大跨度斜柱反拱钢结构体系吊装关键技术

王进

（南京建工集团有限公司 江苏省南京市 210012）

1 工程概况

为举办亚洲青年运动会和第二届夏季青年奥运会，根据赛事总体部署及要求，兼顾南京体育赛事发展需要，决定在南京江北新区建设南京青奥体育公园项目。市级体育中心工程是其重要组成部分，它包括体育馆、体育场和连接场馆之间的连接体结构。

体育中心的整体造型如同一只江鸥傲然翱翔长江之上，连接体起到连接将体育场馆两个单体联系在一起的功能，同时在其下部形成了巨大的共享空间，给功能和商业价值不可小觑。其结构体系由3道反向拱桁架结构及双向连接桁架构成，周圈桁架为正四边形桁架。最大标高35m，最大长度170m，最大宽度140m，拱架格构柱钢管截面φ1500×35，桁架部分钢管截面主要为 φ700×35、φ450×20、φ299×12、φ168×6 等，总用钢量约2900t。

2 论证与准备

连接体三组六处组合斜向格构柱外形最大截面尺寸11m，高34m，最重一处格构柱180多吨。三组横向管桁架由内往外跨度逐步加大，最外侧桁架跨度138m，重292t，理论计算水平根部最大推力1700t，吊装过程吊装工况对受力和变形控制难度很大，连接体地面上部混凝土结构在屋盖吊装完成以后施工，但是下部地下室经研究还是完成至出地面，成为制约方案实施的一大难点。

（1）根据对结构特点及重难点分析，制定有效针对性措施，明确应对策略。采用多种结构专业计算软件，建立高精度计算模型，多软件结构横向比较保证计算准确度；进行有限元分析计算，模拟施工过程，确保每道工序每个节点受力可控，安全可靠；分析模拟工况先后顺序，按照构件安装逐步对已经完成构件内力和变形的影响，在有限元法计算设置中将后装构件逐次激活，对结构从开始安装到卸载完成的整个过程进行计算模拟分析，分析在整个过程中变形和受力的变化过程。施工阶段模拟计算的结果，屋盖结构的最大应力为89.4N/mm2＜310N/mm2，最大竖向变形12mm，支撑最大应力73.48N/mm2＜215N/mm2，最大竖向变形4mm，支撑的最大反力56t。

（2）选择加工工效高的油压机械冷弯成型的先进工艺，制作专用压模；利用计算机专业相贯线生成软件，将生成的相贯线数据输入到钢管相贯线专业数控机床，利用其先进的自动化程度和切割精度，进行相贯接口的切割；形成满足构件拼装和吊车行进的安装场地；综合协调，齐头并进，保证多吊机行走通畅；制定测量总控和分解方案，使构件定位准确、快速，保证吊装质量和吊装进度。

（3）体系为六根斜向格构柱，随着结构安装进度荷载逐步累加，结构扰度和变现随之增加。多方案对比，分别对其每一步工艺工况进行分解分析，对每一工况的已形成结构荷载变现、支架荷载及变现、吊车吊装姿态、最终卸载变现进行综合分析，优选最优方案。根据选定方案的工况顺序，制定变形测量计划，跟踪结构变形与理论计算的符合程度。

（4）总体施工大思路为构件工厂切割加工完成，打包发至现场，现场地面胎架拼装，大型履带吊分块分段吊装就位的总体方案。此方案能最大程度的减少高空焊接工作量，能最大程度的保证质量提高效率。格构柱重量在120～180t之间，将格构柱采用分段分块吊装的形式进行，每根斜柱分4～6次进行吊装。吊装位置外侧设置分部拼装场地，配置两台100吨履带吊及4台汽车吊进行桁架拼装定位。分段分块构件吊装时两侧同时进行，每侧1台250t履带吊车，在限定区域进行吊装作业，限定区域需要加固的按方案进行加固，吊车在路基箱上移动和作业以均布传递的荷载。由于连接体下部的混凝土大平台作为地面以上单层混凝土建筑，没有施工难度，但是却严重制约屋盖吊装，经研究确定此位置地面以上混凝土结构在屋盖吊装完成后进行。

