呂 莉

(北京住總建設安裝工程有限責任公司，北京 100028)

1 工程概況

國家速滑館位于北京市北五環(huán)林翠橋東南，國家網(wǎng)球館南側，為北京2022年冬奧會舉辦速度滑冰的比賽場館，又稱“冰絲帶”。工程建筑面積約9.7萬m2，地下2層，地上3層，建筑高度33.8m，冰面面積約12 000m2，建成后將成為亞洲最大的人工冰場，與國家體育場“鳥巢”、國家游泳中心“水立方”共同組成北京——世界首個“雙奧之城”的標志性建筑群，建筑效果如圖1所示。

圖1 國家速滑館建筑效果

速滑館屋面結構的外圍周圈是大型環(huán)桁架鋼結構，中心區(qū)域為目前世界最大跨度(198m×124m)最大單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)結構，由98根東西向排列的承重索和60根南北向排列的穩(wěn)定索組成，索體直徑分別為64mm和74mm，在場館上方呈4m×4m間隔網(wǎng)狀布置，索網(wǎng)均采用雙索構造，并列平行安裝，間距為300mm左右，總長度為20 450m。屋面索網(wǎng)總質量為581t，在承載力不變的情況下，索網(wǎng)整體用鋼量為傳統(tǒng)鋼屋面的1/4，較傳統(tǒng)網(wǎng)架屋面大大節(jié)約鋼材，節(jié)省空間，降低能耗，符合“綠色辦奧”理念。

場館除濕系統(tǒng)是重要的空調系統(tǒng)。除濕送風風管從場館4個方位穿環(huán)桁架進入索網(wǎng)區(qū)域，布置在索網(wǎng)下方，風管吊架的根部以索體為固定點，安裝方法與在常規(guī)混凝土或其他鋼結構上的做法完全不同。對除濕風管在索網(wǎng)區(qū)域的安裝方法、支吊架選型設置、與索體固定的根部節(jié)點做法需進行深入的技術研究；風管固定在柔性的索網(wǎng)結構上，要充分考慮抗柔性屋面變形的技術措施；除濕風管安裝在20～30m的高空區(qū)域，風管吊裝要確保平穩(wěn)安全，操作人員需配合風管吊裝，在空中同步進行風管支吊架安裝和風管連接，施工難度大。針對索網(wǎng)下方除濕風管安裝的技術特點和難點，項目部進行了技術研究和技術創(chuàng)新，解決了大跨度索網(wǎng)結構安裝除濕風管的難題。

2 除濕系統(tǒng)概況

場館賽時容納12 038個座席，人員呼吸及冰面溫度很低造成空氣中所能容納的水蒸氣含量大大降低，場館要啟動除濕設備及時去除空氣中多余的水蒸氣。除濕系統(tǒng)設計的氣流組織，是在場館中央?yún)^(qū)域的上方環(huán)形布置88個送風口向下送風，每個風口的最大送風量約1 350m3/h，場館下方四周設置16個2 000mm×1 500mm回風口，將濕度大的空氣送回至除濕機組。

工程設置的4臺除濕機組，分別位于地下2層4個區(qū)域段的空調機房內，風管在機房進入土建結構豎井，自地下2層沿豎向垂直安裝進入屋面環(huán)桁架，水平穿越環(huán)桁架后再進入索網(wǎng)區(qū)域。除濕風管在索網(wǎng)中心區(qū)域為D1 000mm的圓形螺旋縫風管，沿場館內圈馬道外側呈橢圓形布置，一圈的總長度約420m。在地下機房直至與圓形風管連接前均為2 000mm×700mm的矩形管道，單臺除濕機組矩形送風管總長度約為60m，具體布置如圖2所示。

圖2 除濕風管布置示意

3 除濕風管荷載計算

索網(wǎng)下除濕風管固定在索網(wǎng)結構上，索網(wǎng)結構為不穩(wěn)定承重結構形式。風管安裝的總體自重、荷載分布的均勻性要符合結構設計的承重要求，應經(jīng)結構設計復核。

