上海浦東足球場(chǎng)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)創(chuàng)新施工技術(shù)*

周 鋒，陳曉明

(上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司，上海 200072)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)冬奧會(huì)和其他重大國(guó)際賽事的成功申辦，體育產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，新建及改造體育場(chǎng)館項(xiàng)目不斷涌現(xiàn)，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)獲得了前所未有的發(fā)展。而輪輻式張拉結(jié)構(gòu)體系因結(jié)構(gòu)輕巧、易實(shí)現(xiàn)大跨度、空間受力結(jié)構(gòu)效率高的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外頂級(jí)體育場(chǎng)的屋蓋結(jié)構(gòu)中。此結(jié)構(gòu)體系一般由外壓環(huán)、徑向索和內(nèi)拉環(huán)所組成，其中外壓環(huán)類似車輪的輪輞，徑向索類似車輪的輻條，內(nèi)拉環(huán)類似車輪的輪轂，三者形成自平衡，主要應(yīng)用在圓形或類橢圓形體育場(chǎng)。

浦東足球場(chǎng)造型接近矩形，如果采用外壓環(huán)輪輻式張拉結(jié)構(gòu)，則因外壓環(huán)呈矩形狀使結(jié)構(gòu)承力效率低下而不經(jīng)濟(jì)。為此，浦東足球場(chǎng)首創(chuàng)了中置壓環(huán)張拉結(jié)構(gòu)體系，其將輪輻式張拉結(jié)構(gòu)常規(guī)放置在外圈柱頂?shù)膲毫Νh(huán)向內(nèi)移動(dòng)，以規(guī)避外形限制而布設(shè)承力效率更高的橢圓形中置壓環(huán)。本文對(duì)安裝過(guò)程中的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析與研究，總結(jié)大跨鋼結(jié)構(gòu)屋蓋安裝的關(guān)鍵技術(shù)，以便作為今后類似結(jié)構(gòu)施工的參考。

1 工程概況

上海浦東足球場(chǎng)是一座符合國(guó)際足聯(lián)國(guó)際A級(jí)比賽要求的專業(yè)足球場(chǎng)，固定座席數(shù)約為3.4萬(wàn)個(gè)。建成后的實(shí)景如圖1所示。足球場(chǎng)看臺(tái)采用鋼結(jié)構(gòu)框架-支撐體系+預(yù)制混凝土看臺(tái)板。足球場(chǎng)屋蓋采用輪輻式索承網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，通過(guò)鋼立柱支承在下部看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)上。屋蓋平面長(zhǎng)軸211m，短軸173m，并依循看臺(tái)形成了輕微的馬鞍造型，高差為2.5m，立面高度24.5～26.9m。屋蓋拉索采用全封閉鋼索，不設(shè)調(diào)節(jié)余量。

圖1 浦東足球場(chǎng)實(shí)景

屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的徑向索桁架包括上徑向梁、下徑向索和V撐外肢。46榀徑向索桁架通過(guò)主壓環(huán)梁、環(huán)索和次環(huán)梁連成整體，并通過(guò)立柱支撐在下部看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)上。內(nèi)懸挑梁作為次結(jié)構(gòu)依附在索桁架端部，并下設(shè)V撐內(nèi)肢減小了內(nèi)懸挑梁的跨度。屋蓋的結(jié)構(gòu)體系可以看成是輪輻式體系和索承網(wǎng)殼的結(jié)合(見(jiàn)圖2)。與傳統(tǒng)全柔性輪輻式體系不同，本工程下弦采用張拉索網(wǎng)體系，上弦采用剛性結(jié)構(gòu)體系，徑向索水平分力通過(guò)剛性的上弦徑向梁傳遞至中置壓環(huán)，形成張拉自平衡體系，且剛性的上弦結(jié)構(gòu)亦與該工程采用的直立鎖邊金屬屋面體系相契合。中置近似橢圓形的壓環(huán)滿足了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的要求，也釋放了對(duì)外環(huán)的結(jié)構(gòu)要求，外環(huán)只需滿足球場(chǎng)矩形外輪廓的建筑要求。

