北京建筑大學(xué)體育館雙曲面橢球形鋼屋蓋安裝技術(shù)

陳宗學(xué) 周沖

摘 要：結(jié)合北京建筑大學(xué)體育館大跨度雙曲面橢球形鋼屋蓋現(xiàn)場拼裝、分段吊裝、合攏的過程，介紹了鋼拱梁地面拼裝胎架制作、鋼拱梁吊裝、三維坐標(biāo)控制以及鋼環(huán)梁安裝在鋼拱梁腹板位置及與水平面的角度的組拼過程。鋼拱梁和鋼環(huán)梁安裝采用400t履帶吊主吊車，80t履帶吊輔助，三吊點(diǎn)共同吊裝，并對鋼拱梁支撐形式和卸載后的變形進(jìn)行驗算，解決了大跨度弧形鋼拱梁安的裝難題，保證了安裝過程的安全和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：雙曲面；安裝；鋼拱梁；鋼環(huán)梁；卸載

1 工程概況

北京建筑大學(xué)大興校區(qū)體育館屋蓋為雙曲面橢球形大跨度鋼結(jié)構(gòu)，水平投影面為橢圓，長軸75.2米，短軸54.6米。鋼梁支撐于下部鋼筋混凝土框架柱頂，柱頂標(biāo)高9.4米，屋蓋頂標(biāo)高27.5米。

屋蓋由24根徑向鋼拱梁、6道鋼環(huán)梁和局部二層框架梁柱組成，其中徑向鋼拱梁采用變截面箱型梁，鋼拱梁下吊掛馬道，環(huán)向梁除26.631米標(biāo)高處采用箱型截面外其余均采用弧形鋼管，框架部分為圓鋼管柱、焊接H型鋼鋼梁，梁柱節(jié)點(diǎn)為栓焊結(jié)合的剛接節(jié)點(diǎn)。整個屋頂鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量約為800t。

2 鋼結(jié)構(gòu)施工重點(diǎn)難點(diǎn)及對策

合理的選擇吊裝設(shè)備，綜合考慮吊裝設(shè)備的起重能力、工作半徑和就位位置。選擇精密測量儀器，使用計算機(jī)軟件及施工圖紙計算出鋼拱梁拼裝位置。采用全站儀放出鋼拱梁拼裝定位點(diǎn)。在焊接時先對立面同時立焊，再進(jìn)行仰焊和平焊。吊裝時在鋼拱梁的頂端及球鉸支座上焊上定位板。在吊裝時選擇合理的安裝順序，400t履帶吊主吊、80t履帶吊輔助減小鋼拱梁的變形，使吊裝更穩(wěn)定，更安全。

鋼環(huán)梁的安裝需要在鋼拱梁安裝之前在腹板位置畫出鋼環(huán)梁的定位線。在鋼環(huán)梁上也畫上定位線，然后進(jìn)行安裝。采用2臺履帶吊進(jìn)行對稱安裝，抵消單根鋼拱梁安裝時對支撐架體產(chǎn)生的側(cè)推力；安裝完成后采用纜風(fēng)繩進(jìn)行拉結(jié)。制定可靠的安全措施，正確使用防護(hù)用品，設(shè)專職安全員，嚴(yán)格進(jìn)行安全監(jiān)控。

