魏愛生 徐玉飛 張 婷 劉火明 蔣 豐

中國建筑第八工程局有限公司西南分公司 四川 成都 610041

1 工程概況

成都鳳凰山體育中心體育館屋蓋平面為橢圓形，中間最長為183 m、最寬為153 m，懸挑長度在19～24 m之間。網(wǎng)架面積23 000 m2，重約2 300 t，網(wǎng)架構(gòu)件截面規(guī)格為P140 mm×4 mm～P500 mm×30 mm，焊接球規(guī)格為WSR4014～WSR9040（產(chǎn)品代號(hào)），材質(zhì)為Q345B。根據(jù)建筑造型和比賽演出吊掛需求，結(jié)合結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)采用正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架支承于下部環(huán)形看臺(tái)鋼筋混凝土柱上。

2 施工重難點(diǎn)分析

1）鋼網(wǎng)架為曲面不規(guī)則橢圓形，且構(gòu)件多，現(xiàn)場拼裝要求精度高（圖1）。

2）鋼網(wǎng)架覆蓋整個(gè)看臺(tái)頂部，內(nèi)場可供操作的空間小。

圖1 體育館曲面網(wǎng)架示意

3）鋼網(wǎng)架兩端懸挑，懸挑寬度短向18.645 m、長向22.952 m。

4）安裝高度最高處達(dá)49.75 m，高空作業(yè)安全管理難度大。

3 施工方案選擇

施工前，對(duì)大跨度網(wǎng)架施工可能采用的高空散拼、分塊吊裝、先提升中間向看臺(tái)區(qū)域逐步向其他區(qū)域擴(kuò)展、累積滑移等方案的優(yōu)劣進(jìn)行綜合比選，最終確定項(xiàng)目鋼網(wǎng)架安裝采用累積滑移，即在場地北側(cè)的地下室頂板完成后，在其上搭設(shè)鋼結(jié)構(gòu)組裝平臺(tái)，網(wǎng)架在地面分塊拼裝完成后，在平臺(tái)上進(jìn)行分塊組裝，分區(qū)域累積滑移，滑移完成后，再進(jìn)行兩端懸挑區(qū)域的分塊后補(bǔ)安裝[1-2]。經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目網(wǎng)架分7次進(jìn)行累積滑移（圖2）。

圖2 滑移區(qū)域劃分示意

4 主要施工方法

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→安裝工作平臺(tái)及滑移軌道→網(wǎng)架地面分塊拼裝→吊至提升平臺(tái)組裝→第1個(gè)網(wǎng)架滑移單元滑移→重復(fù)進(jìn)行第2—7個(gè)網(wǎng)架滑移單元累積滑移→網(wǎng)架滑移就位→分塊吊裝兩端懸挑區(qū)域網(wǎng)架→網(wǎng)架卸載→拆除胎架、軌道梁及軌道→網(wǎng)架變形監(jiān)測。

4.2 施工準(zhǔn)備

1）技術(shù)準(zhǔn)備：進(jìn)行圖紙會(huì)審，完成深化圖設(shè)計(jì)并報(bào)審；制定并確定施工方案，進(jìn)行專家論證；對(duì)作業(yè)人員作技術(shù)交底；完成焊接工藝評(píng)定，完善前期所有報(bào)驗(yàn)資料。

2）材料準(zhǔn)備：工程所需的各種構(gòu)件、桿件等加工到位，所有胎架搭設(shè)的型鋼、木跳板等措施材料準(zhǔn)備到位。

3）機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備：吊車、焊機(jī)、頂推裝置、監(jiān)測等各種機(jī)械、設(shè)備準(zhǔn)備到位。

4）現(xiàn)場準(zhǔn)備：施工人員進(jìn)場并完成教育培訓(xùn)，各類埋件及軸線標(biāo)高測量到位，現(xiàn)場建立測量控制網(wǎng)，拼裝場地提供到位。

4.3 工作平臺(tái)及滑移軌道安裝

4.3.1 拼裝平臺(tái)安裝

拼裝平臺(tái)采用從地下室頂板開始搭設(shè)，長160 m、寬30 m、高36.4 m，鋼柱采用φ609 mm×16 mm圓管制作成6 m一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝。長度和寬度方向均設(shè)置2排支撐，支撐截面為φ 219 mm×16 mm，平臺(tái)面層滿鋪4 000 mm×200 mm×50 mm木跳板，總計(jì)使用面積4 800 m2。拼裝平臺(tái)搭設(shè)如圖3所示。平臺(tái)安裝前對(duì)主支撐下部對(duì)應(yīng)地下室頂板進(jìn)行加固。