圖2 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)立面示意

2 施工流程和施工分析

輪輻式張拉結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力和位形有著密切的關(guān)系。內(nèi)力的變化將牽動(dòng)位形的改變，同樣位形的變化也會(huì)帶來(lái)內(nèi)力的變更。這種形與力密不可分的關(guān)系，決定了屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的分析、深化、加工、安裝及張拉是一體化的過(guò)程。

2.1 施工流程

整個(gè)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的施工大體分為4個(gè)階段。

1)采用臨時(shí)支撐安裝46榀徑向梁、V撐外肢、壓環(huán)梁、外側(cè)圈梁下的立柱和部分次環(huán)梁。分段之間通過(guò)法蘭相連的壓環(huán)梁精確成環(huán)是施工的關(guān)鍵。

2)16段環(huán)索地面展開(kāi)首尾相連，形成8根環(huán)索，并與索夾固定。利用已安裝的屋蓋結(jié)構(gòu)提升索夾以及與之相連的環(huán)索，就位后索夾與已經(jīng)安裝的V撐外肢通過(guò)銷軸固定。徑向索一端與索夾相連，另一端通過(guò)張拉工裝與徑向梁外端的耳板連接。同步張拉徑向索，就位后穿銷軸固定。

3)補(bǔ)缺壓環(huán)梁外側(cè)的次環(huán)梁形成完整圈梁，安裝屋面支撐和柱間支撐。

4)安裝V撐內(nèi)肢、徑向懸挑梁及壓環(huán)梁內(nèi)側(cè)的圈梁和屋面支撐，至此屋蓋鋼結(jié)構(gòu)形成。

2.2 施工分析

對(duì)于浦東足球場(chǎng)鋼屋蓋這個(gè)剛?cè)峤Y(jié)合索承網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，施工的目標(biāo)是在形與力上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)初始狀態(tài)。由于力與形的高相關(guān)性，這對(duì)構(gòu)件的加工制作與現(xiàn)場(chǎng)安裝誤差的控制有著極高的要求。同時(shí)結(jié)構(gòu)在施工各個(gè)階段的內(nèi)力和形態(tài)的關(guān)系需要通過(guò)全過(guò)程的仿真計(jì)算分析獲得，從而為制定和優(yōu)化施工方案及施工控制提供依據(jù)，以保證施工安全。施工分析主要包括零應(yīng)力找形分析和施工過(guò)程分析。

結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)是結(jié)構(gòu)在自重和預(yù)應(yīng)力作用下的自平衡狀態(tài)，一般即結(jié)構(gòu)施工圖所對(duì)應(yīng)的形態(tài)和索力分布，因此也常稱為設(shè)計(jì)初始態(tài)。鋼結(jié)構(gòu)施工是鋼構(gòu)件在臨時(shí)支撐上拼裝，逐步形成結(jié)構(gòu)的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)自重由臨時(shí)支撐承擔(dān)，構(gòu)件的應(yīng)力水平很低，變形也很小，此時(shí)為施工零應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)預(yù)應(yīng)力張拉且拆除臨時(shí)支撐后，結(jié)構(gòu)成型進(jìn)入施工完成態(tài)。對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力張拉和拆除臨時(shí)支撐前后，即零應(yīng)力狀態(tài)和施工完成態(tài)間結(jié)構(gòu)位形差異較小。對(duì)于剛?cè)峤M合或全柔性結(jié)構(gòu)，二者間差異較大。為此，對(duì)于本工程的剛?cè)峤M合屋蓋，首先要進(jìn)行零應(yīng)力找形分析，即通過(guò)拆除構(gòu)件、釋放約束等手段，明確結(jié)構(gòu)的零應(yīng)力狀態(tài)。再基于零應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行施工全過(guò)程模擬分析，通過(guò)施工過(guò)程分析結(jié)果與設(shè)計(jì)初始態(tài)內(nèi)力和位形的對(duì)比，驗(yàn)證零應(yīng)力狀態(tài)的準(zhǔn)確性和施工步驟的可行性。

