體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用研究

夏永清

（云南省體育場(chǎng)地設(shè)施建設(shè)管理中心，云南 昆明650000）

近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民健身需求不斷增加，國(guó)內(nèi)的體育場(chǎng)館建設(shè)項(xiàng)目也越來(lái)越多，場(chǎng)館規(guī)模越來(lái)越大，體育場(chǎng)館結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，結(jié)構(gòu)施工難度進(jìn)一步加大。下面結(jié)合實(shí)際，對(duì)體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)與難點(diǎn)做具體分析。

1 體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)與難點(diǎn)

1.1 工程組織管理難度大

體育場(chǎng)的占地面積、建筑高度等一般較大，因此鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)成復(fù)雜、安裝流程繁瑣、施工技術(shù)難度極高，鋼結(jié)構(gòu)施工中的安全、質(zhì)量以及秩序不易控制。除了鋼結(jié)構(gòu)本身具有很高的復(fù)雜性、系統(tǒng)性外，體育場(chǎng)的鋼結(jié)構(gòu)施工還經(jīng)常與土建施工存在交叉問(wèn)題，土建施工與鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)拼裝往往同時(shí)進(jìn)行，這就導(dǎo)致工程組織管理難度進(jìn)一步加大。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)土建施工與鋼結(jié)構(gòu)施工交叉進(jìn)行時(shí)，大型吊車(chē)的行走、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的運(yùn)輸?shù)榷紩?huì)受到很大限制，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程更加復(fù)雜[1]。

1.2 結(jié)構(gòu)復(fù)雜安裝精度控制難度大

當(dāng)前，人們對(duì)體育場(chǎng)有了新的要求，不僅要求體育場(chǎng)內(nèi)有相對(duì)廣闊的空間、完善的設(shè)施，還要求體育場(chǎng)建筑造型要富有個(gè)性且足夠精美。這就導(dǎo)致體育場(chǎng)主次結(jié)構(gòu)之間多桿空間匯交的情況增多，再加之次結(jié)構(gòu)的規(guī)律性少，整體比較多變，因此體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造會(huì)更加復(fù)雜[2]。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，會(huì)頻繁遇到多個(gè)管口同時(shí)對(duì)接的情況，管口對(duì)口精度較難控制。此外，體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)屬于大跨度空間結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件長(zhǎng)度易受溫度影響，這也導(dǎo)致控制結(jié)構(gòu)安裝精度不易控制。

1.3 構(gòu)件體型大重量大

體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)最顯著的特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的體型巨大，自重較大，安裝難度很高。并且在安裝過(guò)程中，構(gòu)件會(huì)受到外界溫度、張拉力等影響而出現(xiàn)一定程度的變形，從而使結(jié)構(gòu)安裝條件發(fā)生了一定的改變。要想獲得最高的安裝精度，就必須根據(jù)實(shí)際情況對(duì)安裝方案再做細(xì)致調(diào)整，但實(shí)際上，由于任務(wù)重、工期緊，再加之施工現(xiàn)場(chǎng)的秩序與條件都比較復(fù)雜，因此安裝方案往往是來(lái)不及調(diào)整的，這就導(dǎo)致頂面次結(jié)構(gòu)的安裝精度難以達(dá)標(biāo)。

1.4 焊接難度高

體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)中厚板數(shù)量較多，并且為了使體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)有較高的穩(wěn)定性、穩(wěn)固性，在選材時(shí)一般都會(huì)選擇高強(qiáng)鋼。鋼板的厚度以及強(qiáng)度都給現(xiàn)場(chǎng)焊接工作帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)，使焊接難度加大。此外，在焊接施工中不僅需要考慮板材的厚度、強(qiáng)度等，還需考慮外部環(huán)境條件如溫度、濕度等，根據(jù)實(shí)際情況做好焊前的預(yù)熱、焊后的保溫防寒等工作，施工內(nèi)容多且難度大[3]。

