北京建筑大学体育馆双曲面椭球形钢屋盖安装技术

陈宗学 周冲

摘 要：结合北京建筑大学体育馆大跨度双曲面椭球形钢屋盖现场拼装、分段吊装、合拢的过程，介绍了钢拱梁地面拼装胎架制作、钢拱梁吊装、三维坐标控制以及钢环梁安装在钢拱梁腹板位置及与水平面的角度的组拼过程。钢拱梁和钢环梁安装采用400t履带吊主吊车，80t履带吊辅助，三吊点共同吊装，并对钢拱梁支撑形式和卸载后的变形进行验算，解决了大跨度弧形钢拱梁安的装难题，保证了安装过程的安全和质量。

关键词：双曲面；安装；钢拱梁；钢环梁；卸载

1 工程概况

北京建筑大学大兴校区体育馆屋盖为双曲面椭球形大跨度钢结构，水平投影面为椭圆，长轴75.2米，短轴54.6米。钢梁支撑于下部钢筋混凝土框架柱顶，柱顶标高9.4米，屋盖顶标高27.5米。

屋盖由24根径向钢拱梁、6道钢环梁和局部二层框架梁柱组成，其中径向钢拱梁采用变截面箱型梁，钢拱梁下吊挂马道，环向梁除26.631米标高处采用箱型截面外其余均采用弧形钢管，框架部分为圆钢管柱、焊接H型钢钢梁，梁柱节点为栓焊结合的刚接节点。整个屋顶钢结构质量约为800t。

2 钢结构施工重点难点及对策

合理的选择吊装设备，综合考虑吊装设备的起重能力、工作半径和就位位置。选择精密测量仪器，使用计算机软件及施工图纸计算出钢拱梁拼装位置。采用全站仪放出钢拱梁拼装定位点。在焊接时先对立面同时立焊，再进行仰焊和平焊。吊装时在钢拱梁的顶端及球铰支座上焊上定位板。在吊装时选择合理的安装顺序，400t履带吊主吊、80t履带吊辅助减小钢拱梁的变形，使吊装更稳定，更安全。

钢环梁的安装需要在钢拱梁安装之前在腹板位置画出钢环梁的定位线。在钢环梁上也画上定位线，然后进行安装。采用2台履带吊进行对称安装，抵消单根钢拱梁安装时对支撑架体产生的侧推力；安装完成后采用缆风绳进行拉结。制定可靠的安全措施，正确使用防护用品，设专职安全员，严格进行安全监控。

3 钢拱梁及钢环梁的安装

3.1 钢拱梁的拼装

钢拱梁运到现场，用方木做临时铺垫。钢梁在地面胎架上拼装。现场分为东西两个拼装场地，钢拱梁由于跨度大，分成三节运输到现场。钢梁在地面拼装时需要将钢拱梁侧卧拼装，拼装时先将断开的钢梁吊装到拼装胎架上，在胎架上进行拼装和焊接。三段钢拱梁拼装时设四个定位点，通过图纸计算出定位点的坐标，使用全站仪在拼装场地测出定位点坐标。用吊车将胎架放到定位点旁边位置，每榀梁的拼装需要6个胎架。为方便工人可以进行仰焊，胎架高度设为60cm。胎架准备就位，将三段钢拱梁依次放到胎架上，使用线坠将钢拱梁位置与定位点坐标一致，用卷尺测量出钢拱梁弦长与图纸长度相对应。然后焊接好定位板，用水准仪将定位好的钢拱梁找平，使三段钢拱梁在同一水平面上。进行固定后，焊接时为防止钢拱梁出现较大变形，两人先同时焊接立面焊缝，然后再进行平焊和仰焊。

3.2 钢拱梁的吊装

吊装前在钢拱梁上设a、b、c、d、4个吊点，先使用400t履带吊在a、b两个吊点与80t履带吊在d吊点配合将钢拱梁直立到支撑架上，如图1所示。400t履带吊在a、b、c三点起吊， a點的钢丝绳下使用15t的手拉葫芦，在吊起钢拱梁的时候来调整钢拱梁的角度。起吊时，a、b、d三点钢丝绳受力，c点不受力，平行起吊到空中后，拽动手拉葫芦使a点钢丝绳长度变短，c点开始慢慢受力，使钢拱梁受力平衡，然后将d点摘勾，继续调整手拉葫芦直到钢拱梁的角度与安装时角度相同，吊运钢拱梁至安装位置、焊接固定。

钢结构主体施工的安装顺序为中心环→“米”字形钢拱梁→箱型钢环梁→剩余16榀钢拱梁→钢环梁→钢柱与框架梁。在安装完成“米”字形的钢拱梁后，安装第一圈箱型钢环梁之前需要在钢环梁上画出剩余16榀钢拱梁的定位线。并按上述安装方法将剩余16榀钢拱梁安装好。

钢拱梁安装完成后安装钢环梁，钢环梁从上至下的顺序依次安装，可以加快施工进度，减少电焊机的挪动，然后再进行钢环梁的焊接和剩余劲板的焊接。

4 中心环、钢拱梁和球铰支座的卸载

将所有焊缝探伤完毕并合格之后，进行卸载。在卸载前在“米”字形钢拱梁接近中心环的位置和24榀钢拱梁中间位置贴上反光片，便于对卸载前后钢结构架体的测量。清楚、精确的了解卸载后的变化。在卸载中心环之前先将24个球铰支座底部的限位固定板拆除，用全站仪观测支座坐标变化。

将中心环下部的米字梁放上千斤顶。中心架体8道贯通钢梁的千斤顶的顶部做好标高测量的标识点，使用抽取垫铁的办法将中心环卸载。

5 结语

从钢拱梁的拼装、吊装，钢环梁的定位计算及安装，支撑架体的设计、安装、就为姿态调整及最后卸载方法等方面详细的介绍了北京建筑大学大兴校区体育馆项目的安装技术，成功解决了大跨度、双曲面、椭球形场馆安装的难题。从工期和施工质量上获得了有力保证。实现了绿色、环保施工，并最大程度的节约了施工费用，取得了不错的效果，满足设计施工规范要求。