以施工完成態(tài)和設(shè)計(jì)初始態(tài)擬合度最大為原則進(jìn)行迭代優(yōu)化，最終確定了本屋蓋結(jié)構(gòu)的零應(yīng)力狀態(tài)及相應(yīng)的施工工序。

1)工況1 安裝柱、壓環(huán)梁及其外側(cè)的次環(huán)梁(不含8個(gè)后裝段)。

2)工況2 安裝V撐外肢、環(huán)索、索夾和徑向索，并張拉徑向索。

3)工況3 安裝壓環(huán)梁外側(cè)的后裝段圈梁、屋面支撐和柱間支撐。

4)工況4 安裝V撐內(nèi)肢和徑向懸挑梁。

5)工況5 安裝壓環(huán)梁內(nèi)側(cè)的圈梁、屋面支撐。

6)工況6 安裝屋面檁條與馬道，卸載胎架。

施工完成的索力如表1所示。施工完成態(tài)鋼結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力如表2所示。

表1 施工完成索力

表2 施工完成態(tài)鋼結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力

由表1，2可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)一次成型與施工過(guò)程分析的完成態(tài)進(jìn)行分析，環(huán)索索力施工過(guò)程分析與設(shè)計(jì)初始態(tài)相差在9.3%以內(nèi)；徑向索索力施工過(guò)程分析與設(shè)計(jì)初始態(tài)相差在2.2%以內(nèi)；鋼結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力施工過(guò)程分析與設(shè)計(jì)初始態(tài)相差在1.7%以內(nèi)；壓環(huán)梁軸力施工過(guò)程分析與設(shè)計(jì)初始態(tài)相差在2.9%以內(nèi)。由此可見(jiàn)，施工過(guò)程分析與設(shè)計(jì)初始態(tài)結(jié)果基本一致，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)零應(yīng)力狀態(tài)及其安裝流程是可行的。

3 深化設(shè)計(jì)

對(duì)于浦東足球場(chǎng)這種依靠張拉成型的剛?cè)峤M合結(jié)構(gòu)，張拉前后結(jié)構(gòu)位形變化較大，為此應(yīng)基于結(jié)構(gòu)的零應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件與索的深化，獲得鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及索的零應(yīng)力下的尺寸，為構(gòu)件的制作提供依據(jù)。

依據(jù)施工方案，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的主受力部分張拉前安裝，通過(guò)張拉形成結(jié)構(gòu)，而次受力部分待張拉后安裝。前者是屋蓋張拉成型的關(guān)鍵，后者依附在主受力部分之上。主受力部分包括46組徑向梁、徑向索和V撐外肢及把徑向結(jié)構(gòu)體系連成整體的環(huán)梁和環(huán)索。次受力部分主要包括內(nèi)懸挑構(gòu)件。先期安裝的主受力部分的深化是基于零應(yīng)力狀態(tài)的深化，而張拉后安裝的次受力部分的深化是基于設(shè)計(jì)初始狀態(tài)的深化，二者放在同一個(gè)深化模型中存在互不相連的情況，這與傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)完全不同(見(jiàn)圖3)。

圖3 構(gòu)件深化示意

4 加工制作

4.1 壓力環(huán)