4.3.2 滑移軌道安裝

網(wǎng)架滑移軌道系統(tǒng)主要由滑移軌道、軌道梁及滑移支撐胎架組成，其中滑移軌道用于提供滑移所需的水平反力，滑移梁及滑移支撐胎架用于承受整個(gè)滑移過程中的自重荷載?；屏阂徊糠种卧诨浦渭苌?，一部分支撐在混凝土梁上。設(shè)置標(biāo)高相同的3條滑移軌道，中間一條位于中心線，其余2條位于混凝土梁上。支撐柱采用φ609 mm×16 mm，中間格構(gòu)撐采用φ89 mm×4 mm，組成格構(gòu)柱，每組配備3道支撐，立柱采用間距2 m等邊三角形布置（圖4）。

圖3 拼裝平臺(tái)安裝示意

圖4 滑移軌道布置示意

滑移軌道梁采用雙拼H型鋼，規(guī)格為HW900 mm×300 mm，每條軌道長度195 m，采用工廠加工運(yùn)輸至現(xiàn)場安裝。滑移導(dǎo)滑槽分2種情況，一種為放置在鋼滑移軌道梁上，一種為放置在混凝土梁上。將側(cè)擋塊（沿軌道通長設(shè)置，間距300 mm）焊接在軌道梁上。在滑移過程中，軌道起到橫向限位的作用，側(cè)擋塊起到對(duì)頂緊塊施加反作用力的作用，如圖5所示。

圖5 導(dǎo)滑槽與軌道梁示意

4.4 網(wǎng)架地面分塊拼裝

根據(jù)結(jié)構(gòu)具體吊裝分片對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場拼裝。拼裝前，根據(jù)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的空間位置進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)體模擬。根據(jù)結(jié)構(gòu)線形設(shè)置胎架，并在地面進(jìn)行定位放線。

采用1臺(tái)80 t履帶吊、1臺(tái)80 t汽車吊進(jìn)行拼裝吊裝，配置6臺(tái)25 t汽車吊進(jìn)行網(wǎng)架拼裝。按放線位置進(jìn)行桿件布置。在沒有約束的條件下，檢測構(gòu)件分段間的端口情況，包括間隙、錯(cuò)位、坡口、相對(duì)空間距離與方位。

在驗(yàn)收合格后，畫出對(duì)合線、中心線、水平線等標(biāo)記，然后開始拼裝。

拼裝過程中進(jìn)行檢查，保證產(chǎn)品的使用精度。

4.5 網(wǎng)架高空對(duì)接安裝

網(wǎng)架高空對(duì)接在拼裝平臺(tái)上進(jìn)行，每個(gè)累積滑移塊分為7個(gè)吊裝段，提前設(shè)置好后裝桿件，采用履帶吊吊裝至平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接安裝，如圖6所示。根據(jù)吊裝段的不同，分別采用1臺(tái)400 t和1臺(tái)650 t履帶吊進(jìn)行吊裝。

圖6 高空對(duì)接拼裝支撐架布置及吊裝段示意

4.6 網(wǎng)架累積滑移

根據(jù)體育館屋蓋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，經(jīng)模擬分析計(jì)算，將鋼屋蓋分為7個(gè)滑移單元和2個(gè)原位拼裝單元，原位拼裝單元位于屋蓋南側(cè)和北側(cè)，待全部滑移單元滑移完成并卸載后進(jìn)行拼裝。

為加快進(jìn)度，在滑移前，在拼裝平臺(tái)上進(jìn)行空調(diào)風(fēng)管與馬道的安裝，馬道與風(fēng)管僅作臨時(shí)固定，不得改變整體網(wǎng)架受力狀態(tài)。

整個(gè)屋面網(wǎng)架滑移共設(shè)置18個(gè)滑移頂推點(diǎn)。每個(gè)頂推點(diǎn)設(shè)置1臺(tái)YS-PJ-50型液壓頂推器，共計(jì)18臺(tái)YS-PJ-50型液壓頂推器，頂推器由主液壓缸、頂緊裝置、連接耳板、側(cè)向擋板、電氣液壓控制系統(tǒng)等組成，額定頂推力為500 kN，如圖7所示。

圖7 頂推位置及頂推器構(gòu)造示意

累積滑移頂推設(shè)備采用計(jì)算機(jī)同步控制，通過主液壓缸伸縮步進(jìn)式頂推構(gòu)件，帶動(dòng)整片網(wǎng)架同步滑移。首片網(wǎng)架頂推滑移至設(shè)定位置后，安裝第2片網(wǎng)架，與滑移推出的首片網(wǎng)架進(jìn)行連接，形成整體后，進(jìn)行第2次滑移，以此類推，直至需要滑移的區(qū)域連成整體，實(shí)現(xiàn)累積滑移。

滑移過程中，在每一滑移單元滑移前，選取合適位置做好控制點(diǎn)標(biāo)記，滑移過程中跟蹤測量，保證3條軌道上的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)同步滑移，在滑移即將就位時(shí)，增大測量頻率，根據(jù)測量數(shù)據(jù)做精細(xì)調(diào)整，和滑移操作人員及時(shí)溝通，保證滑移單元的精準(zhǔn)落位。

