體育場鋼結構施工技術及研究

劉朝陽 郭學亞 高 鵬

(中國建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450000)

1 結構形式

為了研究的順利進行，文章以國外某體育場建設情況為例，這個建筑頂面展現(xiàn)出馬鞍結構，當中的內部長軸為200m，短軸為164.18m，鋼的結構最高點標高可以達到49m。從主體結構的角度來說，東西地上8層，南北地上6層，內部主要是為碗狀混凝土框架剪力墻結構，外部鋼的結構可以分成V柱結構、壓環(huán)結構和次結構，屋面為索膜結構，4層與5層之間可以設成鋼桁架轉換結構，5層及5層以上的外圈則為輕鋼混凝土組合樓板，外圍的48榀V型鋼柱組成的鋼結構分別支撐在24個異型混凝土柱上，總重量達到6271t，其中的單個V柱構件寬在13.5～14.5m之中，高在77.6～80.15m之中，豎向傳力體系的主要就是V柱，為立體桁架和幕墻側壁結構起到支撐作用，而且通過豎向的力傳送到混凝土的柱墩上，按順序傳輸?shù)降孛?。V柱頂部的壓環(huán)結構總重為6200t，帷幕墻、連接屋面索網(wǎng)以及V鋼柱的零件都起到重要作用，每個兩柱的頂間都有一片壓環(huán)為一個拼裝和吊裝單元，單個環(huán)線管桁架結構長度約40m，是由四根主弦桿構成箱形立體桁架，上下片主管口的中心距離分別是8m和18m。

2 鋼材選用

這個體育場鋼結構屬于是全焊接結構內容，實際設計的用鋼量大約是18000t，主要包括的材料種類有Cs20Mn5V鑄鋼和Q345C等高強度鋼。其中，有很多鋼材料和工藝都是在國外體育場項目中第一次使用，主要應用于48榀V柱和24榀壓環(huán)桁架之中，鋼板最大厚度也達到了40mm。

3 特點難點

3.1 工程組織管理難度較大

這個工程的建設規(guī)模比較大，實際組織管理體系也有很多繁雜的地方，從項目的所在地政府部門到業(yè)主，最后到總包和分包，涉及到的層次較多，增添了項目管理的難度。與此同時，在具體鋼結構安裝和土建等方面，都會涉及到很多交叉施工現(xiàn)象，施工現(xiàn)場的空間也是有限制的，讓構件運輸以及大型吊車的進場受到了很大限制。該體育場館在建設過程中，建筑造型非常特殊，會出現(xiàn)和次要結構之間相似的地方，次要的結構具有多樣化，進而提升了結構節(jié)點的繁雜性。在具體安裝工作執(zhí)行的過程中，工作人員還會遇到多個管口同時對接的情況。對于箱型斷面，需要保證多個管口的對準精度，這也提升了整個操作的難度。與此同時，對于大跨度的空間結構，構件長度會受到溫度變化的影響，導致施工人員很難把握好安裝精度。

3.2 合攏難度高

該體育場館在建設過程中屋蓋鋼結構屬于特大型大跨度鋼結構，鋼結構的頂部寬度達到309m。恰好此項目出現(xiàn)在熱帶沙漠地區(qū)，晝夜溫差具有很大的差異性，主體鋼結構形成過程中呈現(xiàn)出很大溫差，導致溫度適應能力出現(xiàn)了很大問題。所以，我們可以按照項目所在地區(qū)的早晚溫差，設計出更合適的溫度，這也是房頂結構最后形成的溫度，降低溫度變形機率與溫度應力。在這個過程中，不僅需要設置出正常的主桁架和立面次結構，還要把合攏線也加進去，其中的壓環(huán)結構之間、壓環(huán)和V柱之間，合攏口數(shù)量比較多，因為施工技術和溫度變化的原因，還需要嚴格控制各合攏點的精度，嚴重時還會造成無法合攏的情況出現(xiàn)。這種情況之下，為了保證合攏線對接口操作時也能做到同時合攏，這需要組織大量的人力物力進行實驗和測算。

3.3 卸載難度大

總的來說，該體育館鋼結構受力體系為環(huán)形側向鋼結構受力體系，通過得到的平衡受力，足以展示出極強的空間，并不是幾何線性作用。有關工作人員可以按照現(xiàn)場施工方案和結構安裝的整體情況，給整個鋼結構的施工設置成幾個支撐塔架，讓主桁架能夠起到一個暫時的維持效果，等主結構安裝工作結束以后，再來對這個裝置進行卸載和拆除。此外，在實際支撐塔架卸載的過程中，整個結構體系都會出現(xiàn)很明顯轉換性的操作，結構本身和支撐塔架受力則會出現(xiàn)明顯的變化，對整個卸載順序和卸載工藝等內容都會產生影響，有關工作人員需要進行細致性分析。由于這個體育場館設計操作很是復雜，因此對卸載控制難度也會相應提升。

