體育場(chǎng)超長(zhǎng)環(huán)向看臺(tái)異形結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

潘玉珀，高善友，田 輝，邵珠令（中國(guó)建筑第八工程局有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

河北奧林匹克體育中心體育場(chǎng)平面形狀為“內(nèi)橢外圓”，外圓 φ 265 m?？磁_(tái)結(jié)構(gòu)環(huán)向周長(zhǎng) 832 m，東西兩側(cè)看臺(tái)寬度 68 m，南北兩側(cè)看臺(tái) 37 m，整個(gè)環(huán)向看臺(tái)結(jié)構(gòu)在 6.00 m 和 20.76 m 處設(shè)有環(huán)向人行疏散通道，4 個(gè)區(qū)布置的看臺(tái)結(jié)構(gòu)為階梯形超長(zhǎng)環(huán)向鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由 4 條徑向變形縫將平面劃分為 4 個(gè)區(qū)域?？磁_(tái)結(jié)構(gòu)分區(qū)平面如圖 1 所示。

圖1 看臺(tái)結(jié)構(gòu)分區(qū)平面圖

1 各分區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

1.1 I、III 段設(shè)計(jì)介紹

該段看臺(tái)結(jié)構(gòu)為覆蓋整個(gè)下部建筑平面的扇形斜向結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)平剖示意如圖 2 所示。

圖2 I、III 段看臺(tái)結(jié)構(gòu)平剖示意圖

看臺(tái)外圍最大弧長(zhǎng) 220 m，最小弧長(zhǎng) 134 m，由 5 條 800 mm 寬徑向后澆帶將結(jié)構(gòu)劃分為 6 段?？磁_(tái)結(jié)構(gòu)在 3 層結(jié)構(gòu)處分為上、下兩部分。下部看臺(tái)為池座，最大 24 級(jí)臺(tái)階，由 1.95 m 至 10.90 m 收縮，臺(tái)階高度由 270 mm 至 710 mm 不等，其中一區(qū)中部為主看臺(tái)。上部看臺(tái)結(jié)構(gòu)為樓座，最大 41 級(jí)臺(tái)階，由 14.48 m 至出屋面看臺(tái) 33.56 m 擴(kuò)展，臺(tái)階高度由 410 mm 至 450 mm 不等。

看臺(tái)結(jié)構(gòu)由徑向斜向框架梁、環(huán)向弧形框架梁、環(huán)形次梁及看臺(tái)板組成?？磁_(tái)板厚 100 mm，寬度主要有 600 mm 、1 025 mm。其中 1.95 m 至 A 軸、4 層 1/C-D 軸、G 軸至 H 軸之間看臺(tái)結(jié)構(gòu)為懸挑結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)最大懸挑長(zhǎng)度分別為 5.35 m、5.50 m、4.03 m。

1.2 II 段設(shè)計(jì)介紹

該段看臺(tái)結(jié)構(gòu)分為 3 部分，第 1 部分看臺(tái)結(jié)構(gòu)由 1 層 1.95 m 至 11.21 mm，軸線位置為 32-49 軸/A-F 軸，共 29 級(jí)臺(tái)階，臺(tái)階高度 270～340 mm 不等，最大弧長(zhǎng)約 134 m，最小弧長(zhǎng) 89 m；第 2 部分看臺(tái)結(jié)構(gòu)由 14.00 m 至 15.75 m，共設(shè) 4 級(jí)懸挑臺(tái)階，臺(tái)階高度 3 級(jí) 450 mm，1 級(jí) 400 mm，此段看臺(tái)由 39-42 軸處顯示屏分割為 2 段，每段長(zhǎng)度約 62 m，軸線位置為 34-39 軸/D-F 軸和 42-48 軸/D-F 軸；第 3 部分結(jié)構(gòu)由 17.50 m 至 19.25 m，共設(shè) 4 級(jí)懸挑臺(tái)階，臺(tái)階高度 3 級(jí)為 450 mm，1 級(jí)為 400 mm。該段 1.95 m 至 A 軸部分看臺(tái)及第 2 部分、第 3 部分看臺(tái)結(jié)構(gòu)為懸挑結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)平剖示意如圖 3 所示。