4.7 兩端懸挑區(qū)域網(wǎng)架安裝

南北兩側(cè)懸挑區(qū)域需等到中間滑移區(qū)域滑移到位之后，在南、北兩側(cè)設(shè)置臨時(shí)承重支撐架，對(duì)懸挑區(qū)域進(jìn)行分塊吊裝、高空焊接成整體。臨時(shí)承重支撐架采用2 m×2 m×1.5 m裝配式結(jié)構(gòu)，支撐架采用主肢φ89 mm×4 mm，腹桿φ60 mm×3.5 mm，頂部分配梁采用B400 mm×250 mm×14 mm×14 mm，補(bǔ)長柱采用φ245 mm×10 mm圓管，長度約800 mm，如圖8所示。

圖8 支撐架構(gòu)造示意

4.8 網(wǎng)架卸載

全部網(wǎng)架安裝完成后，從中間往兩側(cè)對(duì)稱對(duì)四周支座全部封閉焊接，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)安裝情況進(jìn)行全面檢查后，實(shí)施卸載。卸載整體順序是先卸載中間支撐點(diǎn)，再卸載四周支撐點(diǎn)。采用千斤頂分2級(jí)循環(huán)進(jìn)行卸載，第1次卸載30 mm，第2次卸載到位。

卸載過程中對(duì)網(wǎng)架位移及變形進(jìn)行監(jiān)測，并進(jìn)行測量監(jiān)控分析，確保卸載過程安全。

4.9 臨時(shí)措施拆除

網(wǎng)架的臨時(shí)措施球及臨時(shí)措施桿件拆除時(shí)，采用葫蘆及其他吊帶將其與主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接，在保證安全的情況下，方可拆除。

臨時(shí)措施球及臨時(shí)措施桿件拆除后，拆除所有支撐胎架、軌道梁及軌道，鋼網(wǎng)架安裝結(jié)束。

5 施工監(jiān)測

為驗(yàn)證網(wǎng)架安裝效果，保證結(jié)構(gòu)安全，委托第三方專業(yè)監(jiān)測單位，對(duì)鋼網(wǎng)架進(jìn)行變形、溫度及應(yīng)力監(jiān)測，實(shí)時(shí)提交監(jiān)測報(bào)告。

5.1 應(yīng)力及溫度監(jiān)測

對(duì)體育館中部三角形桁架和環(huán)桁架三角桁架進(jìn)行應(yīng)力、溫度監(jiān)測，共布78個(gè)振弦式應(yīng)變傳感器。應(yīng)力和溫度數(shù)據(jù)采用靜態(tài)采集儀進(jìn)行同時(shí)采集，如圖9所示。

圖9 應(yīng)力、溫度監(jiān)測點(diǎn)及振弦式傳感器

5.2 變形監(jiān)測

變形監(jiān)測采用徠卡全站儀進(jìn)行，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，選取在鋼網(wǎng)架中部下弦桿布設(shè)3個(gè)棱鏡作為監(jiān)測點(diǎn)，采用全站儀對(duì)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行三向坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集。

5.3 監(jiān)測頻次

根據(jù)施工方案，確定本工程的監(jiān)測頻率為：設(shè)備安裝后監(jiān)測1次作為初始值，兩側(cè)懸挑區(qū)補(bǔ)桿完成、網(wǎng)架完成監(jiān)測1次，卸載完成監(jiān)測1次，其余時(shí)間每個(gè)月監(jiān)測1次。

5.4 監(jiān)測結(jié)果

鋼屋蓋網(wǎng)架安裝后結(jié)構(gòu)由支撐支持，構(gòu)件僅承受自重荷載，應(yīng)力值較小，支撐拆除后由于結(jié)構(gòu)自重荷載的施加，應(yīng)力值稍微增大，但變化值在合理范圍內(nèi)，目前構(gòu)件應(yīng)力遠(yuǎn)小于黃色預(yù)警值（0.5倍的設(shè)計(jì)強(qiáng)度），結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，后續(xù)跟蹤監(jiān)測。

在鋼屋蓋網(wǎng)架安裝、網(wǎng)架支撐拆除過程中，對(duì)網(wǎng)架下弦桿變形監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，此施工過程結(jié)構(gòu)變形較小（最大11 mm），結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)語

本工程基于超大跨度曲面形網(wǎng)架的施工特點(diǎn)，采用中間區(qū)域高空累積滑移、兩端分塊吊裝就位的施工工藝，不僅解決了網(wǎng)架施工場地限制的技術(shù)難題，減少了高空拼接量，保證了質(zhì)量與安全，而且實(shí)現(xiàn)了空調(diào)風(fēng)管與馬道一起滑移，為其他工序在內(nèi)場的合理穿插創(chuàng)造了條件，節(jié)省了成本，縮短了工期。