3 连接体钢结构拼装与吊装实施

3.1 现场吊装机具

连接体结构吊装采用二台250t履带吊进场进行钢结构的吊装，吊装时先吊组合钢柱，再吊钢柱间的纵向连接桁架；对于屋面横向连接桁架吊装时从北向南进行退步吊装。

3.2 桁架拼装

用25t吊车将已经切割好的弦杆按其编号吊装至胎架相应位置上，固定好定位块，然后对桁架上的各个控制点按测量方案和顺序进行测量，数据应闭合。在确定主要杆件定位位置时，适当预留焊接收缩余量，本工程按照每个接头预留1.5mm。在胎架上根据已划好的腹杆底线装配腹杆，从拼装胎架中间位置向两端逐根定位，进行定位焊，每处腹杆接头定位焊点不得少于4点。对于隐蔽焊缝的杆件，在定位以后先对隐蔽部分焊缝进行焊接。杆件全部定位好后，测量检测外形尺寸合格后对主桁架进行焊接，从胎架中间位置向两端对称焊接。

3.3 临时支撑塔架的设置

钢结构施工中临时塔架安装施工至关重要，在吊装过程中，结构荷载和施工荷载都将传递至临时塔架，结构吊装完成，还是通过临时塔架对结构体系进行荷载卸载，大多数临时塔架的受力变化复杂，所承受的荷载随着吊装的进行不断变化，必须十分重视临时塔架的设置安装。

3.4 吊装用承重支撑塔架的加固措施

根据拟定钢结构吊装方案，250t履带吊需或行走通过或站位于地下室顶板进行连接体钢结构安装，在此区域范围内需要进行地下室加固，地下室加固钢管为φ245×8，材质均为Q235，支撑纵向间距1.5m，横向1.1m，垫板尺寸采用15×400×400钢板，楼面上铺设路基箱。体育馆吊车入口处的楼面作为450t履带吊车行走通道，楼面下采用独立管支撑加强，楼面上铺设路基箱。

在吊装过程中，吊车严格按照设定的行进路线和吊装姿态进行吊装，不得横向移动和在非设定区域进行吊装作业，并且根据每处加固位置的模拟计算结论，重点监测其最大荷载和变现所对应得工况。

3.5 钢结构卸载

连接体在桁架施工吊装完成以后，经过焊缝、挠度等各项检测，并组织验收达到验收标准以后，即开始结构的卸载，分3～6级进行卸载并进行预卸载（15mm），每点设置两个操作人员，同时卸载点不超过5个，每级卸载值最大不超过35mm。卸载时对支撑顶部的胎架钢板逐步割除，监测每处支撑位置的卸载位移大小，控制每次割除的高度，每次割除控制在5～10mm，直至结构挠度不再变化以后拆除支撑。

4 结语

本文介绍了南京江北新区南京青奥体育公园市级体育中心连接体工程钢结构管桁架屋盖完整的拼装和吊装技术，吊装时先吊组合钢格构柱，再吊钢柱间的反拱纵向连接桁架；对于屋面横向连接桁架吊装时从内向外进行退步吊装。此针对性强的施工方案有效保证了工程各工种各工序的有序进行，加快了安装进度，提高了施工效率，施工质量也都得到了有效的保证。并且通过对典型构件吊装状态、结构吊装各种工况下的受力性能以及支撑架在各种工况下的受力变形性能进行仿真分析计算，真实表现了各种典型工况下的受力变形性能。经测量实际挠度为11.76mm，与理论计算挠度基本一致。实践证明，本文的施工技术和施工方法合理有效，为在类似钢结构吊装工程施工提供了理论依据和实践经验。