在本着方案科学合理、技术先进可行、工艺简捷适用、措施保障得力、经济实用的原则下,为确保工程质量、进度、安全,对下述5种施工方案进行了分析和比选.
1、满堂脚手架高空散装法
搭设满堂脚手架进行高空散拼,尽管操作环境较好,有利于安全生产,但施工速度慢,而且屋面以下的作业空间被占用,钢结构施工期间难以穿插施工砌体、安装、装修等分项,将使总工期延长3~4个月。
2、分块安装、高空对接法
采用在地面上分块散装,利用提升设备或起重设备吊装至设计标高时对接,使之成为一整体[1].此种方法受本工程场地限制,无法采用.
3、拔杆进行提升法
网架在混凝土结构面上拼装后,采用拔杆进行提升。该方案技术难度大,对混凝土结构、钢结构及施工作业安全的影响较大,但在网架提升过程中,可以穿插施工砌体、安装、装修等分项,能够缩短总工期3~4个月。拔杆提升与高空散拼方案的对比分析如下:¹拔杆提升 质量易保证,提升风险大;对其他工序和下部结构施工影响较小;钢结构施工速度快,工程总工期短;造价与高空散拼相近。º高空散拼 质量易保证,安全作业好,对混凝土结构安全影响大;延误其他工序,对下部结构施工影响较大;钢结构施工速度较慢,工程总工期长;造价与拔杆整体提升相近。上述分析表明:拔杆提升方案的整体技术经济效果要优于高空散拼方案。因此,只要解决了拔杆提升的整体稳定性、同步性及拔杆支撑部位混凝土结构的安全性等问题,该方案则是可行的。
4、高空滑移法
由于结构造型复杂,柱顶标高复杂多变,难以划分拼装单元和布设滑移轨道[1],故该工程不适宜采用滑移方案。
四、钢结构施工技术
1、拔杆提升关键技术
为了弄清提升、卸载过程中钢结构、下部混凝土结构及提升机具的内力和变形数值,以确定各种工艺参数,采用SFCAD2006、MSTCAD2005、ANSYS软件分别对各工况的钢结构、下部混凝土结构、拔杆及吊具的受力和变形进行了分析计算。计算分析工况:a 工况1按池体划分的3个单元独立提升至±0.00; b工况2对接形成2个单元,独立提升至8.40m标高; c 工况3 对接形成一体,提升至标高11.20m,继续扩展拼装;d工况4 扩展拼装,室内形成一体,提升至设计标高;e工况5 室内外网架对接形成整体; f工况6 分7步进行网架卸载。其中,每个工况又分为同步提升、差异提升、某一吊点失效3种状态。通过对网架在各工况下同步提升、差异提升、吊点失效3种状态的内力和变形分析可知:网架在各提升工况中均存在应力比达0.8的杆件。提升过程中,网架的较小竖向变形约为10mm;卸载后,网架最大的竖向变形为89.8mm,最大的水平变形为17.6mm;采用MST2006与ANSYS计算的结果接近,工况5下钢结构内力和变形结果如表1所示。施工过程中,将杆件的应力比控制在≤0.8,对应力比超过0.8的部分杆件做了相应替换。
2、测量控制
钢结构安装测量控制网与土建施工控制网采用同一场地坐标系,整个室内部分螺栓球网架设3个平面控制点作为复测过程中控制点(见图2).控制网应覆盖整个施工范围.图2平面测量控制点面高空散拼关键是精确找出螺栓球的位置,根据设计图纸的几何尺寸和测量控制网,用经纬仪精确放线,确定网架节点位置,同时用水准仪进行找平,划出十字中心线,确定螺栓球位置[4].拼装结束后,要对拼装网架的几何尺寸进行验收测量[5],为最终连接提供依据.为保持测量控制的一致性和连续性,控制网应在完成布设后每月进行一次校核,直至竣工移交为止[4].本工程网架施工完成后,在甲方、监理、总包和实验室的共同测量下,网架的最大挠度仅为37 mm,远远低于设计要求的121 mm(1115倍设计值[5]).施工技术方案非常成功.
3、卸载
大跨度钢结构卸载要遵循变形协调,卸载均衡的原则。由于该工程跨度大、造型复杂,各提升点的卸载量差异较大,因此需要依据施工模拟分析结果,先确定出每个提升点的卸载量。根据卸载后最大的竖向位移89.8mm,只要将卸载分成7步,即可控制每次卸载量在10mm左右。
结语：
本游泳馆钢结构工程拼装难度大!节点构造复杂!施工尺寸精度要求高经过精心组织和施工,主体结构完成后,各分部分项工程质量均达到结构长城杯的要求,质量优良。
参考文献：
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[2]赵宏华,朱华. 苏州独墅湖高教区游泳馆钢结构吊装技术[J]. 钢结构,2008,09:71-74.
[3]朱蕾宏. 徐州师范大学体育中心游泳馆钢结构设计与施工[A]. 中国钢结构协会.中国钢结构协会四届四次理事会暨2006年全国钢结构学术年会论文集[C].中国钢结构协会:,2006:4.
[4]田李梅,刘振华,梁玉梅. 济南奥体中心游泳馆钢结构安装工程施工监测[A]. 山东土木建筑学会建筑结构专业委员会.山东土木建筑学会建筑结构专业委员会2008年学术年会论文集[C].山东土木建筑学会建筑结构专业委员会:,2008:4.
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