奥体中心体育馆结构设计及若干技术 附奥体中心亚运三馆体育游泳馆施工关键技术(实例分析).docx

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1、摘要奥体中心体育馆是一个特大型综合体育馆,看台以下的主体结构采用了钢筋 混凝土框架-剪力墙结构,屋盖采用肋环形双层钢网架。钢屋盖由位于看台外侧 的48根混凝土直柱和位于环廊外侧的16组三角形钢斜柱支承。混凝土柱均匀布 置在直径为136.6m的圆上,柱顶设混凝土环梁。外圈三角形斜柱柱顶位于直径 为204.6m的圆上。内外圈之间的跨度为34m。建筑外立面采用飞檐造型,飞檐 处屋面结构采用三层网架,在网架中部放置设备风机。介绍了结构选型和设计中 重点关注的几个问题。关键词:体育馆;肋环形双层钢网架;钢屋盖;钢斜柱;混凝土环梁Abstract: Olympic sports center gymnas

2、ium is a super-large comprehensive gymnasium. The reinforced concrete frame-shear wall structure is adopted in the main structure below the stand. Ribbed double-deck space truss is used in the roof. The steel roof is supported by 48 concrete columns located outside the grandstand and 16 groups of tr

3、iangular steel inclined columns located in the outer corridor. Concrete columns are evenly arranged on a circle with a diameter of 136.6 m, and concrete ring beams are set on the top of the columns. The outer circle triangular oblique column is arranged in diameter of 204.6 m. The span between the i

4、nner and outer rings is 34 m. The exterior facade of the building adopts the eaves shape, and the structure adopts three-layer grid structure. The equipment fan is placed in the middle chord. This paper explains some key problems in structure selection and design.Keywords: gymnasium; ribbed double-d

5、eck steel space truss; steel roof; steel inclined column; concrete ring beam01工程简介体育中心是2021年第14届全国运动会的主场馆,由体育场(标段1)和体 育馆+游泳馆(标段2)组成,项目选址在国际港务区,位于市未来城市发展的 东北向主轴上,柳新路以南,向东路以北,杏渭路以西,迎宾大道以东,占地面 积约74.9x104 rtf,地理位置优越,交通便利。体育中心总平面布置如图1所示。 本文仅介绍体育中心的体育馆。图1总平面布置8696381681296996854空产896477476690733746 5I6529

6、 807725 245747 231-2446991287般231732217709172304 735235 729234 ”,1247cH227732215734170 708709171724215748229人126690 232730 205170704214733226736122人 698 232241 732336 737820534867419727805c.e9728794734726917324235368199 犯 815 809 967805981870725 397图12设与不设环梁支座径向剪力的对比(单位:kN)Fig. 12 Comparison of radi

7、al shear force with and without ring beam bearing (Unit: kN)关于环梁的设置位置有2种思路。一种是设在钢屋盖支座处的下弦球上,其 优点是能更有效地约束钢屋盖在竖向荷载作用下引起的支座水平变位,缺点是对 混凝土支承体系的整体性及抗侧刚度贡献很小,故本设计采用了另一种思路:柱 顶设混凝土环梁的方式。环梁按控制裂缝宽度小于0.3mm进行配筋。3.3 关于防连续倒塌本工程钢屋盖结构为双层网架结构,杆件众多,试算结果表明,无论是弦杆 还是斜腹杆,无论其在支座附近还是在跨中,单根杆的破坏均不会对钢屋盖带来 太大的影响,屋盖结构的内力重分布能力很强。

8、由于钢屋盖的支承柱顶设有环形混凝土梁,环梁的协调能力很强,加之网架 的整体性良好,故去掉其中一根混凝土柱6后结构仍不会发生连续倒塌。3.4 关键节点的有限元分析本工程钢结构的几个节点均采用了“中震弹性”的性能目标。图13是用 ABAQUS分析的几个关键节点的应力云图,表明在中震作用下节点能够保持弹 性。a)网架支座b)斜柱底节点c)斜柱顶节点图13中震作用下的节点应力云图Fig. 13 Stress contour of joints under moderate earthquake3.5 关于大跨度空间结构的性能化问题根据以往的工程经验,很多7度设防地区的大空间钢结构的地震作用组合都 不起