2 體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 鋼結(jié)構(gòu)加工與安裝

對(duì)體育場(chǎng)采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，先根據(jù)體育場(chǎng)的規(guī)模、跨度以及外部建筑形態(tài)等將鋼結(jié)構(gòu)加工出來(lái)。加工結(jié)束后進(jìn)入吊裝階段，吊裝時(shí)由于鋼結(jié)構(gòu)規(guī)模較大且自身重量較重，因此要采用大型吊車(chē)進(jìn)行吊裝。為保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，吊裝時(shí)要做到精準(zhǔn)，各構(gòu)件以及部位的吊裝精度要達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在鋼結(jié)構(gòu)吊裝環(huán)節(jié)涉及到許多高空焊接作業(yè)，這些施工任務(wù)的技術(shù)難度較大，很難控制焊接質(zhì)量。為此，在進(jìn)行高空焊接過(guò)程中施工人員要重點(diǎn)把握兩點(diǎn)，一是控制焊接精度，二是把控鋼結(jié)構(gòu)變形[4]。

2.2 支撐塔吊計(jì)算與設(shè)計(jì)

在施工時(shí)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的特征特點(diǎn)設(shè)計(jì)與之相互配套的支撐方案，確保鋼結(jié)構(gòu)足夠安全穩(wěn)固。如施工人員可以在每榀桁架懸挑端下方搭設(shè)一排支撐腳手架，利用其達(dá)到支撐加固的目的。在結(jié)束鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝工作后，計(jì)算出拉索未張拉前的支撐軸力最大數(shù)值。

2.3 構(gòu)件安裝

在安裝拉索時(shí)，根據(jù)撐桿、拉索以及鋼柱等的位置關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)科學(xué)可行的安裝方案。當(dāng)鋼柱、拉索以及撐桿等構(gòu)架的連接位置比較高時(shí)，就可嘗試采用制作吊蘭高空操作的方法來(lái)完成安裝操作，而對(duì)與撐桿相連拉索的安裝問(wèn)題，通過(guò)搭設(shè)腳手架平臺(tái)進(jìn)行解決[5]。

吊裝桁架柱時(shí)，吊耳會(huì)承受較大的集中荷載，在正式吊裝過(guò)程中它的受力會(huì)比較復(fù)雜。為準(zhǔn)確、全面了解吊耳的受力情況，可在設(shè)計(jì)吊耳時(shí)將吊耳適當(dāng)加長(zhǎng)，然后基于最不利的工況以及最終的吊裝情況對(duì)吊耳的受力情況進(jìn)行計(jì)算與分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果科學(xué)設(shè)計(jì)吊裝方案，確保整個(gè)吊裝施工能順利完成。由于桁架柱的吊裝是一項(xiàng)技術(shù)難度較大的工作，因此在吊裝前一定要對(duì)吊裝施工條件進(jìn)行優(yōu)化。如設(shè)計(jì)好吊裝路線、清理吊裝場(chǎng)地、拼裝定位板等。在正式吊裝過(guò)程中保持平穩(wěn)，做好監(jiān)測(cè)。在下柱吊裝就位時(shí)，先對(duì)內(nèi)柱的對(duì)口進(jìn)行定位，之后再調(diào)整外柱的對(duì)口偏差。吊裝過(guò)程中使用經(jīng)緯儀、全站儀等準(zhǔn)確測(cè)量?jī)?nèi)柱垂直度，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)偏差做適當(dāng)調(diào)整。安裝主桁架時(shí)，依據(jù)主桁架的具體形式選擇吊裝方式，在吊裝工程中保證主桁架下弦下表面基準(zhǔn)點(diǎn)與支撐塔架頂部基點(diǎn)重合。

2.4 預(yù)應(yīng)力張拉

在體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工中，預(yù)應(yīng)力張拉是一個(gè)非常重要的施工環(huán)節(jié)，預(yù)應(yīng)力張拉施工的技術(shù)難度巨大，對(duì)人員、機(jī)械設(shè)備等的要求很高。研究證明，在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工時(shí)，與同一榀桁架相連拉索的狀態(tài)會(huì)受到較大影響，因此需對(duì)與同一榀桁架相連拉索也進(jìn)行張拉。因體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，因此可同時(shí)張拉與對(duì)稱2個(gè)榀桁架相連拉索，這樣能夠讓鋼結(jié)構(gòu)的受力相對(duì)均勻，也能讓鋼結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題得到控制。

