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[分享]福州海峡奥体中心体育场钢结构施工关键技术
福州海峡奥林匹克体育中心项目位于福州市南台岛仓山组团中部,北临建新大道，南至规划凤山路，东起福湾路，西至规划路。建筑占地面积73.3公顷；其中主体育场占地面积61577m2，总建筑面积119772m2；总座椅数约为60000座,属于特级特大型体育建筑。
结构体系
主体育场地上4层，混凝土看台最高点高度30.78m，钢罩棚悬挑最大长度71.2m，最高点高度52.826m；钢结构罩棚采用双向斜交斜放网架空间结构体系,分东、西两个钢罩棚。罩棚钢网架结构由主单元网架和次单元网架以及腹杆组成， 主、次单元网架之间通过斜腹杆与之连接形成弯扭贝壳式曲线造型， 主、次单元网架结构通过大型斜撑杆件进行支撑，斜支撑杆件底部连接于成品铰支座上，成品铰支座焊接于V形混凝土柱顶部的节两米的倒插柱上，组成网架悬挑结构的受力体系；网架结构外环落于二层结构混凝土柱上，共同组成整个钢网架结构的受力体系。其结构效果图见图1所示。
工程难点与解决措施
1)三维弯扭单元吊装
顶面单元最大长度约37.5m，最大悬挑长度72m，整体成弧形，安装过程中一是因支撑措施的不规则布置，大部分支点位于杆件中部，需做支点处理；二是网架单元安装时成弧形，其重心与结构形心不重合，因附加弯矩力的存在，有侧向倾覆的趋势；三是罩棚顶面成坡面，单元安装前轻后重，具有径向滑移的趋势，因此如何防止单元式桁架在高空安装状态下整体稳定是本工程的重难点之一，见图2所示。
相应对策：运用仿真技术，模拟预拼装和安装过程，为预拼装和安装提供参考。利用临时支撑、千斤顶或缆风绳等调节装置进行校正。安装过程中，采用应力应变检测设备，对结构受力和变形进行监测，指导施工，对由重力产生空间扭矩的三维弯扭单元式构件安装，拟通过拉设缆风绳和增加安装受力支撑杆件的方式，控制三维弯扭构件的安装质量，具体安装模拟见图3所示。
2) 结构安装测量控制
管网结构单元拼装、安装节点数量较多，铸钢节点分支杆件多、各节点尤其在单元构件拼装、单元构件吊装两个阶段的空间三维测量控制难度大。因此，测量控制是本工程的重难点之一，对策如下：
1）指定测量方案（即轴线控制网），选用先进的高精度测量仪器进行钢结构安装测量。
2）拼装过程对单元构件关键点设置清晰、明确的测量标记，确保拼装尺寸控制准确。
3）采用高精度全站仪对铸钢节点进行空间三维坐标控制，铸钢件的位置及测量控制点见图4所示。
4）安装姿态初调时，采用“坐标分解法”最终将复杂的空间三维定位转化为平面二位定位，从而实现测量定位的可操作性。
5）安装到位后，用全站仪激光捕捉三维坐标信息，直接测量控制点的三维坐标，将测量值与设计值比较，调整节点至设计位置。
6）采用动态跟踪检测单元构件安装的位移变化情况，保证安装的精度。
施工关键流程
根据结构特征，罩棚钢结构主要采用“地面散件拼装，分段整体吊装，嵌补杆件散件高空拼装”的方式进行安装。罩棚主体结构安装完成后，经检测和检查达到卸载条件时，进行整体结构分级同步卸载。卸载完成后拆除临时支撑措施。
1） 吊装单元划分
吊装单元的划分按照罩棚弧度、角度以及波峰波谷的线条设计规律，根据罩棚网格结构上下弦杆件分析，墙面部分按照4跟劲向之内的结构杆件组对、顶面部分以3根劲向之内的结构杆件组对，形成单元式网格，然后进行分段。具体分片单元形式如图5所示。
2） 临时支撑系统
根据顶面网架两段划分，每块网架2个支撑点，沿着罩棚环向轴线共设置4排支撑措施，共设置228个支撑点。通过临时支撑相邻环向之间设置连系杆件，相邻劲向之间设置连系杆件，相邻环向之间顶面设置一道环梁等措施来保证临时支撑系统构成一个稳定的空间受力体系，见图6所示。
3）卸载
由结构施工模拟计算可知，结构在卸载完成后最大位移在罩棚中部的悬挑端部下挠值最大，约为-130.9mm 本工程的卸载方法及措施我们主要考虑使用我公司自行创新设计且已较为成熟的“沙箱卸载”技术，沙箱主要由钢沙粒（铸钢丸）、钢制活塞杆、钢套筒组成，每个沙箱最大承载为200t，主体育场共计划使用124套沙箱。见图7所示。
施工模拟分析
采用Midas/Gen软件进行施工模拟。结构沿顺时针方向，由罩棚端部安装至尾部。安装流程上：罩棚端部分为13个施工步，中部结构分为19个施工步，尾部分为9个施工步，整体上共42个施工步。施工模拟最后一施工步的竖向位移云图见图8所示。
由结构施工模拟计算可知，结构在卸载完成后最大位移在罩棚中部的悬挑端部下挠值最大，约为-130.9mm；在第一道临时支撑措施处下挠值为-80.2mm~-105.5mm之间；在第二道临时支撑措施处下挠值在-29.7mm~-55.0mm之间；在第三道临时支撑措施处下挠值在0.0mm~-17.1mm之间；在第四道临时支撑措施处下挠值在0.0mm~8.1mm之间。由最终的施工位移监测值对比以上模拟分析值，两者较为接近，验证了施工模拟分析的可靠性。
结语
1）福州海峡奥体中心体育场罩棚结构采用了新型的结构形式——空间三维弯扭桁架结构，其结构形式较为新颖。
2）三维弯扭单元吊装时，由于构件的空间弯扭形态，重力作用会使之产生复杂的空间受扭作用，安装过程中稳定性难以控制，采用临时支撑、缆风绳等装置保证了安装的稳定性。
3）铸钢节点由多根圆管相贯而成，对节点的空间定位要求极为严格，采用临时支撑、测算、校验相结合的方式，保证了安装的精度。
4）本工程施工完毕后，达到了设计和相关规范的要求，可以为类似钢结构工程施工提供借鉴。
（作者：申屠辉宏，江磊，吴昌根，朱红兵，周焱平；更多详情请关注《施工技术》2014年第22期)
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