基于体育场馆工程的钢结构施工技术分析

徐执彬

0 引言

钢结构具有耐用性好、空间跨度大、多功能性、维护成本低等特点，而且性价比高，施工时间短，施工噪音少，同时还具备施工机械设备租赁成本低等优点。由此可见，钢结构具有广阔的应用场景和推广优势。在体育场馆建设中，就需要加强对钢结构的使用，掌握相应的技术要点。

1 工程概述

某体育场馆工程规划用地面积21 000m，占地12 000m，建筑高度为27.8m，局部位置设有地下夹层，地上共有三层。该体育场馆东西宽为108.12m，南北长为190.48m。该工程主要使用Q235B 无缝钢管作为架及钢梁的施工材料，抗拉强度实测值和屈服强度实测值比值超过1.2，有明显屈服台阶且伸长率不低于20%。主拱架为双向圆弧拱，跨度为85.6m，矢高为23.0m，断面形状是平行四边形。该工程钢结构构建较为复杂，施工范围包含屋面拱架、拱架支撑、吊杆、中屋架、屋架、挑檐梁、挑檐环梁、檀条等。

2 工程施工难点分析

该体育场馆钢结构工程具有重量重、体型大、结构跨度大、安装焊接技术难度大等特点，导致相应的施工难度很大，主要体现在以下三方面。

（1）工程组织管理难度大。该体育场馆工程规模大、工艺复杂、技术管理难度高，是建设项目管理的难点及重点，所以需要从多个维度进行综合考量、统一管理与协调配合，才能确保工程施工活动安全、有序、高效落实。否则很容易出现权责划分不明确、工程活动相互冲突等问题。体育场馆工程建设进程中，钢结构施工还面临着精度要求高的挑战，需要对整个钢结构不同位置、节点等进行精准设计与施工，相应的操作难度大，也会影响具体的工程组织管理。另外钢结构的空间跨度较大，构件长度往往会因为温度的变化而变化，进一步影响安装施工精度，同时会给施工组织管理造成不小的阻碍和挑战。

（2）合拢难度高。该体育场馆工程的钢结构跨度较大，在相应的施工过程中如何确保钢结构有效合拢自然成为不容忽视的问题。一方面，必须考虑钢结构本身的结构特性，对其中的压环构件、柱脚、V 柱等进行综合分析，考虑不同合拢口数量之间的对接关系；另一方面，则需要考虑施工技术、温度变化等的影响，务必在保障施工技术科学、合理的前提下根据温度变化情况适当调整施工方案，方能确保合拢点对接的精度。实际施工过程中，要想有效确保钢结构合拢精度与质量，必然需要安排大量人力落实相应的实验、测算工作，工作量巨大，再加上技术要求高，相应的施工难度并不低。

（3）拆卸难度大。体育场馆工程的钢结构施工过程中需要设置支撑塔架对主桁架等进行支撑，从而保障施工安全，确保施工过程中钢结构受力平衡，为高质量、高效率施工提供有力支持。而在施工结束后，则需要对支撑塔架进行拆卸。由于拆卸支撑塔架会导致整个结构体系的受力情况发生变化，即不论是钢结构本身还是支撑塔架都会发生变化。这意味着如果卸载顺序、卸载工艺等不合理，会导致钢结构或者支撑塔架受力变化巨大而造成安全隐患。因为体院场馆工程本身规模大，钢结构跨度大、结构复杂，相应的拆卸难度也十分大，给施工管理造成了不小影响。

3 工程建设的施工部署

施工前做好相应施工准备与部署，为施工建造的有序、高质、高效开展奠定根基。正式施工前，施工队伍需要熟悉图纸，计算工程量并进行现场调查，合理编制施工机具设备需用量计划、工艺流程及作业指导书、劳动力需用量计划等，并在此基础上编制年、月、周施工进度表以及材料、构件、成品等需要表。后续应当进行安全交底和技术交底，编制临时供水与临时供电计划、施工准备工作计划等，从宏观层面进行施工总平面布置，加强经济承包与核算，并在审批后方可进行正式施工。对施工组织架构加以健全，明确具体的施工及管理权责，对钢结构安装劳动力进行合理规划，确保现场施工人员（包含管理人员、装配工、电焊工、油漆工、电工、测量工、探伤、机操工、起重工以及其他人员等）各司其职。准备体育场馆工程钢结构施工所需的机械设备，对钢结构吊装设备、履带起重机、平板车、脚手架钢管、螺旋千斤顶、CO焊机、直流焊机、交流焊机、全占仪、经纬仪、加工厂起重设备、桥式起重机等的规格、型号、数量等加以明确，提前规划好相应的采购与租赁计划。另外还需要针对钢结构专项施工现场平面布置、现场供水与供电、临时设施、施工进度计划等进行合理规划，为钢结构施工做好全面准备工作。