9、控制作用。那么,8度设防地区这种结构的地震作用组合是否会起控制作用 呢?本文对屋盖网架的部分杆件的控制内力进行了对比,如表5所示。表 屋盖钢结构部分杆件受力的控制工况l ab. 5 ( ritical la(i cases of force exerted on some memliers of steel r14OX4y(1.2/,d + L”“+0. 84 T3)2711.2ad 十0. 5Li ) + 1. 3QO +0. 5Q;3904140X6l.2(Ld+0. 5,)+1.30 0.5Qt+0. 84T4651. 2(Ld+0. 5Li )-1-1. 3Q-0. 5Q4582159

10、X6y(1.2Ld + l.U/+0. 84TJ4651.2(Ld+0. 5L, ) + 1. 3Qvl +0. 5QT666I59X8y(l.2/,d+L4/4+O. 84,)-2591.0/,d一13Qs+0.5Q.-6860180X8y(1.2/ + 1.4/“+084)-3701 . 2(/,d + 0 5Li)一 1. 3Q、, +0. 5Q,一 5194180X10y(1.2/,d + L4L+O. 84T2)8721.2(Ld+0. 5LI)-1.3Q,、+0. 5Q,-635219X10y(1.2Ld + Li+0. 84 T,)1 4831.2(L,jH-0. 5/.) 1.

11、 3Q。 0. 5Q1-1 645.219X12y(1.2Ld-|-1.4L,+0. 84T2)-1 4881.2(Ld+0. 5L,)-1.3Q、, +0. 5Qt-2 10745X12y(1.2Ld + L4+0. 84T-1 7141.2(4+0. 5/d )-1.3Qy, +0. 5Q,-2 440$245X 14/(1.2Ld + 1.4L,4-0. 84T3)-1 6221.2(L +0. 5L,) + 1.3Q +0. 5Qt2 714心 73X1 4y(1.2Ld + LU“+0. 84T3)-1 9901.2(Ld + 0.5Li)-l. 3Q、.,+ 0. 5Q,-2 22

12、8273X 16y(1.2Ld+1.4L+0.84 7-2 3271.2(1 +0. 5/)一 L 3Q、“ +0. 5Q.-2 5516299X16,1.2Ld+l.4Li+O. 84Ti)-2 5611.2(1+0. 5/-i) l. 3Q、, +0. 5Q:-2 882402X20y(1.2Ld+1.4/4-0.84 71)-3 2461.2(/+0. 5L|)1.3Qjy+0. 5Q7-3 659注:y为重要,性系教;为恒苻我;为活荷武;为不同的温度工况:Q,、Q“r、Q.为不同方向的地笈作用.表中数据说明,对于8度设防地区(9度构造),其地震力较大,小震时只 有个别杆件的内力由地震工

13、况控制,而中震时很多杆件的内力由地震工况控制, 故在高烈度地区设计大跨结构时,进行中、大震工况验算十分重要。3.6 剪力墙的作用及其工作性态控制本工程设防烈度为8度,设防类别为乙类,按照建筑抗震设计规范(GB 500112010) 2,高度大于24m的建筑不能采用框架结构。合理设置一定量的 剪力墙有利于使结构更加合理。但是,这种高度不大的剪力墙属矮墙,其变形接 近于剪切型7,在水平力作用下的变形远小于框架的变形,故剪力墙吸收的地 震力很大。如果要求结构在中震作用下保持弹性则会使剪力墙的厚度过大,工程 量增加8。另外此种剪力墙的轴压比较小,抗剪能力较弱。所以对于这类剪力 墙,提高材料强度和增加型

