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钢结构2016 年第 5 期第 31 卷总第 209 期 温州奥林匹克体育中心体育场钢结构施工技术 李咏安1刘元明2刘幸1 1． 武汉大学土木建筑工程学院，武汉430072; 2． 上海建科工程咨询有限公司，上海 200032 摘要 温州奥林匹克中心体育场馆为大跨钢结构， 主要结构为桁架结构， 其特点为 面积大、 高度高、 吊装难 度大。施工采取工厂预制、 现场拼装和吊装的综合方案。主跨采取分段吊装， 部分区域采用整体拼装、 提升、 滑移的施工方案。详细介绍了其施工制作、 拼装与吊装工艺， 同时介绍了其施工定位测量方案与测量控制网 的建立以及主要构件的测量精度控制方法， 对整体桁架结构采用有限元软件 MIDAS 进行安全验算分析、 对 主要构件节点采用有限元软件 ANSYS 进行分析， 确保其安全施工。通过以上措施保证了工程的工期、 经济 效益及降低了安全、 质量风险。 关键词 钢结构;工厂预装;现场拼装;工程监测;安全验算 DOI 10. 13206/j． gjg201605017 CONSTＲUCTION TECHNOLOGY FOＲ THE STEEL STＲUCTUＲE OF WENZHOU OLYMPIC SPOＲTS CENTEＲ STADIUM Li Yong’ an1Liu Yuanming2Liu Xing1 1． School of Civil Engineering， Wuhan University，Wuhan 430072， China; 2． Shanghai Jianke Engineering Consulting Co． Ltd，Shanghai 200032，China ABSTＲACT Long- span steel structure was used in Wenzhou Olympic Center Stadium with the main structure of truss structure，which has the characteristics of large- area，high- altitude and difficult to be hoisted． The construction process adopted factory- installed， on- site assembly and hoisting． The main span was divided into several segments and hoisted， partial region was assembled as a whole and hoisted， the whole truss structure was sliding to the other section． This paper introduced its construction process， assembling and lifting process， the positioning measurement， the establishment of the measurement，control network and the precision control were introduced． The safety analysis for the whole truss structure was conducted by the software MIDAS， the main joints and members were analyzed by using the software ANSYS． These measures ensured the projects duration and economic benefits，and also reduced the security and quality risk． KEY WOＲDS steel structure;factory- installed; on- site assembly;project monitoring;safety checking 第一作者 李咏安， 男， 1991 年出生， 硕士研究生。 