3 體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制

3.1 鋼結(jié)構(gòu)加工質(zhì)量控制

在體育場(chǎng)中采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，構(gòu)件加工質(zhì)量會(huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、耐久性以及體育場(chǎng)的安全性產(chǎn)生直接影響，因此在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格把控鋼結(jié)構(gòu)加工質(zhì)量。在鋼結(jié)構(gòu)加工環(huán)節(jié)，需從材料進(jìn)廠、構(gòu)件加工以及構(gòu)件成品出廠等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行把控。對(duì)應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工的材料，必須要有質(zhì)量合格證書(shū)，且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)抽檢質(zhì)量達(dá)標(biāo)率合格。在構(gòu)件加工過(guò)程中，要能?chē)?yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙控制好各構(gòu)件的尺寸、規(guī)格、形狀等要素，并且要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行數(shù)控切割，以此避免人工誤差，全面保證構(gòu)件加工精度。在加工過(guò)程要對(duì)下料數(shù)量、下料時(shí)間等做好計(jì)算，最大程度地縮小下料誤差，保證構(gòu)件加工精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求[6]。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量控制

在正式安裝之前首先要采用科學(xué)合理的技術(shù)方法將構(gòu)件的安裝位置、安裝高度等進(jìn)行測(cè)量確定，從而使屋蓋整體曲面效果能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在正式安裝過(guò)程中也必須時(shí)刻做好監(jiān)測(cè)、測(cè)量與校正，保證鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量達(dá)標(biāo)。安裝鋼柱時(shí)，為鋼柱底部配置定位螺栓，確保在吊裝過(guò)程中與柱子預(yù)埋件定位螺栓相連接，使鋼柱的安裝精度能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。由于鋼柱自身重量較大，因此在吊裝過(guò)程中可選用QUY100型履帶式起重機(jī)進(jìn)行吊裝。在完成鋼柱吊裝操作后，開(kāi)始使用混凝土進(jìn)行澆筑，澆筑時(shí)從鋼柱頂部向下澆筑，澆筑到標(biāo)高位置后停止。若在施工過(guò)程中遇到澆筑口過(guò)高，而混凝土泵車(chē)泵送高度較低的情況，就可使用汽車(chē)吊將混凝土料斗吊至柱頂腳手架澆筑平臺(tái)，然后人工向著澆筑口送料澆筑。在混凝土澆筑環(huán)節(jié)要嚴(yán)格控制澆筑高度，實(shí)際澆筑高度不能超過(guò)設(shè)計(jì)高度。要保證澆筑過(guò)程中的勻速性以及澆筑后的密實(shí)性，要嚴(yán)格控制混凝土澆筑質(zhì)量。

3.3 預(yù)應(yīng)力拉索施工質(zhì)量控制

在鋼結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力張拉施工階段，采用分步張拉的方式進(jìn)行。正式張拉前，先根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)緊其中的一個(gè)拉索，確保在所有的張拉結(jié)束后，該拉索的實(shí)際索力能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。之后，結(jié)合設(shè)計(jì)方案按照正確的順序依次對(duì)剩下的拉索進(jìn)行張拉，在張拉時(shí)，第1級(jí)由中間向兩側(cè)張拉到設(shè)計(jì)初張力的60%，第2級(jí)由兩側(cè)向中間張拉到設(shè)計(jì)初拉力的100%。