14、钢比增大截面更可取。由于此剪力墙的轴压比较小, 而且有框架柱存在,即使在大震作用下有损坏也不影响竖向荷载的传递,因此该 墙大震下的性能目标可退化为轻度损伤。3.7 预制看台对水平刚度的影响本工程看台采用预制看台,连接构造以文献9为主,典型的连接构造如图 14所示,每块预制板在两头各用1个螺栓与现浇混凝土梁相连,板和板之间通过2个螺栓连接。防水密封股聚乙烯Bi棒=丁樵胶弛块 垫板2砂浆找平名称组成平面对照图例连接点1谓埋件M1+连接件L1T连接点2谓埋件M1+连接件L1电板】GJZ模股垫块 砂蒙找平层垫板2帆皎垫块 砂家找平层rt图14预制看台连接构造(单位:mm)Fig.14 Connecti

15、on detail of prefabricated stand (Unit: mm)为考虑预制看台对结构刚度的影响,建立了 3种模型试算方案。方案1:看台板用壳单元建模,上、下看台完全相连;方案2:看台板用壳单元建模,上、下看台之间相距25mm,看台板之间采 用222钢筋连接;方案3:将看台等效成荷载施加到两侧主梁上,楼板做开洞处理。试算结果表明:垂直于预制板方向,预制看台的刚度对结构几乎无影响;平 行于看台板方向,由于预制看台在该方向面内具有剪切刚度,看台能协调看台短 柱与正常楼层柱之间的变形,如果不考虑看台板刚度将导致看台部分框架柱,尤 其是下端的短柱分担的剪力比实际小,正常楼层柱分担的

16、剪力比实际偏大。设计 将相关短柱所受的剪力根据柱的实际高度适当放大。04结论(1)本工程的工期紧,网架结构具有较好的适应性。(2)追求传力直接应该是设计追求的目标之一,本工程使用了一系列的环 向构件,结构受力合理。(3)高烈度区的大空间建筑的抗震设计不应该被轻视。(4)预制清水混凝土看台的传力特性呈各向异性,对看台底端的柱有影响, 设计时不可忽视。参考文献1中华人民共和国住房和城乡建设部,建筑工程抗震设防分类标准:GB 502232008 S.北京:中国建筑工业出版社,2008.Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the Peo

17、ples Republic of China.Standard fbr Classification of Seismic Protection of Building Constructions:GB 502232008S.Beijing:China Architecture & Building Press,2008.(in Chinese)2中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震设计规范:GB 500112010S.2016 版.北京:中国建筑工业出版社,2016.Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People

18、s Republic of China.Code fbr Seismic Design of Buildings:GB 500112010S.2016 ed.Beijing:China Architecture &Building Press,2016.(in Chinese)3中华人民共和国住房和城乡建设部.高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ 3一2010S.北京:中国建筑工业出版社,2010.Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the Peoples Republic of China.Technical Specifica

19、tionfor Concrete Structures of Tall Building:JGJ 3-2010S.Beijing:China Architecture & Building Press,2010.(in Chinese)中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑桩基技术规范:JGJ 942008S. 北京:中国建筑工业出版社,2008.Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the Peoples Republic of China.Technical Code for Building Pile Foundation:J

20、GJ 942008S.Beijing:China Architecture & Building Press,2008.(in Chinese)5中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计标准:GB 500172017S. 北京:中国建筑工业出版社,2017.Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the Peoples Republic of China.Standard fbr Design of Steel Structures:GB 500172017S.Beijing:China Architecture & Buildi

21、ng Press,2017.(in Chinese)6胡庆昌,孙金墀,郑琪,建筑结构抗震减震与连续倒塌控制M.北京:中国建 筑工业出版社,2007:216-223.HU Qingchang,SUN Jinchi,ZHENG Qi.Seismic damping and continuous collapse control of building structuresM.Beijing:China Architecture & Building Press,2007:216-223.(in Chinese)7王亚勇,戴国莹.建筑抗震设计规范疑问解答M.北京:中国建筑工业出版 社,2006:63

