大跨度体育场馆钢结构施工技术的研究

贾兴强　史军　赵燕　李锰　刘凯

摘  要：当前的建筑形式整体呈现出多样化的发展趋势，现代钢结构也正朝着高、大方向不断发展，各种复杂大跨度式的建筑越来越多，使得其施工技术受到了普遍关注。但在实际建设过程中，为将设计师理念和建筑美学体现出来，往往会以个性化的变异设计为主，并不设置统一标准，所以不同工程情况、不同场地条件以及不同结构形式，所采用的施工技术也会有所差异。所以，这就需要围绕实际案例中探讨其施工技术。

关键词：钢结构;施工技术;大跨度;支撑塔架

如今大跨度钢结构已经被广泛应用在展览馆、体育馆、剧场、机场与火车站等候厅等大型公共建筑当中，以获得巨大的无内柱空间，满足空间功能要求。尤其是在整体规模的不断提升下，各项新技术和新材料日益完善，给其进一步发展提供了有利条件。在这类大跨度空间结构中，最常见的施工技术主要有高空吊装、构件拼装、就位组装等，但为满足具体的建设使用功能要求，保证施工过程的安全性，还必须根据实际情况对其进行合理选择。

一、案例介绍

（一）工程概况

国家体育场占地20.42公顷，总建筑面积约25万平方米，地下一层，地上七层，共计三层看台。其钢结构顶面为马鞍型，长轴332.3m，短轴297.3m，最高点高度达68.5m，最低点高度为40.1m，同时屋盖中间的开洞长达185.3m，宽127.5m，主桁架和顶面、立面相互交织在一起组成“鸟巢”造型。大跨度的空间钢屋盖支撑在24根桁架柱之上，使荷载被有效传递到基础层。

（二）施工难点

1.结构复杂，造型奇特

国家体育场整体造型十分特殊，这就导致主结构和次结构之间存在多杆空间交汇现象;同时，次结构的规律性较少，更使得结构节点构造难度增加[1]。实际安装时，时常会发生多个管口同时对接的现象。再加上大跨度空间结构本身构件长度极易受到温度变化的影响，所以难以把握安装精度。

2.构件较大，外形怪异

在国家体育场中，其桁架柱最大断面有25m20m，高度达67m;主桁架高度达12m，整体构件体型极为庞大，重量重，再加上桁架柱和立面次结构的形体十分怪异，这就在很大程度上增加了吊装难度。

3.温差过大，合拢困难

该场馆其结构形成和使用过程存在较大温差，导致在结构中极易出现比较大的温度变形以及温度应力。再加上工程庞大，合拢口数量较多，为此要设计合理的合拢温度则困难重重。

4.结构复杂，卸载困难

国家体育场在建设时，依照施工方案，在结构安装过程中屋盖设定了80个支撑架，这些临时支撑在主结构安装完成后必须进行卸载和拆除。然而，整个卸载过程，其结构体系是渐渐变化的，结构自身以及支撑塔架受力也都会产生一定变化，且卸载的具体顺序、工艺都会给其带来影响。因此，面对如此复杂的结构体系，同步卸载控制则面临巨大困难。

（三）施工方案

该体育馆整体钢结构规模大、形式复杂、工期紧迫、交叉作业较多，因此屋盖钢结构安装采用了散装方案，也就是先将全部构件分成吊装单元，实施分段安装，同时下设支撑塔架，进行高空对接，在结构形成之后再卸载[2]。在这之中，主结构总共划分出了230个安装单元，桁架最大吊装单元重量达到360t，最大吊装长度达45m。主结构安装顺序共计6个步骤。

二、大跨度钢结构施工技术分析

（一）支撑塔架

实际施工时，为了使屋盖结构安装与施工更加便捷，依照钢结构的具体特点、吊装分段形式等，给主桁架下弦交叉节点共设置了80个规格为3m3m的支撑塔架。同时为强化塔架的稳定性和刚度，给其顶部还设置了桁架式水平支撑体系，底部设置了6m6m的承台。另外，基于主结构安装方案，把支撑塔架划分成四部分，长轴与短轴各两个，相互之间连为一个整体。为强化支撐塔架柱的抗扭强度，给每个标准段两头与中间都设置了钢交叉横隔;同时为给主桁架安装和塔架卸载带来便利，还给顶部设置了十字形的箱型梁以及H型的支顶装置。

（二）吊装技术

实际吊装时，主要是就近拼装，分段吊装。为使吊装过程保持平衡，下柱应用三点法，上柱应用四点法。其中前者，主要给内柱设置专门的主吊点和吊耳，以便钢丝绳转动;外柱设置副吊点和吊耳，便于控制平衡[3]。后者吊点直接设置在外柱弯扭部分的顶面，主吊绳直接应用走通的形式;为使受力保持平衡，还给副吊绳上设置了滑轮组，以实现对吊绳长度的有效调节。另外在安装主桁架时，给对接口设置了专门的卡马，自由端设置了稳定风绳，在对第一个主桁架进行吊装时，为保证安全，先做好所有固定措施，最后慢慢松钩。

（三）合拢技术

国家体育场整体钢结构工程量极大，结构安装耗费时间较长，为使安装过程中的变形问题得到有效控制，降低实际使用时的温度应力和变形，则应用了分块安装的形式对主桁架进行安装，也就是先把各段的在高空拼接成均匀分布的对称性的独立板块，再将其连为整体。为确保安全性，当合拢段完全就位之后，除了不焊接设计要求的合拢口，其他都要及时进行焊接。为减少温度给合拢口带来的影响，则直接应用卡马进行连接。

（四）卸载技术

屋盖中的80个支撑塔架均为主桁架安装的临时支撑，安装工作结束之后必须进行卸载。因此，整体卸载点数众多、分布较广、总吨位较大，为保证安全性，必须确保各点都能同步下降。所以，在本工程中主要使用了液压同步控制系统实施卸载。实际工作时，先把要控制的78个点划分为10和区域，分别使用10个控制器实施集中监控。一般这类大跨度的钢结构，支撑体系卸载顺序会给塔架受力变化以及结构自身的受力转换带来影响，因此必须确保塔架受力不超过设定要求，且结构成形保持稳定。在该工程中，主要以从外向内为总顺序。

三、结语

对于大跨度钢结构建筑形式而言，其施工技术需依照实际的结构形式设计、现场条件以及工期约定等进行合理选择。比如，对于作业区域过大且场馆不规则的情况，在条件允许的前提下，应优先使用分段吊装的形式，并下设支撑塔架，当结构完全形成之后再整体卸载，以使技术优势能得到充分发挥。

参考文献：

[1]李烨，张涛，汤涵，李晓玉，王俊.天水体育中心钢结构分析与设计[J].建筑结构，2020，50（17）：27-33.DOI：10.19701/j.jzjg.2020.17.005.

[2]王健青，徐旭，郑超.体育馆超大跨度钢结构管桁架施工质量控制[J].建筑技术，2020，51（02）：132-134.

[3]贾尚瑞，邹航，蔡柳鹤，张宏达.河北奥林匹克体育中心钢结构工程施工技术[J].施工技术，2016，45（02）：5-8+17.