圖3 II 段看臺(tái)結(jié)構(gòu)平剖示意圖

1.3 IV 段設(shè)計(jì)介紹

該段看臺(tái)結(jié)構(gòu)分為 3 部分，第 1 部分看臺(tái)結(jié)構(gòu)由 1 層 1.95 m 至 11.21 mm，軸線位置為 32-49 軸/A-F 軸，共 29 級(jí)臺(tái)階，臺(tái)階高度 270～340 mm 不等，最大弧長(zhǎng)約 134 m，最小弧長(zhǎng) 89 m；第 2 部分看臺(tái)結(jié)構(gòu)由 14.00 m 至 15.75 m，共設(shè) 4 級(jí)懸挑臺(tái)階，臺(tái)階高度 3 級(jí) 450 mm，1 級(jí) 400 mm，此段看臺(tái)由 79-2 軸處顯示屏分割為 2 段，每段長(zhǎng)度約 62 m，軸線位置為 73-78 軸/D-F 軸和 3-9軸/D-F 軸；第 3 部分結(jié)構(gòu)由 17.50 m 至 19.25 m，共設(shè) 4 級(jí)懸挑臺(tái)階，臺(tái)階高度 3 級(jí) 450 mm，1 級(jí) 400 mm。該段 1.95 m 至 A 軸部分看臺(tái)及第 2 部分、第 3 部分看臺(tái)結(jié)構(gòu)為懸挑結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)平剖示意如圖 4 所示。

圖4 IV 段看臺(tái)結(jié)構(gòu)平剖示意圖

2 工程重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

(1) 看臺(tái)結(jié)構(gòu)為環(huán)向階梯形結(jié)構(gòu)，其立面與空間曲線、曲面相互聯(lián)系，空間點(diǎn)受圓心、半徑、高程等幾個(gè)參數(shù)的控制，測(cè)量定位難度大。

(2) 體育場(chǎng)看臺(tái)為大面積環(huán)向超長(zhǎng)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，由多道徑向后澆帶，將結(jié)構(gòu)分割為幾個(gè)獨(dú)立單元?？磁_(tái)結(jié)構(gòu)徑向后澆帶的留置，對(duì)鋼筋配置、看臺(tái)結(jié)構(gòu)混凝土澆筑等影響均存在諸多問題，且直接影響混凝土外觀質(zhì)量，加大施工難度和費(fèi)用投入。

(3) 看臺(tái)結(jié)構(gòu)斷面變化多，標(biāo)高變化不一，且與水平結(jié)構(gòu)形成三角形空腔。如何利用看臺(tái)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在滿足施工要求的前提下，利用簡(jiǎn)便的模板支撐體系，提高施工效率，是本工程施工的重點(diǎn)。

(4) 本工程施工工期緊，受看臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜影響，施工中工作效率低，易導(dǎo)致窩工。需采取合理的組織，優(yōu)化結(jié)構(gòu)施工，使勞動(dòng)力得到最大利用，加快施工進(jìn)度。

3 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 看臺(tái)結(jié)構(gòu)與豎向框架分離施工

由于看臺(tái)結(jié)構(gòu)為臺(tái)階式斜向錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)斷面多，臺(tái)階高度變化不一，同時(shí)受弧面形狀影響，使得看臺(tái)結(jié)構(gòu)在施工時(shí)需要耗費(fèi)較多的施工時(shí)間。尤其是模板組立工程，所有看臺(tái)模板基本為一次性投入，每個(gè)區(qū)段施工時(shí)需重新配模，支模、拆模人工降效嚴(yán)重，制約了施工進(jìn)度工。

綜合上述因素，并針對(duì)看臺(tái)異形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，優(yōu)化調(diào)整如下施工順序：“先快速組織各層普通框架結(jié)構(gòu)施工、后組織斜向看臺(tái)異形結(jié)構(gòu)”，即先進(jìn)行看臺(tái)結(jié)構(gòu)下部主框架施工，由于為常規(guī)結(jié)構(gòu)，組織較快，施工效率較高；后組織看臺(tái)梁板異形結(jié)構(gòu)施工，現(xiàn)場(chǎng)班組可較為熟悉地專門進(jìn)行看臺(tái)異形結(jié)構(gòu)的施工，以此提高施工效率；通過設(shè)置水平施工縫對(duì)豎向結(jié)構(gòu)分層劃分，實(shí)現(xiàn)框架與看臺(tái)的分離施工。如圖 5 所示。

圖5 看臺(tái)結(jié)構(gòu)與框架分離示意

技術(shù)方案對(duì)比分析如下。

(1) 看臺(tái)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)同時(shí)施工。

優(yōu)點(diǎn)：主體結(jié)構(gòu)與看臺(tái)結(jié)構(gòu)同時(shí)施工完成，主體封頂即完成主體結(jié)構(gòu)施工，同時(shí)避免由于看臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，支撐架體、模板、鋼筋綁扎費(fèi)時(shí)費(fèi)工，且臨近年關(guān)，最終無人施工，導(dǎo)致工程進(jìn)度受到影響，無法完成施工任務(wù)。

缺點(diǎn)：由于看臺(tái)結(jié)構(gòu)存在大量不同型號(hào)的鋼管、鋼筋，且弧形模板，看臺(tái)一側(cè)為吊模施工，前后施工工序多，交叉作業(yè)多，鋼筋成品保護(hù)困難，區(qū)域施工周期長(zhǎng)。

(2) 預(yù)留看臺(tái)結(jié)構(gòu)不施工。通過留置水平施工縫，將看臺(tái)結(jié)構(gòu)與主體框架分離，待主體結(jié)構(gòu)封頂后，集中進(jìn)行預(yù)留看臺(tái)結(jié)構(gòu)的施工。