22、WANG Yayong,DAI Guoying.Answers to questions in Code for Seismic Design of BuildingsM.Beijing:China Architecture & Building Press,2006:63.(in Chinese)网周颖,吕西林,中震弹性设计与中震不屈服设计的理解及实施J ,结构工程 师 ,2008,24(6):l-5,12.DOI:10.15935/ki.jggcs.2008.06.015.ZHOU Ying,LYU Xilin.Interpretation and implementation of el

23、astic and non-yielding design under moderateearthquake J.StructuralEngineers,2008,24(6):1 一5/2.DOI:10.15935/ki.jggcs.2008.06.015.(in Chinese)9中国建筑标准设计研究院.国家建筑标准设计图集13SG364:预制清水混凝 土看台板S.北京:中国计划 出版社,2013.China Institute of Building Standard Design & Research.National Architectural Standard Design Atla

24、s 13SG364:Precast Plain Concrete Stand PlateS.Beijing:China Planning Press,2013.(in Chinese)目前大跨空间结构已成为建筑工程中结构体系最复杂、造型最优美、发展最 活跃的结构类型之一,这对大跨空间结构的施工技术提出了很高的要求。大型空 间结构施工方法的多样化和复杂化造成了施工阶段结构内力分布的复杂性和最 终成型结构受力的可变性。为确保工程建设安全、经济、顺利地进行,在建造过 程中按照客观实际条件选择合理的施工技术,确定合理的施工顺序尤为重要。以 亚运会场馆奥体中心亚运三馆为例,详细阐述了其在深化设计、加工制

25、作、 现场安装及数字化信息管理等各阶段的关键施工技术及方法,以期为类似大跨空 间结构提供参考和借鉴。1工程施工背景1.1工程概况奥体中心亚运三馆体育游泳馆由1.8万座的体育馆、6 500座的游泳馆以及 配套设施三大部分组成,将作为2022年第19届亚运会的比赛主场馆。工程位于 奥体中心北侧,西南面临七甲河、东南临地铁奥体站地块(6号线),东北至博奥路,西北临观澜路,东西长约600 m,南北宽约360 m,建筑最大标高45.000 m, 钢屋盖最大跨度164 m。总用地面积227 90。m2,总建筑面积396 950 m2,其中 地上建筑面积197 553 m2,地下建筑面积199 397 m2

26、(图1)。图1体育游泳馆整体效果体育游泳馆主体结构分为钢筋混凝土框架结构和钢结构屋盖两大部分。其中钢结构屋盖支座位置下部为劲性混凝土柱(图2),上部屋盖为斜交斜放双曲网壳 结构。网壳结构屋盖根据下部功能划分为游泳馆、体育馆、中央大厅三大部分(图 3)o其中体育馆和游泳馆屋盖为斜交斜放变厚度双曲鼓节点双层网壳结构,中央 大厅为斜交斜放异形自由曲面单层网壳结构,体育馆和游泳馆的东西两侧各设有 一个单层悬挑网壳结构,项目总用钢量约为2.5万t。其中游泳馆和体育馆屋盖 又可分为双层网壳、单层网壳、分界桁架、门拱桁架等,中部连接区域屋盖可分为单层网壳和2个斗形体结构,分别见图4图7。 陶定支 30个 双

27、向滑湖攵支幡.10个+ 二向附定皎支期,100个-i时滑动较支电 ; |卜图2钢屋盖支座布置体育馆图3体育游泳馆网壳结构屋盖钢结构分区图4游泳馆屋盖桁架分布分界桁架I图6分界桁架图7中央大厅钢结构分布整个屋盖南北均落于8 m平台的成品支座上,体育馆和游泳馆的东西两侧屋 盖支座落于钢骨悬臂柱的L形钢梁的成品支座上(图8);中央大厅南北落于8 m 平台的成品支座上,中部设有两个漏斗形的支撑柱(图9)。图8双层网壳支座图9中央大厅斗形柱及支座 L2工程施工重、难点分析 施工环境复杂钢结构屋盖在土建主体结构基本完成后方可介入施工。由于场外是8 m的土 建室外平台,因此大型施工机械进入到场馆内部区域或上