除濕風管荷載組成包括：2 000mm×700mm矩形風管及保溫的自重；索網(wǎng)下D1 000mm圓形螺旋縫風管及保溫的自重；風管支吊架總自重；風口及調節(jié)閥門總自重等。

1)2 000mm×700mm矩形風管長160m，質量M=8 139kg，保溫質量M=1 765kg，總質量=9 904kg。

2)D1 000mm圓形風管長420m，質量M=10 354kg，保溫質量M=2 824kg，總質量=13 178kg。

3)風管法蘭采用└40×4，矩形風管加固采用└30×3， 按600mm長度安裝，總質量約5 600kg。

4)風格支吊架總質量約為2 600kg。

5)風口及風閥質量每組按15kg考慮，共1 320kg。

因此，除濕風管系統(tǒng)總質量G=9 904+13 178+5 600+2 600+1 320=32 602kg。

按結構設計對索網(wǎng)承重數(shù)值要求：索網(wǎng)區(qū)域各專業(yè)管線、設備總承載≤4 000kN，質量≤400kg/m。除濕系統(tǒng)總質量為32.6t，與其他專業(yè)合計總質量<400t，滿足設計要求；風管質量為56.2kg/m，滿足索網(wǎng)結構承重要求。

4 除濕風管與索網(wǎng)固定安裝

4.1 風管吊桿根部固定安裝

1)風管吊桿與專用U形卡固定安裝

南北向排列的風管以圓形風管為主，風管與東西向的承重索相垂直，風管采用兩側雙吊方式，兩側吊桿上端固定在同一根索體上。吊桿與索體固定節(jié)點采用定制的專用U形卡，U形卡的上下卡與索網(wǎng)抱住，用螺栓在卡的翼邊夾緊固定，在U形卡一端焊接100mm長短接管，管內螺紋用于連接風管的吊桿。U形卡與索體固定時內壁襯1mm鋅板，對索體的鋼繩起到保護作用，防止磨損和金屬電化學腐蝕。

2)通過索網(wǎng)上方的槽鋼轉換橫擔固定

當風管遇弧度安裝或拐彎安裝時，風管走向與索網(wǎng)呈一定角度，風管支架固定吊點采用槽鋼轉換方式安裝。槽鋼轉換橫擔與風管相垂直，兩端通過U形卡與索體固定，一端固定在南北向穩(wěn)定索上，一端固定在東西向承重索上。U形卡與索體固定，用圓鋼制作支撐桿，兩端套絲，一端與索體固定的U形卡短接桿固定，另一端穿槽鋼上下邊與槽鋼固定，槽鋼上部出桿部位用平墊、彈簧墊加自鎖螺母和普通螺母進行雙螺母固定。槽鋼作為風管支撐的轉換固定結構件，在風管兩側安裝的吊桿固定在槽鋼上，槽鋼與吊桿連接孔必須進行機械開孔，加平墊和雙螺母固定。

3)圓形風管軟連接兩側支架固定

場館圓形除濕風管固定在柔性的索網(wǎng)結構上，考慮柔性結構變形的情況，風管每隔15～20m安裝300mm長保溫加筋的柔性軟連接，用于吸納結構變形對管道的影響。按規(guī)范要求在軟連接兩側安裝支吊架，確保管道安裝的穩(wěn)定性。在軟連接上方順風管方向平行安裝2根槽鋼轉換支架，槽鋼長度500～600mm，用U形抱卡固定在雙索結構上，風管吊桿再與槽鋼固定。