3 鋼拱梁及鋼環(huán)梁的安裝

3.1 鋼拱梁的拼裝

鋼拱梁運(yùn)到現(xiàn)場，用方木做臨時鋪墊。鋼梁在地面胎架上拼裝。現(xiàn)場分為東西兩個拼裝場地，鋼拱梁由于跨度大，分成三節(jié)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場。鋼梁在地面拼裝時需要將鋼拱梁側(cè)臥拼裝，拼裝時先將斷開的鋼梁吊裝到拼裝胎架上，在胎架上進(jìn)行拼裝和焊接。三段鋼拱梁拼裝時設(shè)四個定位點(diǎn)，通過圖紙計算出定位點(diǎn)的坐標(biāo)，使用全站儀在拼裝場地測出定位點(diǎn)坐標(biāo)。用吊車將胎架放到定位點(diǎn)旁邊位置，每榀梁的拼裝需要6個胎架。為方便工人可以進(jìn)行仰焊，胎架高度設(shè)為60cm。胎架準(zhǔn)備就位，將三段鋼拱梁依次放到胎架上，使用線墜將鋼拱梁位置與定位點(diǎn)坐標(biāo)一致，用卷尺測量出鋼拱梁弦長與圖紙長度相對應(yīng)。然后焊接好定位板，用水準(zhǔn)儀將定位好的鋼拱梁找平，使三段鋼拱梁在同一水平面上。進(jìn)行固定后，焊接時為防止鋼拱梁出現(xiàn)較大變形，兩人先同時焊接立面焊縫，然后再進(jìn)行平焊和仰焊。

3.2 鋼拱梁的吊裝

吊裝前在鋼拱梁上設(shè)a、b、c、d、4個吊點(diǎn)，先使用400t履帶吊在a、b兩個吊點(diǎn)與80t履帶吊在d吊點(diǎn)配合將鋼拱梁直立到支撐架上，如圖1所示。400t履帶吊在a、b、c三點(diǎn)起吊， a點(diǎn)的鋼絲繩下使用15t的手拉葫蘆，在吊起鋼拱梁的時候來調(diào)整鋼拱梁的角度。起吊時，a、b、d三點(diǎn)鋼絲繩受力，c點(diǎn)不受力，平行起吊到空中后，拽動手拉葫蘆使a點(diǎn)鋼絲繩長度變短，c點(diǎn)開始慢慢受力，使鋼拱梁受力平衡，然后將d點(diǎn)摘勾，繼續(xù)調(diào)整手拉葫蘆直到鋼拱梁的角度與安裝時角度相同，吊運(yùn)鋼拱梁至安裝位置、焊接固定。

鋼結(jié)構(gòu)主體施工的安裝順序為中心環(huán)→“米”字形鋼拱梁→箱型鋼環(huán)梁→剩余16榀鋼拱梁→鋼環(huán)梁→鋼柱與框架梁。在安裝完成“米”字形的鋼拱梁后，安裝第一圈箱型鋼環(huán)梁之前需要在鋼環(huán)梁上畫出剩余16榀鋼拱梁的定位線。并按上述安裝方法將剩余16榀鋼拱梁安裝好。

鋼拱梁安裝完成后安裝鋼環(huán)梁，鋼環(huán)梁從上至下的順序依次安裝，可以加快施工進(jìn)度，減少電焊機(jī)的挪動，然后再進(jìn)行鋼環(huán)梁的焊接和剩余勁板的焊接。

4 中心環(huán)、鋼拱梁和球鉸支座的卸載

將所有焊縫探傷完畢并合格之后，進(jìn)行卸載。在卸載前在“米”字形鋼拱梁接近中心環(huán)的位置和24榀鋼拱梁中間位置貼上反光片，便于對卸載前后鋼結(jié)構(gòu)架體的測量。清楚、精確的了解卸載后的變化。在卸載中心環(huán)之前先將24個球鉸支座底部的限位固定板拆除，用全站儀觀測支座坐標(biāo)變化。

將中心環(huán)下部的米字梁放上千斤頂。中心架體8道貫通鋼梁的千斤頂?shù)捻敳孔龊脴?biāo)高測量的標(biāo)識點(diǎn)，使用抽取墊鐵的辦法將中心環(huán)卸載。

5 結(jié)語

從鋼拱梁的拼裝、吊裝，鋼環(huán)梁的定位計算及安裝，支撐架體的設(shè)計、安裝、就為姿態(tài)調(diào)整及最后卸載方法等方面詳細(xì)的介紹了北京建筑大學(xué)大興校區(qū)體育館項目的安裝技術(shù)，成功解決了大跨度、雙曲面、橢球形場館安裝的難題。從工期和施工質(zhì)量上獲得了有力保證。實(shí)現(xiàn)了綠色、環(huán)保施工，并最大程度的節(jié)約了施工費(fèi)用，取得了不錯的效果，滿足設(shè)計施工規(guī)范要求。