Email lya1991 live． com 收稿日期 2015 －12 －01 1工程概况 温州奥林匹克体育馆一期工程由体育馆、 游泳 馆及其连接部分组成， 建筑面积 104 204m2， 上部钢 结构屋盖是两向正交正放平面桁架结构， 为空间曲 面结构 图 1 ， 钢屋盖由 33 榀主桁架、 次桁架和墙 桁架组成。体育馆最重主桁架质量约 40 t， 游泳馆 主桁架质量约30 t， 最大屋盖跨度67. 2 m 76 m， 最 大高度 4 m。 图 1体育馆钢屋架模型 2工程施工方案及难点 2. 1施工区域划分 依据现场的交通、 场地等施工条件， 现场施工共 分为三大阶段 游泳馆、 综合馆以及两馆的中间区。 其中游泳馆划分为 1 ～4 施工区; 综合训练馆划分为 5 ～8 施工区; 中间部分划为第 9 施工区。其施工区 域划分见图 2。 2. 2安装顺序方案 整体施工顺序为 游泳馆、 综合训练馆同步施 工， 之后施工两馆中间区域。其中游泳馆安装顺序 为 1 区→2 区→4 区→3 区， 综合训练馆安装顺序 为 5 区→6 区→8 区→7 区， 中间部分划分为 9 区， 87 施工技术 Steel Construction. 2016 5 ，Vol. 31，No. 209 图 2施工区域划分 其施工部署如表 1 所示。 2. 3钢结构施工难点 1 施工场地制约。体育馆北面是有地下室的 广场， 南面相邻工地正在施工， 场内道路狭窄， 不利 于大型机械行走和构件拼装; 屋盖中心区域离周边 太远， 构件安装难度大。 2 预拼装与现场拼装精度的控制。场馆桁架 在工厂分段拼装焊接后出厂， 为了保证现场桁架吊 装及拼装精度， 需对桁架进行预拼装。如何控制桁 架预拼装精度， 保证现场安装的精度， 是工程的一大 重点。拼装问题也带来了实际施工中的测量问题， 因此也造成了工程测量控制精度的难点问题。 3 钢结构吊装控制。由于结构造型特异， 中心 区域桁架支座分布为曲线， 且两端高差较大， 常规的 滑移提升工艺难以采用， 此部分桁架的顺利吊装是 工程的重点之一。 表 1区域施工部署 施工区域施工机械施工方法 1 160 t 汽车吊 360 t 履带吊 使用 250 t 履带吊吊装②⑥轴吊装分段; 使用 160 t 汽车吊吊装⑦瑏瑥轴吊装分段安装顺序 墙桁架→屋 面主桁架→次桁架。 2360 t 履带吊由②瑏瑦轴吊装， 之后安装轴屋面分段桁架。 3160 t 汽车吊 使用160 t 汽车吊将构件吊运到3 号区域， 在瑏瑣瑏瑤轴搭设的操作平台进行组拼， 完成该区域的提升单元组 拼后使用两侧桁架上设置的提升机构将提升单元提升就位。 4160 t 汽车吊搭设满堂脚手架， 使用 160 t 汽车吊倒料后高空散拼。 5 450 t 履带吊 275t 履带吊 由瑐瑥向瑑瑡轴吊装， 待○ L轴以北区域吊装完成后， 由○K向轴吊装。 6 450 t 履带吊 275t 履带吊 由瑑瑡向瑐瑠轴吊装， 待轴以南区域吊装完成后， 由向轴吊装。 7160 t 汽车吊搭设满堂脚手架， 使用 160 t 汽车吊倒料后高空散拼。 8 450 t 履带吊 275t 履带吊 使用450 t 履带吊将构件吊运到7 号区域， 在瑐瑩瑑瑠轴搭设的操作平台进行组拼， 该区域的提升单元组拼后 使用两侧桁架上设置的提升机构将提升单元提升就位。 9 450 t 履带吊 360 t 履带吊 首先由瑏瑢向瑏瑦轴安装悬挑端桁架， 之后安装轴的 3 榀主桁架， 最后吊装瑏瑧瑐瑠轴悬挑桁架． 悬挑桁架 端部架设临时支撑柱。 3施工关键技术控制、 操作要点 3. 1场地限制施工操作［1 －2 ］ 在施工前经过反复讨论磋商， 决定尽量少考虑 北面地下室顶板上的作业范围， 只是在局部加固以 便吊机站位， 这样可保证地下室结构的安全， 其施工 加固措施如图3 所示 ［3 ］。