3.4 進(jìn)行仿真計(jì)算分析

在體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工中，進(jìn)行仿真計(jì)算的主要目的是對(duì)張拉方案的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)驗(yàn)證及時(shí)發(fā)現(xiàn)張拉方案中的一些不足并做出調(diào)整，確保在正式張拉過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)任何安全隱患與質(zhì)量隱患。除此之外，通過(guò)計(jì)算將每張拉步鋼索張拉力的大小確定下來(lái)，以便在實(shí)際張拉時(shí)有可靠的參考依據(jù)。通過(guò)仿真計(jì)算確定出每張拉步結(jié)構(gòu)的變形與應(yīng)力分布情況，使施工人員能在實(shí)際張拉過(guò)程中更精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)與更合理地調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)張拉應(yīng)力與變形。在進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，采用有限元計(jì)算軟件Midas來(lái)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的張拉過(guò)程進(jìn)行仿真模擬與分析計(jì)算，在計(jì)算時(shí)要保證各項(xiàng)原始數(shù)據(jù)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，從而確保最終的仿真計(jì)算結(jié)果真實(shí)可靠。計(jì)算結(jié)束后，根據(jù)實(shí)際需求提取每級(jí)張拉力值，將其作為每級(jí)張拉施工時(shí)的參考依據(jù)。在張拉結(jié)束后，對(duì)拉索索力、結(jié)構(gòu)豎向變形以及鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況等做出計(jì)算分析，將計(jì)算所得數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)實(shí)際的張拉效果做出判斷。

3.5 結(jié)構(gòu)張拉質(zhì)量控制

在體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)的張拉施工中，嚴(yán)格按照索力控制為主、結(jié)構(gòu)變形為輔的原則。在張拉過(guò)程中要不斷監(jiān)測(cè)檢查結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化情況，每級(jí)張拉結(jié)束后，對(duì)張拉效果進(jìn)行測(cè)量校對(duì)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常隱患時(shí)應(yīng)先停止下一級(jí)的張拉施工，并組織專業(yè)技術(shù)人員對(duì)隱患來(lái)源進(jìn)行調(diào)查分析并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)異常現(xiàn)象進(jìn)行處理，處理結(jié)束且經(jīng)再次測(cè)量檢測(cè)無(wú)誤后再進(jìn)行施工。

3.6 開(kāi)展施工監(jiān)測(cè)

體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)難度較大，在施工過(guò)程中易出現(xiàn)安全問(wèn)題與質(zhì)量問(wèn)題，因此必須做好對(duì)施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)與控制，以保證各項(xiàng)施工能順利進(jìn)行。具體來(lái)說(shuō)，在鋼結(jié)構(gòu)施工期間施工人員可使用油壓傳感器對(duì)拉索索力進(jìn)行控制。油壓傳感器的精度很高（大約能達(dá)到0.1kN），因此能夠保證張拉力的準(zhǔn)確性。在所有的張拉施工結(jié)束后，采用抽樣檢測(cè)的方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)拉索索力進(jìn)行檢測(cè)，并將實(shí)際獲得的索力大小數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，據(jù)此判斷出張拉施工效果，并根據(jù)對(duì)比結(jié)果確定是否需要返工或校正。按照有關(guān)規(guī)定，體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工中現(xiàn)場(chǎng)索力值與設(shè)計(jì)數(shù)值之間的誤差不能超過(guò)5%，若超過(guò)5%就必須返工重修。研究與實(shí)踐證明，在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行張拉處理時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)因張拉力的影響而出現(xiàn)變形，較小的變形屬于正常情況，但如果變形較大，就說(shuō)明鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，工程結(jié)構(gòu)存有很大的安全隱患與質(zhì)量隱患。為防止鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大變形，在張拉過(guò)程中可采用全站儀對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的豎向位移情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若經(jīng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)豎向位移偏差在10%以內(nèi)，則說(shuō)明鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，反之則需返工重修。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工中，構(gòu)件加工與安裝、支撐塔吊計(jì)算與設(shè)計(jì)、拉索安裝、預(yù)應(yīng)力張拉等是至關(guān)重要的幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)，這些施工內(nèi)容的完成情況會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性、安全性與耐久性產(chǎn)生直接性的影響。為此在施工過(guò)程中要嚴(yán)格按照國(guó)家及行業(yè)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與施工要求，根據(jù)工程實(shí)際情況設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)施工方案，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程，并在施工期間做好結(jié)構(gòu)變形與應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)，從而使體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。