28、部结构楼板时其空间和 楼板承载等受限。且8 m平台作为钢结构的主要拼装平台,施工期间还需保证各 专业材料、构配件、临时措施等的输送、倒运的运输需求,施工环境十分复杂。122构件多、节点复杂,深化设计和加工难度大体育游泳馆网壳结构以弯扭构件为主,其中双层网格区域底部为变截面箱型 弯扭构件,其他构件为等截面箱型弯扭构件。网壳节点主要为鼓形节点,节点尺 寸大、构造较为复杂、节点区域钢板厚度厚、焊接变形大,深化设计和加工难度 大。123体量大,位形控制难钢结构屋盖为斜交斜放的变厚度网壳结构,游泳馆和体育馆长向跨度均为 164 m,短向跨度分别为129.6 m和141.4 m,网壳结构厚度随标高按照0.

29、9次方 变化。结构整体尺寸大,跨度大,且为曲面网壳。由于曲面网壳结构在拼装、安 装阶段结构变形大,结构体系复杂,使得卸载难度增加,屋盖位形不易控制,结 构位形控制要求高。124高空作业多,焊接质量要求高网壳结构节点均为鼓形全焊接节点,现场每个节点均为全熔透一级焊缝;吊 装重量和高空焊接工作量大,且焊接要求较高,较多构件钢板较厚,高空焊接变 形大,容易造成应力集中,如何采取措施保证吊装质量、控制应力和应变、减小 焊接变形是钢结构安装的控制重点。2钢结构施工关键技术研究2.1 施工总体方法本项目面积大、施工周期短、钢结构屋盖造型复杂,钢屋盖施工时混凝土主 体结构均已基本封闭,钢结构与土建需确保无缝

30、穿插衔接施工,以及各专业在有 限的工作面内需高效地施工。在充分分析结构设计意图、结构的受力特点和与土 建施工方针对施工方案反复讨论研究的前提下,确定“过程穿插、限时限地和楼 面设置大型行走式塔吊分块吊装,结合局部液压整体提升”的施工方案来完成钢 结构屋盖的施工。其中在体育馆和游泳馆南北两侧的8 m平台上各布置臂长均为80 m的1台 ZSC1400和1台ZSC1600型行走式塔吊,中央大厅的北侧布置1台ZSC1200C 固定塔吊。同时将体育馆中央和游泳馆游泳池、跳水池区域正上方的网壳结构作 为局部液压整体提升区(图10),其他区域采用塔吊进行分块吊装,分块单元及吊 装区与提升区之间的后补杆件采用

31、以汽车吊为主、塔吊为辅的吊装方式进行同步 补杆。此施工方法的优点是可实现多个作业面、多个工序同步开展,大大缩短建 设周期。2.2 安装总体思路钢结构体量大,根据钢屋盖区域名称划分游泳馆区、中央大厅区以及体育馆 区三大分区,结合现场条件及结构特点将整个屋盖部分划分为施工一区五区, 共计5大施工分区(图ll)o其中施工一区和施工二区屋盖根据施工方法的不同分 为提升区与分块吊装区两部分。图11屋盖钢结构施工分区示意屋盖钢结构总体施工顺序为:施工一区、施工二区同时开工,并兼顾施工三 区(全部弯扭构件)的安装,施工四区和施工五区在施工一、二区施工完成后进行。 体育馆屋盖至西向东依次南北对称吊装,游泳馆屋