4 体育场馆工程钢结构施工的技术要点

体育场馆工程中钢结构的安装流程为：先对土建混凝土以及柱进行施工，之后对钢结构构件进行进场拼装，搭设承重支架，然后吊装主桁架、纵向桁架、外挑钢桁架，做好支撑固定，最后再完成测量与焊接方面的施工。

4.1 材料与设备准备

在安装钢结构前准备好材料与设备，能够为后续施工活动提供良好支持。将钢结构运至施工现场后，需要将其堆放于临时堆场的指定位置。在各种材料与设备运输至现场后，需要对钢构件、材料等进行编号，确保构件的数量、编号等完全符合要求和标准。如果发现存在超过规范误差或运输受损的构件，需要及时进行处理。加强对现场材料与设备的保存管理，以免天气或其他因素影响材料和设备的质量。其中弯扭构件加工制作是构件加工制作的重难点所在，主要体现在箱体的翼板与腹板分别呈现为弯曲和扭曲，相应的特殊工艺要求较高，而且加工量大、精度要求高，需要确保主体焊缝、内隔板焊缝以及牛腿焊缝为CJP 全熔透焊缝和构件装配与成品的空间三维测量与校核足够精准。必须严格按照下料、开坡口、无模成形、平台放样、立胎架、放下翼板、装腹板、装上翼板、胎下焊接、组装牛腿、三维坐标测量、清理转涂装的顺序严格规范弯扭构件的加工制作，并在确保加工制作质量达标后方可运至施工现场。

4.2 支座安装

支座作为支撑钢桁架的基础部分，在钢结构安装过程中需要优先对其安装。在安装砼柱顶支座时，应当以交接轴线控制点以及标高基准点作为参考，因此实际施工时需要对制作定位轴线以及定位标高进行精准布设，布设后加强检查，确保误差不超过允许范围。完成砼柱顶支座安装后，应及时对轴线偏差、标高偏差等进行验收和校正，达到验收标准后方能进行桁架吊装。在进行支座预埋板的放线处理时，应当利用控制网或控制点，于支座板上放出构件安装定位“十”字线，并从中心点向“十”字线方向各引测一点，保证“十”字线方向上三点在一条直线上。

4.3 地面拼装

施工现场地面拼装具有焊接容易引起体变形、多牛腿高空对接精度要求较高、分片吊装易引起弹性变形等问题，所以地面拼装精度要求高且难度较大。为保障地面拼装质量，需要根据现场情况编制合理拼装与焊接工艺方案，并采取用设计合理的刚性胎架，通过两片连拼的方式提高拼装质量，并在拼装过程中加强测量与复核，科学进行起吊计算并设置合理的吊点，如此现场地面拼装精度才能得到充分保障，并为后续的高空吊装奠定良好根基。

4.4 承重脚手架搭设

搭设好承重脚手架后，钢结构吊装施工活动方可安全、有效开展。鉴于主桁架结构具有长度大、结构单薄的特点，在完成吊装后会受到自重与应力影响并导致主桁架的稳固性、安全性难以保障，应通过搭设称重脚手架的方式对主桁架进行有效支撑。根据桁架吊装要求和规划，合理确定脚手架平面尺寸与高度，确保脚手架能够很好地发挥承重作用。由于整个体育场馆工程规模巨大，相应的钢结构跨度大且结构复杂，在不同区域往往需要设置平面尺寸与高度不同的脚手架，才能很好地发挥支撑作用。实际工程中应当对钢结构进行分解，将整个钢结构划分为多个较小的区域，并针对不同区域设计并搭设相应的承重脚手架。而且为确保支撑脚手架足够稳固，避免出现沉降问题，在搭设承重脚手架时有必要在脚手架底部设置相应的斜支撑体系，这样既可以确保作用力的直接传递，也能防止裙房混凝土楼板直接承载而出现塌陷风险。斜支撑体系的合理设置，能够将钢结构的荷载有效传递到混凝土柱，从而增强承重支撑的可靠性，同时方便现场加工与安装，可以兼顾施工安全性、效率性的提升。在搭设承重脚手架时一定要按照相关规范与标准进行操作，其中脚手架柱肢应当选用D528m×12m 以及D609m×12m 的螺旋焊管。在搭设承重脚手架的水平腹杆时，应采取十字形或者交叉体系结构，这样可以增强整个脚手架的稳固性，以免脚手架柱身产生过多扭动。

4.5 桁架施工

4.5.1 主桁架吊装

体育场馆工程钢结构的主桁架截面尺寸较宽、较大，难以在工厂加工后运输至现场，多采取现场地面拼装的方式进行处理。为了保障地面拼装的质量，需要通过搭设脚手架、设置千斤顶、垫枕木的方式搭设好拼装胎具，确保拼装胎具摆放水平。在对主桁架进行组拼前，需要先由监理单位进行验收，达标后方可进行焊接。严格控制焊接质量，确保主桁架组拼质量完全满足施工标准。吊装时为了减少主桁架变形情况，需要在每榀主桁架中间位置搭设承重平台，精确标好主桁架的拼装位置轴线点、标高等，并将主桁架上下弦杆的位置固定好。在完成主桁架吊装作业后，应及时通过枕木、千斤顶、倒链等对桁架位置进行调整，确保桁架水平偏差、垂直偏差以及控制节点标高等均符合标准。