中置壓環(huán)平衡了46榀徑向索桁架的徑向壓力。壓環(huán)的加工和安裝精度會(huì)影響整個(gè)輪輻式張拉結(jié)構(gòu)的受力。徑向梁(B1 400×700)間的中置壓環(huán)(B1 500×1 500)均采用法蘭螺栓連接，這樣可以通過(guò)加工精度保證安裝成型精度。為避免現(xiàn)場(chǎng)高空焊接，現(xiàn)場(chǎng)安裝采用在地面將徑向梁同壓環(huán)梁組合成T形構(gòu)件進(jìn)行整體吊裝。T形組合構(gòu)件共46榀，構(gòu)件跨度25.3～41.8m，寬度8.2～11.3m，構(gòu)件質(zhì)量52.52～68.47t，分段形式如圖4所示。

圖4 T形組合構(gòu)件安裝分段

設(shè)計(jì)要求中置壓環(huán)每段構(gòu)件長(zhǎng)度偏差在±3mm內(nèi)，所有因素疊加的綜合誤差在±10mm內(nèi)，中置壓環(huán)的法蘭面最大轉(zhuǎn)角偏差<0.5mm/1 000mm， 這是因?yàn)樵摲ㄌm面會(huì)受到連接壓環(huán)的徑向梁在自重作用下的彎曲變形而發(fā)生扭轉(zhuǎn)。而傳統(tǒng)輪輻式張拉結(jié)構(gòu)，位于外圈的壓環(huán)距離看臺(tái)近，臨時(shí)支撐高度低，剛度好，且無(wú)徑向梁的影響，法蘭面的轉(zhuǎn)角容易控制。

受到運(yùn)輸尺寸的限制，T形構(gòu)件無(wú)法加工成整體到現(xiàn)場(chǎng)。中置壓環(huán)的加工分段采用圖5所示形式，壓環(huán)本體的精度和法蘭面的貼合通過(guò)加工來(lái)實(shí)現(xiàn)，而徑向梁對(duì)法蘭面扭轉(zhuǎn)的影響則通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拼裝預(yù)變形予以消化。

圖5 中置壓環(huán)加工分段

整個(gè)屋蓋輕微的馬鞍構(gòu)形使壓環(huán)的標(biāo)高存在變化，形成空間結(jié)構(gòu)。每根壓環(huán)梁兩端的法蘭面與水平面角度不一，且二者之間也不平行。壓環(huán)相鄰法蘭面(板厚80mm)間通過(guò)60個(gè)10.9級(jí)的M36相連，法蘭面中設(shè)有人孔。相鄰的法蘭面板加工時(shí)通過(guò)配鉆螺栓孔保證精度。法蘭面與壓環(huán)箱梁焊接前，將相鄰兩端的壓環(huán)梁法蘭面用螺栓鎖緊保證貼合度，再采用焊接變形較小的清根坡口焊縫焊接。不斷對(duì)法蘭面火焰校正進(jìn)行平面度的控制。法蘭面平面度合格后，最后采用端銑機(jī)銑平法蘭面。

46段壓環(huán)梁在加工廠分批總裝。相鄰法蘭面鎖定下，壓環(huán)梁本體與節(jié)點(diǎn)區(qū)焊接形成圖6所示裝配單元。焊縫收縮會(huì)減小壓環(huán)梁長(zhǎng)度。因此，焊接前適當(dāng)增放壓力環(huán)梁整體長(zhǎng)度余量。保證焊接后壓力環(huán)梁整體收縮，恢復(fù)到設(shè)計(jì)尺寸。

圖6 中置壓力環(huán)梁分批總裝

4.2 索夾和拉索

8根環(huán)索通過(guò)索夾與徑向索桁架相連，平衡了46榀徑向索桁架的徑向拉力。與傳統(tǒng)的全鑄鋼索夾不同，本項(xiàng)目索夾由上下鑄鋼夾板和中間鑰匙形耳板構(gòu)成，鑄鋼的材質(zhì)為G20Mn5QT，中間鋼板的材質(zhì)為Q390C。索夾上下鑄鋼夾板和中間耳板通過(guò)焊接連接，并與螺栓與上蓋板連接。環(huán)索索夾構(gòu)造如圖7所示。針對(duì)該鑄鋼材料的特點(diǎn)，選取合適的焊材以及預(yù)熱和后處理工藝，焊接過(guò)程中嚴(yán)格控制焊接熱輸入，防止過(guò)大和過(guò)小的焊接熱輸入在焊接過(guò)程中產(chǎn)生缺陷。焊接完成后去應(yīng)力退火以消除焊接應(yīng)力。