距离远的屋盖采用中央区 域滑移、 提升施工， 周边区域分段吊装施工。 图 3地下室顶板局部加固示意 3. 2施工钢管弯圆控制操作 根据钢管截面特点， 以先进、 高效、 技术成熟的 机械弯圆工艺为主， 根据以往工程经验及国家相关 规程， 对 273 10 的钢管采用机械冷弯。钢管杆 件弯曲完成后相隔 90的 4 条及节点圆周环线， 打 样冲眼， 以便于钢管的对接。采用多次机械弯曲使 钢管成型后两轴外径与设计外径的差值不得大于 3 mm 及设计外径的 1 中的较小值。钢管弯 曲过程中应选用正公差壁厚管材。 3. 3工厂预拼装精度控制 在工厂对桁架进行预拼装， 先确立构件的整体 坐标系及控制点的坐标， 结合桁架的立面布置图， 进 行预拼装地样线的绘制。在绘制地样线时， 应首先 进行中心线 或轴线 的绘制， 然后通过偏移中心线 或轴线 得到节点的轮廓线或控制点的投影点。 根据绘制好的地样线， 结合桁架的实际结构构形， 进 行预拼装胎架的搭设。胎架搭设后， 按一定顺序在 97 李咏安， 等 温州奥林匹克体育中心体育场钢结构施工技术 钢结构2016 年第 5 期第 31 卷总第 209 期 胎架上放置实际构件。构件放置完毕， 对地样线进 行整体调整; 通过检测各控制点的尺寸偏差以及各 对应端口间的错边与间隙情况， 从而控制构件的制 作精度。拼装和预拼装测量采用三维激光扫描仪， 测量精度达到 0. 2 mm， 保证了现场安装的精度［4 ］。 3. 4现场拼装施工控制 3. 4. 1现场拼装总体说明 1 钢桁架是大跨度空间曲面， 必须采用分段吊 装。钢结构桁架的分段在满足吊装设备的吊装性能 前提下， 还应减少高空拼接吊次， 以便保证工期、 工 程质量要求， 整个工程分段构件应包括所有钢桁架。 2 对接位置杆件不应在同一平面上， 而应错开 700 ～1 000 mm。加工时管件的分界面在两相邻节 点的 1/3 处附近 图 4 ， 且各弦杆应错位， 安装时对 接的间隙是两侧各占一半。 图 4桁架分段界面示意 3桁架分段吊装应按照对应的轴线分段吊装， 墙桁架一次吊装完成， 屋面主桁架分段吊装完成， 主 要轴线桁架的分段吊装示意见图 5。 图 5主要轴线分段吊装示意 3. 4. 2现场拼装 1 现场拼装方案 ［5 ］。由于道路及现场方案所 需， 部分钢桁架需采取工厂散件制作及运输， 现场地 面拼装为单个吊装单元后进行吊装。分段长度控制 在 16 m 之内。部分 3 m 以内的桁架可在工厂加工 为小拼单元后运输到现场组拼成吊装单元进行 吊装。 2 现场拼装胎架设置。工程中设置 H 形钢拼 装胎架。胎架搭设时应根据坐标转化后的坐标轴放 投影线、 标高线、 检验线及支点位置， 形成田字形控 制网。胎架高度最低处应能满足全位置焊接所需的 高度。胎架旁应建立胎架沉降观察点。在施工过程 中观察标高有无变化， 如有变化应及时调整， 待沉降 稳定后方可进行焊接。 3 拼装胎架精确度测量。拼装前， 对桁架胎架 进行全方位测量校正， 然后对桁架杆件的搁置位置 建立控制网格以便对各点的空间位置进行测量放 线， 设置好杆件放置的限位块。胎架在完成一次拼 装后， 必须对其尺寸进行一次检测复核。 4 典型桁架拼装流程。使用全站仪， 将待拼装 的平面桁架轴线放样至地面上→根据桁架的轴线位 置放置拼装胎架→将拼装单元的上弦杆吊至拼装胎 架→将拼装单元的下弦杆吊至拼装胎架→将拼装单 元的腹杆吊至拼装胎架→使用铅垂仪及经纬仪对桁 架进行检测。检测合格后再焊接。 5 区域结构滑移提升 ［6 ］。3 号区域共 5 榀桁架 需进行端部拼装、 滑移、 提升施工， 为了便于施工作 业， 将滑移轨道设计为水平， 若采用累积滑移， 桁架 两端存在 1. 541 m 高差， 滑移过程中需进行桁架垫 高处理， 将给滑移和拼装施工带来一定的不利影响。 为了修正此种标高对施工造成的影响， 拟将其中 3 榀高差较小的桁架整拼滑移就位后， 提升一小段距 离修正高差， 再将其与另外两榀桁架所组成的提升 单元进行系杆补缺， 整体提升就位。 