3種安裝方法如圖3所示。

圖3 風管吊桿根部固定安裝

4.2 風管安裝構件

除濕風管固定在索網(wǎng)結構上，根部固定件與常規(guī)混凝土結構不同。采用定制的專用U形卡、彈簧減振器、圓形風管抱箍等構件(見圖4)。

1)U形卡 U形卡是定制的外加工件，采用50mm×5mm扁鋼定制加工，與索體上下固定。U形卡半環(huán)與索體半徑基本一致，預留1～1.5mm間隙，上下對接連接。與風管吊桿端固定連接的U形卡焊接長100mm的φ14短接桿，用于與風管吊桿連接，吊桿擰入短接桿處加螺母進行固定。U形卡翼邊長度為40mm，上下機械開孔，用M12螺栓和自鎖螺母加普通螺母雙螺母固定。

2)彈簧減振器 風管安裝的全部吊架均安裝減振器，用于消納柔性結構變形對風管安裝的影響，選用阻尼彈簧減振器，除濕風管安裝總計使用數(shù)量約為400個。減振器上端面與風管吊桿固定，上下螺母固定，下端連接吊桿與風管抱卡或橫擔固定牢固。

3)圓形風管抱箍 抱箍由上下2個半環(huán)組成，采用50mm×5mm扁鋼制作，翼邊長度為50mm，抱箍與風管間內襯3mm厚A級石棉橡膠板，起防滑、絕緣、絕熱作用。風管上下抱箍翼邊機械開孔，用M14自鎖螺栓固定。

4.3 風管吊裝

除濕風管安裝高度為0.02～30m，沿內圈馬道外側1～2m間距安裝，整體呈橢圓形，南北方向中間段為直管段，其余為弧形安裝段，采用D1 000mm 的鍍鋅鋼板圓形螺旋縫風管，為外加工產(chǎn)品，直管段標準尺寸為4m一節(jié)，風管法蘭連接。風管吊裝采用先分段組裝、后整體吊裝的方法，提高風管安裝效率和安裝質量。

圓形風管在場地平整區(qū)域進行組裝，每3節(jié)為一組，長度為12m，D1 000mm風管加保溫總質量約為580kg。風管組裝完成后，利用自行研制的吊裝機具將風管吊運至高空位置后進行安裝。

4.3.1自行研制風管吊裝機具

項目自行研制風管吊裝機具用于風管吊裝時固定風管。風管分節(jié)組裝好后，固定在自制托具上，倒鏈一端固定在托具預留的吊耳上，進行風管的組段吊裝。

自行設計研制的圓形風管吊裝機具由上下扁鋼抱卡、槽鋼橫托、固定吊耳和連接螺栓等組成。扁鋼抱卡采用50mm×5mm扁鋼煨制成與D1 000mm風管弧度一致的半圓形，兩端翼邊長度為50mm。槽鋼橫托采用[14，長度為1 600～1 700mm。固定吊耳在距槽鋼橫托兩端50mm處焊接φ20圓鋼，圓鋼在槽鋼上部煨制成半圓弧形狀，與槽鋼接觸部位雙側滿焊連接。風管下側的扁鋼抱卡與槽鋼橫托焊接兩個支撐扁鋼進行固定，支撐抱卡和橫托滿焊連接。上下抱卡采用φ12螺栓固定牢固，如圖5所示。

圖5 自行研制的風管吊裝機具

4.3.2風管吊裝

1)準備工作 風管吊裝前，先完成電動倒鏈的安裝及檢驗工作。將4個2t電動倒鏈安裝在索網(wǎng)上，電動倒鏈的一端吊環(huán)固定在索體上，將另一端的鏈條放下，準備風管的吊裝。

2)風管組裝 將3節(jié)4m長的風管進行法蘭組對連接，將風管離法蘭500mm左右位置作為組裝風管的吊裝點。風管組裝后將其固定在自行研制的托具上，將槽鋼橫托上的扁鋼抱箍上下對正，螺栓固定牢固，再將電動倒鏈的掛鉤與固定吊耳掛牢(見圖6a)。