圖7 索夾構(gòu)造

所有的徑向索以及環(huán)索均采用密閉索。密閉索外層的Z形鋼絲使其具有非常好的橫向承載力，這對(duì)于與索夾通過(guò)小蓋板夾緊固定的環(huán)索非常必要。同時(shí)鋼絲外的高釩涂層(鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層)和外層Z形鋼絲封閉鎖緊使其具有非常好的防腐性能。徑向索的索頭采用了材質(zhì)為42CrMo的高強(qiáng)鍛鋼件，在保證強(qiáng)度、韌性和抗疲勞性能的同時(shí)，減小了索頭的尺寸。

5 豎向控制支架

5.1 屋蓋臨時(shí)支撐系統(tǒng)

浦東足球場(chǎng)采用的中置壓環(huán)張拉體系，與常規(guī)輪輻式張拉體系最大的不同是剛性的徑向梁和壓力環(huán)的跨中布置，因此必須采用支架施工。徑向梁和中壓環(huán)組成的T形構(gòu)件安裝時(shí)結(jié)構(gòu)未成體系，均需擱置在臨時(shí)支撐上，方可確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。單榀組合構(gòu)件采用3點(diǎn)擱置，壓環(huán)梁兩端擱置于臨時(shí)支撐上端，徑向梁末端擱置于位于看臺(tái)頂部的型鋼支撐上，如圖8所示。

由于采用RS-485的硬件協(xié)議，上位機(jī)為主機(jī)，而單片機(jī)作為下位機(jī)也就是從機(jī)，從機(jī)不會(huì)主動(dòng)向主機(jī)發(fā)送信息，在接收到主機(jī)的信息后作出響應(yīng)，因此從機(jī)在空閑狀態(tài)時(shí)處于接收狀態(tài)。

圖8 臨時(shí)支撐立面示意

5.2 支架方案對(duì)比

如果采用傳統(tǒng)的僅受壓支撐，則由于徑向索張拉整個(gè)屋蓋將上抬而脫離設(shè)計(jì)位形，由此其他內(nèi)懸挑等次受力構(gòu)件將不得不在設(shè)計(jì)位形標(biāo)高之上安裝。本項(xiàng)目的大跨度鋼屋蓋是半剛性結(jié)構(gòu)，張拉后次受力構(gòu)件及屋面安裝的過(guò)程中屋面受自重的增加將不斷下?lián)?。由此，這些后續(xù)安裝的構(gòu)件不但標(biāo)高難以控制，且在安裝后隨屋面的變形將產(chǎn)生構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力，使之與設(shè)計(jì)初始態(tài)存在較大的差異。為此，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)研發(fā)了拉壓控制支架，其在徑向索張拉前支架承托中壓環(huán)，在徑向索張拉后又可通過(guò)支架中的拉索拉住中壓環(huán)。整個(gè)張拉過(guò)程中壓環(huán)始終位于設(shè)計(jì)初始態(tài)標(biāo)高，施工完成后結(jié)構(gòu)的形態(tài)和內(nèi)力更接近設(shè)計(jì)狀態(tài)，計(jì)算分析也證明了這一點(diǎn)。