32、盖至西向东依次南北对称吊 装,提升区域的网壳结构在体育馆和游泳馆馆内比赛中心场内提前进行提升区域 的地面拼装。待分块吊装区域屋盖钢结构吊装就位后,对提升区域屋盖结构进行 整体提升,提升就位后进行连接区域的补杆。在完成体育馆和游泳馆网壳的吊装 区与提升区的补杆合龙之后,拆除吊装区下部的支撑架,最后通过分级、分步卸 载提升架来实现整个体育馆和游泳馆的网壳结构的卸载。在安装体育馆和游泳馆 的双层网壳时,采用汽车吊同时安装中央大厅的斗形柱吊装,中央大厅单层网壳 结构采用“下部搭设满堂操作架+汽车吊高空散件安装”方案进行施工安装,实现 整个钢结构的安装。2.3 双层网壳结构安装技术双层网壳结构采用“大型

33、行走式塔吊分块吊装+局部液压整体提升”的施工方 法。分块单元在两馆的南北两侧8 m平台的拼装场地上设置拼装胎架,按吊装顺 序全面铺开拼装;根据方案确定分块单元大小,根据预先确定的分块吊装单元(图 12),每块吊装单元(图13)下方均设置四个组合式支撑架,在看台位置处设置转 换平台(图14)o局部整体提升区位于游泳馆和体育馆的比赛内场,其中游泳馆比 赛内场有游泳池和跳水池,通过支撑架将两池内的拼装面与正负零面找平,提升 区网壳从一端向另一端依次进行地面拼装(图15)。根据预先确定的施工方案和相 关计算,将两馆比赛内场的基础大底板作为提升支架的基础,后期利用行走式塔 吊安装提升支架和提升器等。ba

34、吊装区域示意;b-吊装分块划分示意。 图12游泳馆吊装分块划分Fig. l General layout体育中心体育馆是一个综合体育馆,建筑面积为108,283 m2,有18,000个座 席,看台高度为26.40m,建筑高度为4L360m (钢结构上弦最高点中心线),无 地下室,地上4层,底层的外圈尺寸为168m,屋盖外围尺寸约为204.6m,属于 甲级大型体育建筑,如图2所示。图2体育馆建筑效果图Fig.2 Architectural rendering of the stadium体育馆一层周圈布置有商业、设备用房及上到其屋面的台阶,商业、设备用 房与体育馆间一层设有环形车道。商业用房的屋

35、面为体育馆的入口平台,平台与 体育馆间通过部分连桥连接,用于体育馆的人员疏散,如图3、图4所示,图3 左下角部分为热身馆。下层观众看台区 观众入口大厅热身区上空图3体育馆2层建筑平面图Fig.3 Floor plan of the stadium on the second floor图13支撑架看台转换平台设置图14分块单元吊装DI03D105升支架一 (余同)D108 J / / DIOD104aa提升吊点布置;b施工现场提升。图15中间区提升各工序均可同时进行,分块吊装单元可实现大面积拼装,分块单元的拼装、 吊装及提升区网壳单元的拼装均可同步进行,互不影响。南北底部弯扭构件的变截面段采用

36、25 t汽车吊原位散件安装,下部设置临时 定位支撑钢管,上部一网格的弯扭构件采用地面组拼,再由80 t汽车吊吊装就位。3.4 中央大厅单层网壳结构安装技术中央大厅屋盖单层网壳整体安装顺序为:先完成斗形柱的安装,再以斗形柱 南北向为中轴线,使南北向连接斗形柱的网壳贯通,并与落地支座相连,再以南 北贯通的网壳为起始单元,依次同时向东西两端高空散装,并最后与体育游泳馆 的分界桁架及南北落地支座相连。为便于斗形柱深化设计及现场安装,将相互交织的构件的一个方向定为主 杆,另一个方向为次杆,主杆长度约为两个网格,次杆与主杆相贯焊接(图16)。 采用25 t汽车吊原位散装法安装,安装时需确定一个主杆,以主杆