4.5.2 纵向桁架吊装

纵向桁架的吊装需要在吊装每二榀主桁架后及时进行，这样才能确保整个桁架结构的稳定性和安全性。纵向桁架吊装可于主桁架两端同时进行，从而提高施工高效率。纵向桁架吊装后需要对其水平偏差、垂直偏差等进行检查，以主桁架为主要参照，确保吊装质量完全符合要求。

4.5.3 外挑钢桁架吊装

外挑钢桁架的吊装需要于两端同步对称进行，这样才能充分保障定位精度，确保外挑桁架呈线形。实际吊装过程中应当加强指挥，在保障安全的前提下尽可能推动两端对称吊装的同步进行，同时在吊装过程中对吊装位置进行有效调控，保障吊装质量。

4.6 测量控制

一是平面测量。基于原有控制桩进行复测闭合，将主轴设置于0mm 楼面上，经测量后将激光控制点标定出来。使用激光直仪对不同层的预留孔位进行通穿处理，进而确定不同施工区的点位，保障整个钢结构的平面水平。

二是标高控制。以原始控制点的标高为基础，使用水准仪从地下室水准点位置垂直向上进行测量，确定不同施工层的标高点处于设计标高。

三是桁架安装的测量控制。初期进行预埋件施工时，就需要对砼柱顶支座的交接轴线、标高等进行测量，确保相应的误差不超过允许范围，如果验收不合格不得进入后续的钢柱吊装工序。在桁架安装过程中需要先对桁架就位情况进行控制，确保基于桁架定位轴线进行引测的柱顶标高以及定位尺寸在允许误差范围内。

4.7 钢结构焊接

钢结构焊接是体育场馆工程钢结构施工的重要工序，直接关系到整个钢结构的稳固性和可靠性。地面钢桁架拼装焊接方法主要包括全位置焊接和氧焊，通常可选择手工电弧焊。实际进行焊接施工前，需要对焊接工艺进行评定，进而确定合适的工艺措施以及工艺流程，并组织焊工参与相应的培训与考核，确保所有进入现场施焊的焊工取得合格证。选择合适的焊接施工材料与铺材，确保所有材料均符合质量要求，焊条使用前应当进行烘干处理。在焊接作业区应当采取防雨、防风措施，作业风力超过5m/s 时严禁进行施焊作业。实际施工过程中，需要综合应用管—管坡口对接焊、管—管T 接焊等焊接接头方式，以整流式弧焊机作为手工电弧焊的机具。焊接时需要先进行组对、校正和复验，并在预留一定的焊接收缩量后进行焊接定位处理，做好相应的防护工作，清理干净焊接口的残渣，然后才可进行焊接操作。在焊接后需要进行热调处理，并对焊接质量进行检验，确保焊接质量完全达标后方可。对焊接口进行检验。焊接口检验采取外观检查与超声波检查两种方式，确保焊接口不存在损坏情况而且焊缝质量完全符合相关要求和标准。在对厚板进行焊接时，很容易产生根部裂纹、表面裂纹、层状撕裂，另外还可能面临焊接效率太低、焊接应力大而导致焊缝组织粗大且冲击韧性降低等问题。实际施工过程中应当采取双丝打底、三丝盖面、设置窄向隙坡口、加强预热温度控制、设置振动消除应力、提高材料Z 向性能、合理选择焊接材料、完整的焊接工艺评定等措施，有效提高厚板焊接质量。而针对Q460 高强钢焊接中普遍存在的材料强度高、焊接性差、焊接冷裂纹敏感性强等问题，则需要通过提前进行斜y试验、热影响区硬度试验、插销实验、再热裂纹敏感性试验等进行焊接仿真试验，提前对施工过程中可能出现的一些问题进行事先分析与控制，同时做好全面焊接工艺评定，尽量减少施工问题。通过焊接仿真分析对复杂节点焊接变形以及焊接收缩余量进行预测，同时对焊接工艺参数的影响、焊接残余应力进行评估，能够为具体的焊接施工提供科学指导。另外实际施工过程中应当采取窄间隙工艺、顺序焊接、多层多道焊接、远红外陶瓷加热、局部锤击、局部超声波冲击等措施，有效消减焊接残余应力。

5 结语

综上所述，体育场馆工程钢结构施工难度较大，应在施工过程中严格按照相关规范及工艺流程进行操作，同时需要加强施工管理和监督，这是确保钢结构施工安全性和可靠性的前提条件。在体育场馆工程数量增多、规模增大的当下，全面加强钢结构专项工程施工管理必要且紧迫，需要根据工程实际情况合理制定施工规划，运用科学的施工技术推动施工质量切实提升，确保其高标准交付，推动体育场钢结构工程迈上高质量发展的新台阶。