5.3 豎向拉壓控制支架施工工藝

豎向拉壓控制支架在構(gòu)件拼裝階段承受壓力托住上部構(gòu)件，當(dāng)徑向索張拉整體結(jié)構(gòu)上抬時(shí)，又能拉住中壓環(huán)，使其保持設(shè)計(jì)初始態(tài)標(biāo)高不變，以滿足后續(xù)結(jié)構(gòu)安裝的需求。豎向控制支架共46組，支架總高度24～30m。支架底部在看臺(tái)或底板設(shè)置抗拉埋件，支架底座通過(guò)下部轉(zhuǎn)換鋼架與抗拉埋件連接。支架上部通過(guò)上部轉(zhuǎn)換鋼架支承壓環(huán)梁，并通過(guò)穿心式千斤頂、鋼絞線、錨具等與壓環(huán)梁銷鉸連接以拉住壓環(huán)梁，形成支架內(nèi)拉索的集成化配置，滿足抗壓、抗拉以及釋放屋蓋豎向位移等的需求，豎向拉壓控制支架立面如圖9所示。

圖9 豎向拉壓控制支架立面示意

豎向拉壓控制支架施工流程如下： ①依次安裝支架底座(包括穿心式千斤頂)、支架本體及上節(jié)點(diǎn)； ②支架安裝完成后，通過(guò)千斤頂于鋼絞線上施加200kN預(yù)拉力，進(jìn)而在支撐外鋼架內(nèi)產(chǎn)生200kN的預(yù)壓力以消除支架間隙，確保支架剛度； ③在徑向索張拉前，支架承受壓力； ④待壓環(huán)梁結(jié)構(gòu)成環(huán)后，通過(guò)千斤頂于鋼絞線上施加設(shè)定的拉力值(400～800kN)，其后鋼絞線上下錨具鎖緊； ⑤隨徑向索張拉過(guò)程的進(jìn)行，拉壓控制支架逐步由受壓轉(zhuǎn)為受拉； ⑥待屋蓋主構(gòu)件均安裝完成后，通過(guò)千斤頂協(xié)同控制對(duì)46個(gè)支架點(diǎn)進(jìn)行同步索力卸載。

6 安裝

6.1 現(xiàn)場(chǎng)拼裝

每榀徑向索桁架由徑向梁、V撐外肢和徑向索兩兩通過(guò)銷軸連接構(gòu)成。46榀索桁架通過(guò)環(huán)索和中壓環(huán)連成整體。整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的精度控制主要在上述構(gòu)件。徑向索和環(huán)索均為定長(zhǎng)索，不設(shè)調(diào)節(jié)量。索的加工精度為索長(zhǎng)的0.01%，這意味最長(zhǎng)40m的徑向索誤差不能超過(guò)4mm。中置壓環(huán)均采用法蘭螺栓連接，它的精度主要靠加工和預(yù)拼保證。46榀T形吊裝單元均由3段構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)胎架上焊接而成，是所有主要受力構(gòu)件中唯一涉及現(xiàn)場(chǎng)焊接的構(gòu)件。根據(jù)構(gòu)件形式及分段拼接位置，每榀T形構(gòu)件設(shè)置了6處胎架(見(jiàn)圖10)。其在胎架拼裝時(shí)采用關(guān)鍵控制點(diǎn)坐標(biāo)，坐標(biāo)允許偏差±3mm。

圖10 胎架布置平面

T形構(gòu)件分段駁運(yùn)至胎架定位后與擱置板焊接固定，進(jìn)行對(duì)接拼裝。拼裝完成后，先進(jìn)行第2分段處的焊接。焊接完成驗(yàn)收合格后，割開(kāi)胎架4，5上擱置板與構(gòu)件的連接，進(jìn)行胎架預(yù)卸載。這是在胎架上模擬構(gòu)件在空中擱置姿態(tài)。胎架4，5預(yù)卸載后，再進(jìn)行第1分段處的焊接，可以最大程度釋放徑向梁在豎向平面上的彎曲帶給壓環(huán)法蘭面的轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，構(gòu)件拼裝時(shí)也結(jié)合焊接收縮及溫度的影響，嚴(yán)格控制徑向梁的長(zhǎng)度。