37、先开始分段安 装,主杆与主杆之间的次杆依次安装。按斗形柱的圆周从下到上依次进行。1主杆:先安装主杆,并采用P180X8钢管支撑固定;2次杆:主杆分段 固定后,及时安装分段间的次杆。图16斗形柱安装定位主杆坐标为斗形柱安装的关键,若定位稍有偏差,将会导致构件对接错 边及累积误差,影响结构质量和外观。主杆在测量定位时,采用6点控制法,即 每根主杆的上下口各在模型中提取3个坐标值(图17)。根据提取的坐标值,采用 全站仪对每根主杆进行测量定位,确保构件的加工和施工误差在安装过程中及时 予以消化,保证斗形柱的整体质量和美观。图17斗形柱安装定位控制坐标点示意屋盖网壳安装时,除在下方按需搭设满堂操作架外

38、,还需在悬挑主杆的下方 设置临时支撑架,作为屋盖悬挑安装时的临时支撑(图18)o依次以南北贯通的起 始单元,逐步对屋盖网壳进行安装(图19)o最后与两馆的分界桁架连接。图18主杆下方临时支撑架图19单层网壳安装3.5 分界桁架和门拱桁架安装技术分界桁架及门拱桁架的弦杆均为双曲构件,根据现场施工分段,杆件在工厂 弯曲加工完成后,散件发至现场,其中分界桁架在地面分段拼装完成后,采用 160 t汽车吊分段吊装。门拱桁架下部设置临时支撑架,采用80 t汽车吊原位散 件安装。分界桁架下弦管为(pl 000x35,上弦管为(p800x30,分段最大质量为30 t。 根据深化设计模型,提取分段模型,并在Au

39、toCAD中将模型转化至地面拼装状 态,提取拼装时构件坐标值,采用全站仪楼面上放样画点,并设置拼装胎架对分 段桁架进行拼装焊接(图20)。图20分界桁架楼面拼装因分界桁架自身高度约达6 m,且为平面双曲桁架,为确保安装过程中桁架 自身的平面外稳定,采用门式支撑架,对其上弦杆进行支撑稳固(图21、图22)。支撑架维电2岁*!吃个段点分段点图21分界桁架分段和支撑架设置:靡馆外侧孽横梁HW300x300分界桁架上弦杆,0800x30X I mxl mx,5m/俗司标准支撑架定位板/-20M00支撑架顶部 刚性平台 HW200-200 500 / 500 人1 600: 600 , 500 . 50

40、0 ,I 0002 200I 000图22分界桁架平面外稳定示意3.6 合龙卸载技术本项目结构合龙分为两个阶段,第一阶段为两馆馆内双层网壳吊装区和提升 区的合龙;第二阶段为中央大厅与两馆东西两侧分界桁架的合龙。其中体育馆和游泳馆在完成分块吊装区和提升区网壳单元的安装后,采用行 走式塔吊对吊装区和提升区之间的网格杆件进行补装作为合龙过程。根据施工仿 真分析,选取变形最小的地方作为最终合龙点,其中游泳馆设在东南角和西北角, 体育馆设在西南角和东北角,中央大厅设在与东西两侧分界桁架的最高点(图 23图25) o1.180.00426-6.98-9.70-12.42图23游泳馆最终合龙位置分析mmZ方

41、向最大-17.923.550,00-5.03-9.33::wr -13.53:广,* .17.92图24体育馆最终合龙位置分析mm最大-24.49Z方向 19.8711.00 0.00 -6.74-15.62-24.49图25中央大厅最终合龙位置分析mm补杆区南北杆件对称补杆安装后,再对东西杆件安装,最后选择在温度达(157.5)时安装最终合龙的杆件,且最终合龙杆件采用同时对称安装。体育游泳馆与中央大厅为整体屋盖,但根据全过程施工仿真对比分析,体育 游泳馆和中央大厅独立卸载对结构受力及变形影响极小。因此考虑整体工期及便 于下道工序尽早开始等因素,本项目体育馆、游泳馆及中央大厅屋盖均独立卸载。对