優(yōu)點(diǎn)：將施工簡(jiǎn)便、周期短的主體框架與結(jié)構(gòu)復(fù)雜、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)多、施工難度大的弧形看臺(tái)結(jié)構(gòu)分離，縮短主體框架結(jié)構(gòu)部分的封頂時(shí)間。然后，集中優(yōu)勢(shì)力量，完成看臺(tái)結(jié)構(gòu)施工，縮短施工工期，同時(shí)可最大程度利用勞動(dòng)力，在框架結(jié)構(gòu)施工間隙組織進(jìn)行看臺(tái)結(jié)構(gòu)施工。

缺點(diǎn)：將施工難度大、功效低的看臺(tái)結(jié)構(gòu)預(yù)留施工，存在施工人員流失、漲價(jià)等風(fēng)險(xiǎn)。

通過以上分析，結(jié)合工程目標(biāo)和工程節(jié)點(diǎn)要求，選擇將看臺(tái)結(jié)構(gòu)預(yù)留施工的方案。

3.2 環(huán)向超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)“跳倉法”施工

本工程 I、III 區(qū) 2 層看臺(tái)層結(jié)構(gòu)為扇形平面，最大徑向尺寸約 62 m，由 5 條徑向后澆帶將看臺(tái)分割成 6 塊，后澆帶寬度 800 mm，后澆帶方向垂直于環(huán)向看臺(tái)臺(tái)階。在看臺(tái)結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)分離施工的基礎(chǔ)上，根據(jù)后澆帶平面位置，引入“跳倉法”施工，通過合理的抗、放措施，將后澆帶改為豎向施工縫，實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)環(huán)向看臺(tái)結(jié)構(gòu)無縫施工。

(1)“跳倉法”施工。根據(jù)本工程 I、III 區(qū)出屋面看臺(tái)層后澆帶分布情況：分別由 5 條徑向后澆帶將看臺(tái)劃分成 6 塊分區(qū)，共計(jì) 12 塊分區(qū)。依據(jù)“跳倉法”工藝將每塊分區(qū)作為一個(gè)倉位，共 12 塊倉塊組織跳倉施工，相鄰倉位之間封倉時(shí)間間隔 7～10 d。I、III 區(qū)段倉位劃分情況如圖 6 所示。

圖6 I、III 區(qū)倉位分區(qū)圖

(2) 跳倉法施工順序。本工程 I、III 區(qū)兩大區(qū)域施工相互獨(dú)立，各區(qū)自行組織施工。由于各倉位呈直線型排列，各倉位之間相互影響較小。根據(jù)跳倉原則，將 6 塊倉位劃分為 2 個(gè)批次施工（出屋面看臺(tái) 12 個(gè)倉位，其中， I 區(qū) 6 塊倉塊、 III 區(qū) 6 塊倉塊）。

3.3 環(huán)形看臺(tái)模板工程設(shè)計(jì)

看臺(tái)結(jié)構(gòu)為斜向弧形結(jié)構(gòu)，受弧面、曲面及標(biāo)高影響，模板工程施工難度大，尤其臺(tái)階內(nèi)弧曲面、徑向斜向大梁、環(huán)形斜向大梁兩兩相互交叉或三者交叉。同時(shí)看臺(tái)結(jié)構(gòu)與水平結(jié)構(gòu)之間三角形空腔，造成局部空間狹小，給施工帶來難度。

由于看臺(tái)結(jié)構(gòu)模板體系復(fù)雜，本工程模板支撐體系選用靈活多變的碗扣式鋼管腳手架支撐體系，模板體系設(shè)計(jì)見表 1。

表1 看臺(tái)模板體系設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)一覽表

4 結(jié) 語

綜合考慮超長(zhǎng)環(huán)向看臺(tái)異形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜性，將看臺(tái)異形結(jié)構(gòu)與下部支撐的框架結(jié)構(gòu)分離施工，即先組織常規(guī)框架結(jié)構(gòu)施工，為后續(xù)錯(cuò)層看臺(tái)結(jié)構(gòu)提供更多的工作面；后統(tǒng)一組織滯后的超長(zhǎng)環(huán)向看臺(tái)異形結(jié)構(gòu)的施工，保證了工人對(duì)異形結(jié)構(gòu)施工的嫻熟程度，提高了各班組對(duì)看臺(tái)異形結(jié)構(gòu)的施工效率，模板、木方、鋼管等周轉(zhuǎn)材料可周轉(zhuǎn)利用。

組織了第 2 層看臺(tái)結(jié)構(gòu)的跳倉法施工，有效地減少了混凝土澆筑施工間隔，加快施工進(jìn)度，保證了混凝土觀感質(zhì)量，同時(shí)減少了措施費(fèi)用的投入。