6.2 吊裝

T形構(gòu)件采用4點(diǎn)吊裝，需準(zhǔn)確計(jì)算重心位置，并用倒鏈輔助調(diào)平壓環(huán)梁，確保安裝精度。對(duì)T形組合構(gòu)件吊裝進(jìn)行有限元施工模擬，明確吊裝方案可靠性。單榀T形構(gòu)件采用3點(diǎn)擱置，壓環(huán)梁兩端擱置于豎向控制支架上端，徑向梁末端擱置于位于看臺(tái)頂部的型鋼支撐上。T形構(gòu)件就位后，在前后支撐上進(jìn)行精調(diào)。然后陸續(xù)安裝相鄰T形構(gòu)件，并通過(guò)螺栓將中壓環(huán)法蘭面兩兩連接，再進(jìn)行部分次環(huán)梁連接。在屋蓋4個(gè)角部設(shè)置了8個(gè)后裝段，后裝段位置的次環(huán)梁安裝，但不固定。屋面張拉時(shí)允許相鄰后裝段區(qū)域徑向梁間發(fā)生徑向相對(duì)位移，避免次環(huán)梁承受剪力。同時(shí)增設(shè)了部分柱間臨時(shí)支撐，來(lái)保證張拉過(guò)程屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。中壓環(huán)合龍狀態(tài)如圖11所示。

圖11 中壓環(huán)合龍

7 張拉和卸載

根據(jù)屋蓋索網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，環(huán)索采用在地面和索夾組裝然后整體提升的方法。環(huán)索在高空分批與V撐外肢連接固定。徑向索空中展開(kāi)分別與環(huán)索上的索夾耳板連接。然后利用液壓千斤頂對(duì)徑向索進(jìn)行連續(xù)牽引張拉，在索頭到達(dá)徑向梁外側(cè)耳板錨固點(diǎn)時(shí)穿銷軸固定，結(jié)構(gòu)成型。

7.1 環(huán)索提升

在索盤上的16段直徑100mm的密閉索開(kāi)盤后，在現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)的46組環(huán)索支架平臺(tái)上展開(kāi)鋪索和移動(dòng)放索。16段鋼索兩兩首尾相連形成8根環(huán)索與46個(gè)索夾相連。索夾通過(guò)上下蓋板將索夾住，再利用提升節(jié)點(diǎn)(提升上節(jié)點(diǎn)設(shè)置在徑向梁內(nèi)側(cè)懸挑端，提升下節(jié)點(diǎn)設(shè)置在索夾蓋板的豎耳板上)及46套提升工裝設(shè)備等將環(huán)索提升到位。

在被動(dòng)張拉過(guò)程中，環(huán)索索長(zhǎng)變長(zhǎng)，索徑變細(xì)，會(huì)導(dǎo)致索夾的夾緊力減小，進(jìn)而降低環(huán)索與索夾間的摩擦力，從而可能引發(fā)索夾滑移，造成事故。為此，本項(xiàng)目首先通過(guò)索夾的抗滑移試驗(yàn)，明確了索夾小蓋板螺栓的預(yù)緊力，進(jìn)而結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控措施保證了索夾的抗滑移承載力。

7.2 徑向索張拉與結(jié)構(gòu)卸載

徑向梁尾端豎向耳板的兩側(cè)焊接了兩個(gè)水平工裝耳板，這兩個(gè)工裝耳板與兩束工裝索相連。徑向索索頭的內(nèi)側(cè)與工裝反力梁相連，反力梁的兩側(cè)固定了2個(gè)400t千斤頂。通過(guò)張拉千斤頂，徑向索索頭不斷接近豎向耳板，直至就位后穿銷軸(見(jiàn)圖12)。所有46根徑向索安裝完成后，結(jié)構(gòu)成型。