42、体育馆和游泳馆内部吊装区支撑架及提升区提升支架卸载的先后顺序,同 样进行了施工仿真对比分析。若先对提升区支架进行卸载,卸载后的力将直接传 递给支撑在看台上的支撑架,且竖向荷载相比原先的成倍增加,对支撑架的承载 力及看台结构的承载力极其不利。结合分析结果,确定先对吊装区支撑架按分区 分级卸载,最后按分步分级对提升支架进行卸载。经卸载后监测发现:实际应变 值与施工仿真卸载分析模拟的应变值接近。3.7 测量控制技术本项目屋盖为斜交斜放变厚度鼓节点及单层异形双曲网壳结构,为全焊接连 接形式,测量控制技术主要应用在网壳分块单元楼面拼装、分块单元吊装、提升 区域的整体提升监测,单层网壳杆件高空散装定位测量

43、等。本项目为空间网壳体 系,测量技术是控制施工质量的关键点。整个屋盖共计约2万根构件,每根构件均具有唯一性;分块吊装单元共计 162块,每块单元均不相同,每次拼装均需重新设置胎架;弯扭构件每根杆件均 需测量定位。项目高峰期共计投入12位测量人员。根据深化设计模型,提取每一分块吊装单元模型,将三维坐标值转换成楼面 拼装形态的坐标控制值,分块单元内的每个鼓节点均需进行测量放样(图26),并 对不同分块单元的拼装胎架重新放样。图26分块吊装单元楼面拼装测量分块吊装单元在吊装至安装位置时.,预先将下部临时支撑架的位置和顶标高 初次定位后,根据深化设计模型安装定位坐标,采用全站仪对安装控制坐标进行 测量

44、、校正后,再将分块单元搁置在支撑架上连接固定(图27)。图27分块单元吊装测量照片项目在网壳的拼装、安装、提升过程标高控制、卸载,以及单层网壳、斗形 柱的安装等部位均应用了精确的测量控制技术。3.8 钢结构数字化预拼装和管理平台项目近5 000 t的箱体弯扭构件,通过3D3S软件在空间上确定每块箱体板件 的定位控制坐标,从而形成空间弯扭曲线坐标系,在加工制作过程中需要制定“工 厂定位控制坐标、板件加工控制坐标、现场安装控制点坐标L并将实测数据与 模拟数据进行对比、调整(图28图30)。同时通过Tekla软件建立深化模型,对 每根构件单独编号,利用SEBIM信息管理平台,从深化设计、材料采购到加

45、工 制作及现场安装进行二维码信息管理。并将深化模型与项目其他专业模型进行叠 合,检查碰撞数字化管理。图28箱体弯扭板单元构件深化图29箱体弯扭梁单元构件深化5 4675 454E F G H0CA B C* D FG-H5 46700A B C D图30箱体弯扭构件坐标控制点深化3结束语本项目在施工准备阶段通过对大跨度单双层网壳结构体系的分析研究,包括 箱体弯扭构件、异形截面弯扭梁、新型“鼓”节点等深化设计及加工制作关键技术 的研究及应用,为施工现场的顺利实施奠定了坚实的基础。同时在施工阶段,采 用“大型行走式塔吊分块吊装+局部液压整体提升”的综合施工方法,并应用有限 元分析软件对结构全过程的

46、施工进行仿真分析,实现了大型行走式塔吊设备楼面 上作业行走、新型鼓节点双曲(异曲)网壳结构及斗形柱的拼装机安装、大面积整 体网壳屋盖液压整体提升及分区独立卸载等技术的应用。采用理论和实践相结 合、过程严格把控的科学施工方法,解决了本项目工期紧、钢结构体量及安装难 度大、各专业交叉施工多等难题。通过前期反复的对比分析及验算,过程严格按 方案执行,最终成功验证上述关键技术的应用在项目的进度、质量、安全管理及 绿色施工方面的成效,同时大大降低了施工成本,也为其他类似大型体育场馆大 面积整体网壳结构屋盖等的施工提供重要参考。钢结构显高点中心线41.360 m图4体育馆剖面图Fig.4 Profile of the stadium02结构设计4.1 结构选型与设计如前文所述,商业及设备用房与体育馆在2层楼面通过部分连桥连接,故沿 体育馆周边设置

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