3. 5测量施工 3. 5. 1测量施工难点 作业量大， 精度要求高; 施工场地上工种多， 交 叉作业频繁、 受干扰多。 3. 5. 2减少测量误差、 提高精度 根据甲方提供及温州市一级控制点的标高和坐 标。首先对现存的基准点进行复测以检查数据资料 的准确性。由于工程结构标高落差较大， 采用全站 仪配合跟踪杆量高程的方法， 这种方法既结合了水 准测量的特点， 又减少了三角高程的误差来源， 同时 每次测量时还不必量取仪器高、 棱镜高。使三角高 程测量精度进一步提高， 施测速度更快。 3. 5. 3施工平面控制网的建立 1 控制网测设遵循“先整体，后局部” 的二次 布网原则。根据移交的点位和设计图中规定的定位 条件， 通过施工场主轴线向四周外围平移， 确定位于 建筑周边转角部位的 8 个控制点。 2 测量控制网点的选取将选择在不易发生沉 降的混凝土道路及楼层平台上。选取位置后立即 08 施工技术 Steel Construction. 2016 5 ，Vol. 31，No. 209 进行点定位。点位定好后， 需在控制点周围设置 防护， 防护为混凝土结构， 外框尺寸为 400 mm 400 mm 150 mm， 内框为 240 mm 240 mm 150 mm， 并设置排水管， 防止积水浸泡影响控制点 精度 图 6 。 图 6控制点布设形式及防护 3. 5. 4预埋件定位控制 1 预埋件平面定位。使用全站仪对现场完成 的埋件进行坐标放样， 测放出其定位轴线， 用红 白 油漆做出标记， 其精度允许偏差为 2. 0 mm。 2 预埋件标高控制。基础面的高程采用水准 仪常规高差测量直接控制; 对于较远的点， 为了减少 水准仪的传递误差和多次读数的偶然误差， 采用全 站仪三角高程测得预埋件的标高， 预埋件的标高允 许偏差为 3. 0 mm。 3. 5. 5屋面桁架挠度控制 在屋面桁架安装前， 每榀桁架在其两个下弦对 接口附近及下弦最高点处 管中心位置 分别贴上 反射贴片， 按时段定期进行监测， 发现下挠过大处及 时汇报现场负责人， 制定方案进行调整。 所有定位测量都采用全站仪精确定位， 临时支 撑标高采用相对标高进行控制。 4提升验算控制 4. 1提升施工 根据施工现场条件及结构特点， 将提升区域分 为两块， 安全施工验算以两个区块分别进行分析。 荷载工况考虑自重及 1. 2 的动力放大系数。提升架 单元示意见图 7。 4. 2安全提升验算 4. 2. 1提升架杆件强度验算 为保证安全施工， 采用软件 MIDAS 进行区块 一 区块二同区块一 整体提升建模。控制参数均 为构件的应力比， 经过分析计算 其最大受力构件均 为提升架牛腿梁， 因此施工过程中牛腿梁的强度控 制是其重点。 1提升架节点 1; 2提升架节点 2; 3提升架节点 3; 4提升架节点 4; 5提升架节点 5; 6钢丝绳; 7临时补杆; 8支座。 图 7提升架单元示意 4. 2. 2油缸工作梁安全施工验算 油缸梁采用箱形截面 200 mm 300 mm 260 mm 6 mm 10 mm 的钢梁， 材质 Q345， 中间开 直径为 150 mm 的圆孔， 供放钢丝绳用。梁节点设 计见图 8。 图 8油缸工作梁节点示意 a模型; b应力云图， MPa。 图 9油缸梁节点有限元模型及应力云图 由于油缸工作梁受力情况比较复杂， 故采用大 型通用有限元分析软件 ANSYS 建模 ［7 ］， 进行整体受 力分析。其有限元模型及应力云图见图 9。 18 李咏安， 等 温州奥林匹克体育中心体育场钢结构施工技术 钢结构2016 年第 5 期第 31 卷总第 209 期 通过软件计算得到 最大变形为 0. 279 6 mm， 最大应力作用位置在加劲板和上翼缘板的交接 处， 最 大 应 力 值 为 148. 6 MPa ＜ 345 MPa， 满 足 要求。 5结束语 1 对于难度较大的大跨钢结构施工， 合理的施 工方案至关重要， 要因地制宜， 结合现场的施工状 况、 选择成熟的施工方法， 灵活施工， 这样才能节省 施工成本， 降低施工安全与质量风险。 