圖12 徑向索張拉

結(jié)構(gòu)張拉過(guò)程的施工分析表明，徑向索張拉初期徑向索索力增長(zhǎng)并不顯著，索力的緩慢增加只是克服徑向索在自重下的下?lián)?，后期索力增長(zhǎng)迅速。張拉施工采用工裝索索長(zhǎng)控制，結(jié)合千斤頂油壓表獲得的張拉力進(jìn)行結(jié)構(gòu)成型控制。實(shí)施過(guò)程中采用了各徑向索整體同步分級(jí)張拉的方案。分級(jí)位移前大后小，避免每級(jí)張拉力變化太大。索頭就位后4組操作人員在平面對(duì)稱位置穿銷軸，然后把張拉力從工裝索轉(zhuǎn)移到徑向索索頭上。

整個(gè)徑向索張拉結(jié)構(gòu)成型過(guò)程中，拉索逐步參與工作，結(jié)構(gòu)剛度也逐步增加，并伴隨著結(jié)構(gòu)的自重逐步向周邊的搖擺柱轉(zhuǎn)移。由于中壓環(huán)豎向位移被拉壓控制支架鎖定，中壓環(huán)的豎向標(biāo)高幾乎不變，支架也逐步由受壓轉(zhuǎn)為受拉。

張拉完成后立即進(jìn)行壓環(huán)梁外側(cè)后裝段圈梁、部分屋面支撐和柱間支撐的補(bǔ)缺，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。然后安裝V撐內(nèi)肢和徑向懸挑梁。由于中壓環(huán)此刻被豎向控制支架拉在設(shè)計(jì)標(biāo)高，徑向懸挑梁的安裝標(biāo)高也只要按設(shè)計(jì)標(biāo)高。待屋面主檁條安裝完成，大部分屋面荷載已施加。通過(guò)控制46個(gè)豎向控制支架內(nèi)的千斤頂，46個(gè)點(diǎn)同時(shí)釋放鋼絞線索力，同步卸載，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋完全獨(dú)立成型。

8 結(jié)語(yǔ)

此次浦東足球場(chǎng)屋蓋采用了國(guó)際首創(chuàng)的中置壓環(huán)輪輻式張拉結(jié)構(gòu)體系，對(duì)施工方法及加工和安裝精度都提出了很高的要求。

1)運(yùn)用有限元程序針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給出結(jié)構(gòu)成型態(tài)模型進(jìn)行找形分析，確定結(jié)構(gòu)的零應(yīng)力狀態(tài)。這是結(jié)構(gòu)施工過(guò)程分析的起點(diǎn)，也是結(jié)構(gòu)深化、加工及現(xiàn)場(chǎng)安裝定位的依據(jù)。

2)對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行模擬分析，驗(yàn)證施工安裝流程的可行性和零應(yīng)力狀態(tài)的準(zhǔn)確性。

3)臨時(shí)支撐系統(tǒng)使用創(chuàng)新的豎向拉壓控制支架工藝，既滿足結(jié)構(gòu)在初始狀態(tài)安裝的整體穩(wěn)定，又滿足預(yù)應(yīng)力張拉，壓力轉(zhuǎn)變?yōu)槔Φ囊蟆?/p>

4)針對(duì)采用法蘭連接的壓環(huán)，采用法蘭面螺栓鎖緊裝焊及壓環(huán)梁本體與節(jié)點(diǎn)區(qū)之間的整體拼焊，有效保證了法蘭面的密貼度和螺栓孔的同心度。

5)通過(guò)在胎架上模擬構(gòu)件在空中擱置姿態(tài)，最大程度釋放徑向梁在豎向平面上的彎曲帶給壓環(huán)法蘭面的轉(zhuǎn)動(dòng)，保證了中壓環(huán)的順利安裝。

6)根據(jù)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，環(huán)索采取地面組裝牽引提升、徑向索采用空中同步牽引張拉的方法施工。張拉后，次結(jié)構(gòu)構(gòu)件在設(shè)計(jì)標(biāo)高上安裝后豎向卸載，簡(jiǎn)化了安裝，保證了安裝質(zhì)量和結(jié)構(gòu)成型效果。