大跨度场馆钢结构施工技术

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1、大跨度场馆钢结构施工技术1 前言   大跨度结构系指跨度等于或大于60m的结构。近年来，随着经济、文化的飞速发展及空间结构的形式多样化，大跨度钢结构的发展非常迅猛，并已广泛地应用于文化体育场馆、会议展览中心、机场候机厅等大型公共建筑以及不同类型的重型工业建筑中。大跨度钢结构的发展状况与施工技术水平已成为代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。计算机的普及和有限元分析方法的广泛运用为大跨度钢结构的加速发展创造了条件，大跨度钢结构造型越来越新颖，跨度也越来越大，结构体系越来越复杂，施工也越来越难。目前，大跨度钢结构常

2、用的安装方法有高空散装法、分段吊装安装法、滑移安装法、双机或多机抬吊吊装法、整体提升法、整体顶升法等，各种安装方法都有其优缺点和一定的针对性。但是，为了体现建筑美学和设计师理念，大跨度钢结构往往是一个个性化的变异设计，无统一标准可言，不同的结构形式、场地条件及工程实际情况，所采用的施工技术也会有所差异。如南京奥体中心主体育场、国家体育场、五棵松体育文化中心篮球馆的钢屋盖虽然均采用了大跨度钢结构，但由于采用的结构形式各不相同，现场场地条件也不一样，故在实施钢结构安装时，采用的施工技术也迥然不同。2 南京奥林匹克体育

3、中心主体育场    2.1工程概况   南京奥体中心是一个大型综合类体育中心。主体育场作为2005年江苏省举行第十届全国综合性运动会的主场馆和举行国际单项最高级别运动会的硬件设施，作为南京市的标志性建筑，其屋盖结构体系十分复杂，主要由2榀与水平面成45°倾斜的、跨度为361.582m的三角形变断面的钢桁架拱和由104根钢箱型梁形成的中空马鞍形空间结构组成，罩棚的径向长度为68.14m～27m，覆盖面积4万多平方米。拱顶标高达64.719m，钢结构总量约12153t。整个屋盖结构体系在各种不同荷载组合情况下，分别由

4、主拱和钢箱梁外端的“V”型支撑将荷载传至下部结构。45°倾斜主拱线条简明，宛如飘带（见图1）。   2.2工程难点及施工方案的选择   2.2.1工程难点   南京奥体中心主体育场屋盖结构体系独特，倾斜主拱通过前吊杆为箱型梁的悬臂端提供竖向约束，而箱型梁则通过后撑杆为主拱提供平面外的侧向稳定，两者互相依托。在整个结构体系未形成之前，屋面系统与主拱皆非独立的结构静定体系。该组合结构国内尚无先例，国际上也实属罕见。所以，无论是设计还是施工，都具有相当大的难度。   （1）结构体系与节点构造复杂：主体育场屋盖结构体系是

5、由钢桁架拱、吊杆、马鞍型屋面网格及支撑柱组成的复合结构，与纯拱结构、壳体结构具有不同的受力特点和失稳模式，体系异常复杂。同时，为避免以往惯用的焊接连接节点存在的焊接残余应力、多次热影响使节点钢材变脆以及次弯矩对节点的影响等一些难以定量分析的问题，本工程的关键节点设计采用了大量的铸钢节点，既有板式铸钢支座、锥形铸钢连接件，又有圆柱形铸钢节点和球形铸钢节点，还有H型钢铸钢节点。   （2）支撑胎架的设置：为保证安装过程中结构的稳定性与施工的可操作性，屋面和主拱安装时必须设立临时支撑系统，安装完成后屋面临时支撑需进行卸

6、载和拆除，卸载过程中结构体系逐步转换，稳步成型。但是，杆件内力和临时支撑的受力在卸载过程中发生变化，工况分析相当困难。支撑系统的布置既要满足施工阶段结构的受力性能，符合设计要求，又不能对下部混凝土看台结构产生过大的影响，造成破坏，还要方便施工（包括安装阶段和卸载阶段），保证安全。故支撑的布置、计算及设计十分复杂。   （3）大跨重型结构的安装：主拱跨度大，高度高，节点复杂，高空拼装难度大，不适合高空散装，而应分段吊装。分段吊装时，吊装高度高，工作半径大，施工困难。并且在主拱和屋面构件全部安装完成并形成结构体系前，

7、主拱和屋面均为不稳定体系，主拱吊装时需采取大量的临时稳定措施，以确保安全。同时，主拱施工时间长，会受温度变化而产生收缩变形及温度应力，温度变形及温度应力控制难度大。   （4）钢屋盖系统整体卸载：卸载过程既是拆除支撑胎架的过程，又是结构体系逐步转换过程，卸载过程中，结构本身的杆件内力和临时支撑的受力均会产生变化。由于主拱和屋面系统互相依托，结构传力途径不明确，受力情况复杂，加之空间结构体系平面外的刚度相对较小且各部位的强度和刚度均不相同，卸载时结构体系的变形相对较大且不均匀，相邻支撑在卸载过程中互相影响。卸载的先

8、后顺序、卸载方法及工艺都会对结构本身和支撑胎架产生一定的影响，卸载难度大。    2.2.2施工方案的选择   南京奥体中心主体育场钢屋盖系统的结构形式复杂、构件类型多样、工期紧张、现场周边环境复杂，根据这一实际情况，最终选用“一套支撑胎架，两组吊机”的作业方案，“分区安装、齐头并进”的施工原则。主拱根据吊机工作能力分成21段现场分段连续组装，待屋面系统吊装完成后再采用3