圖6 風管吊裝施工

3)風管整體提升 檢查確認風管固定牢固后，操作上方的電動倒鏈，進行風管的整體提升，整體提升速度控制在1～2m/min，將風管平穩(wěn)提升后，風管兩側由操作工人利用2臺曲臂車進行風管支吊架安裝和風管連接的操作(見圖6b)。

4.4 圓形風管保溫及強度嚴密性試驗

場館中心區(qū)域除濕風管采用的圓形螺旋縫風管為外購產(chǎn)品，由生產(chǎn)廠商提供檢測報告，風管多節(jié)組裝吊裝前進行分項工程質量檢查，合格后再進行下道工序。圓形風管每節(jié)標準長度為4m,吊裝前將風管兩側的法蘭端各預留出200mm長度不進行保溫，其他部位嚴密保溫。風管整體吊裝安裝后，對風管系統(tǒng)進行嚴密性試驗即漏風量測試，合格后再將法蘭連接口處的風管進行保溫。

除濕風管工作壓力為1 000Pa，為中壓系統(tǒng)。按GB 50243—2016《通風與空調工程施工質量驗收規(guī)范》4.2.1條，允許漏風量值Qm≤0.035 2P0.65，本工程風管漏風量測試值應<3 137m3/(h·m2)，現(xiàn)場實測值為0.932 8m3/(h·m2)，遠小于規(guī)范允許漏風量值，證明風管制作加工工藝可靠，管道連接嚴密(見圖7)。

圖7 漏風量現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)讀取

4.5 風口安裝

除濕風管采用妥思旋流風口。場館內風口安裝距離地面高度為18～23m，風口參數(shù)能達到下吹20m高度的要求，確保場館送風。風口氣流組織及現(xiàn)場安裝如圖8所示。

5 除濕風管抗變形技術措施

速滑館屋面是在索網(wǎng)結構上安裝適應索網(wǎng)柔性變形的單元板塊，當屋面受雨、雪、風等荷載作用時會產(chǎn)生一定的變形量，除濕風管以索網(wǎng)為安裝固定結構，也會隨之產(chǎn)生一定變形，為解決因結構變形對硬性連接風管產(chǎn)生的應力，場館內除濕風管采取以下抗變形技術措施。

圖8 風口氣流組織及現(xiàn)場安裝

5.1 安裝柔性軟連接

風管安裝軟連接起到抗變形、抵消索網(wǎng)變形量的作用。軟連接管采用帶加筋保溫的復合硅玻鈦風管，內襯保溫材質為超細玻璃棉，軟連接長度為300mm，采用法蘭連接，兩側安裝支吊架。

軟連接安裝在以下位置： ①除濕風管從環(huán)桁架鋼結構進入索網(wǎng)區(qū)域的連接處； ②矩形風管進入索網(wǎng)與環(huán)狀圓形風管接口處； ③矩形風管穿越馬道處； ④環(huán)形圓風管15～20m間隔安裝軟連接。本工程共計安裝46個軟連接，具體安裝位置如圖9所示。

圖9 軟連接安裝位置

5.2 風管支吊架安裝彈簧減振器

除濕風管雙側吊桿均安裝減振器，以吸納索網(wǎng)變形，除濕風管共計安裝近400個阻尼彈簧減振器(見圖10)。

圖10 風管支吊架彈簧減振器安裝

6 結語

國家速滑館屋面為大型環(huán)桁架及柔性索網(wǎng)結構形式，在屋面下方安裝大量機電管線及末端裝置服務于體育場館的各項使用功能。場館除濕風管安裝在柔性索網(wǎng)結構下方，以索網(wǎng)為固定結構，安裝技術難度大，標準要求高。項目部在風管支吊托架選型，風管與索網(wǎng)結構固定的根部節(jié)點做法，風管高空作業(yè)安裝方法，風管固定在柔性結構屋面的抗變形技術措施等方面進行了深入的技術研究，創(chuàng)新做法，解決安裝難題，取得了良好的實施效果，為今后類似工程實施提供寶貴經(jīng)驗。