2 由于钢结构设计对现场实际施工中的情况 考虑不足， 这就需要施工单位与设计院多进行沟通 交流， 对于涉及施工荷载方面的问题可以向设计院 商议相关解决方案， 这样既有利于安全施工， 又利于 施工的推进。 3 对于采用滑移轨道的桁架， 若其轴线之间存 在较大的高差， 滑移过程中采用桁架垫高处理将会 给滑移和施工带来不利影响， 在实际施工中可以将 高差较小的桁架整拼滑移就位后， 提升一小段距离 进行高差修正， 再与其组成的提升单元进行系杆补 缺后整体提升就位。 4 对于施工中有可能带来的附加应力应提前 采用相关软件进行安全验算， 合格后方可施工。 参考文献 ［ 1］ 建筑施工手册 编委会． 建筑施工手册［M］． 5 版． 北京 中 国建筑工业出版社， 2012． ［ 2］卜良桃． 建筑结构加固工程设计与施工质量验收手册［ M］． 北 京 中国建筑工业出版社， 2008． ［ 3］鲍广鉴， 李国荣， 王宏， 等． 现代大跨度空间钢结构施工技术 ［J］． 钢结构， 2005， 20 1 43 －47． ［ 4］陈桥生， 许立新． 国家体育场钢结构施工技术及研究［J］． 施 工技术， 2006， 35 12 41 －46． ［ 5］王小明， 于吉圣， 张兆平， 等． 大跨度空间桁架结构拼装顺序研 究［J］． 钢结构， 2014， 29 12 62 －64． ［ 6］崔科宇． 多点曲线连续顶推施工技术［D］． 成都 西南交通大 学， 2003 15 －20． ［ 7］王新敏． 工 程 结 构 数 值 分 析［M］． 北 京 人 民 交 通 出 版 社，  2007． 上接第 62 页 2 ANSYS 软件计算的开裂面与 ABAQUS 软件 计算的受拉损伤面趋势基本一致， 仅局部存在差异， 验证了 Solid 65 单元自带的破坏准则和 ABAQUS 中 采用的弹塑性损伤模型的正确性和可用性。 3 在不利工况组合 1. 0 恒载 0. 5 活载 1. 0 y 向地震作用 作用下， 节点区的钢构件均处于弹性 阶段， 混凝土最大主压应力均小于 C70 混凝土的抗 压强度设计值。考虑到在设计中一般不考虑混凝土 的抗拉强度贡献， 验证了该节点在设防烈度地震作 用下性能良好， 满足设防烈度地震作用下保持弹性 的性能目标， 为实际工程设计提供了依据。 参考文献 ［ 1］王洪涛， 谢礼立， 韩庆华． 新型方钢管混凝土柱 － 钢梁节点分 析与应用［J］． 沈阳建筑大学学报 自然科学版， 2006， 22 4 543 －547． ［ 2］张全林， 杨成臣． 钢管混凝土柱外加强环式节点有限元分析 ［J］． 建筑结构， 2009， 39 增刊 1 824 －826． ［ 3］尧国皇， 陈宜言， 林松． 新型钢管混凝土 － 钢筋混凝土梁节点 的有限元分析［J］． 特种结构， 2010， 27 6 34 －38． ［ 4］赖鸿立， 焦柯． 中广核北塔型钢混凝土组合构件节点分析 ［J］． 广东土木与建筑， 2011， 18 2 7 －9． ［ 5］贾京， 周春， 曲宏， 等． 招商银行上海大厦连桥型钢混凝土节点 分析与试验［J］． 建筑结构， 2011， 41 增刊 1 1101 －1104． ［ 6］宋莉， 邱韶光． 大连市民健身中心大跨度悬挑钢结构性能 设计及贯通节点分析［J］． 建筑结构， 2011， 41 增刊 1 773 － 776． ［ 7］彭肇才， 黄用军． 平安金融中心巨型结构节点分析与设计 ［J］． 广东土木与建筑， 2011， 18 6 7 －9． ［ 8］王海龙， 罗佑新， 李晓润， 等． 某钢管混凝土转换桁架支座节点 分析［J］． 工业建筑， 2012， 42 12 113 －116． ［ 9］上海现代建筑设计 集团 有限公司技术中心． 动力弹塑性时 程分析技术在建筑结构抗震设计中的应用［M］． 上海 上海科 学技术出版社， 2013． ［ 10］ 王新敏． ANSYS 工程结构数值分析［M］． 北京 人民交通出版 社， 2012． 28 施工技术