4 施工技術

4.1 支撐塔架設計

為了確保體育場屋蓋鋼結構的有效施工，相關工作人員需要根據(jù)實際鋼結構特點，設置有效的分段形式。不同區(qū)域的臨時支撐塔架高度不同，平面尺寸為13m×5m，從低區(qū)43m至高區(qū)53m共計24榀，按照環(huán)向布置在混凝土裙房樓板上。為了強化整體支撐塔架鋼結構穩(wěn)定性，避免支撐塔架出現(xiàn)沉降問題，相關工作人員需要在臨時支撐塔架底部設置斜支撐體系，同時為了保證力傳的直接性，避免裙房混凝土樓板直接承載，支撐塔架底部設置轉換框架，將載荷全部傳遞到混凝土柱，增加了結構的安全性。為了便于現(xiàn)場加工和安裝工作的進行，提高經濟效益，必須使用規(guī)范的方式來設計支撐塔架和柱頂連系桁架。支撐塔架柱肢使用螺旋焊管為D528m×12m和D609m×12m。更要注意的是，水平腹桿可以采用十字形或者交叉體系的布置方式。為了更好的提高支撐塔架柱身抵抗扭動的硬度，每一個標準段的兩端和中間部分都會設置角鋼交叉橫隔，來確保整個塔架抗扭剛度滿足標準要求。

4.2 柱腳施工技術

該體育場所有V柱腳都是通過球形支座和混凝土柱中的預埋件而連接到一起的，連接的方式是高強度螺栓連接。V柱腳落在混凝土結構柱牛腿頂面，絕對標高18m，相對地面標高15.13m。預埋件安裝精度是±10mm，單個重量是4.5t，分為上下兩個部分，上部分是預埋件頂板，通過螺栓和支座頂板的鏈接，下部分是抗拔抗剪件，預埋至混凝土結構柱的牛腿部分，所以對于變形控制和參與應力控制的難度也都很高。與此同時，在柱腳部分和土建單位交叉施工過程中，一般在柱腳安裝操作時，土建施工還沒有完成，就會導致施工現(xiàn)場的施工條件不足。再加上柱腳附近存在很多插筋，就提高了整個施工操作的難度。在這種情況下，有關工作人員需要保證安裝質量和精度的同時，要避免整個屋蓋安全受到影響。

4.3 桁架柱安裝技術

在整個屋蓋支撐上，起著很重要作用的是壓環(huán)和V柱，受力比較大，實際施工質量要求也很高。在安裝過程中，除了確保V柱垂直度以外，還要對上節(jié)柱和下節(jié)柱保持對口偏差特點，并以牛腿坐標為基礎，給后續(xù)主桁架和立面次結構安裝鋪墊好基礎。因為對接管口很多，剛度大，拼裝操作時不好確定管口精度，就要增加安裝的難度。所以在實際柱腳和桁架對接操作的過程中，工作人員需要對鋼板厚度進行合理的把控，提高對口調節(jié)的力度，這也是降低后續(xù)構件拼裝難度的基本所在。

5 提高鋼結構管理控制人員的技術

對于體育場鋼結構工程管理控制來說，還需要進一步提高工程管理控制人員的業(yè)務水平。只有工程管理人員的管理水平不斷提升，才可以更好地促進鋼結構工程管理控制質量的科學提升。一是工程管理控制人員需要具備專業(yè)的工程管理知識，還包括一些基本的工程管理理論，這樣才可以對工程建設進行科學的管理和指導，促進工程建設的科學發(fā)展；二是工程管理控制人員還需要對鋼結構工程有一定的認知和把握，對于工程管理中的一些細節(jié)問題，能夠進行有效的科學處理和分析；三是工程管理控制人員還需要進行不斷地學習和培訓，定期學習一些新的工程管理知識，這樣可以更好地促進工程管理的發(fā)展。

6 結 語

綜合全文，在體育場鋼結構設計方案中主要采用散裝總體施工方案進行施工，雖然也有很多臨時方法，但是工作人員也要從中選出最有創(chuàng)新力，能夠滿足實際需求的設計方案來進行設計。目前鋼結構施工技術克服了種種問題，已經被完美的使用，不僅使得經濟收益以及社會的知名度得以提高，還能實現(xiàn)實際施工的要求，更是縮短了工期，對今后同類型的工程施工技術起到了極大的幫助作用。