奥体中心亚运三馆体育游泳馆施工关键技术(实例分析).docx

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1、目前大跨空间结构已成为建筑工程中结构体系最复杂、造型最优美、发展最活跃的结构类型之一，这对大跨空间结构的施工技术提出了很高的要求。大型空间结构施工方法的多样化和复杂化造成了施工阶段结构内力分布的复杂性和最终成型结构受力的可变性。为确保工程建设安全、经济、顺利地进行,在建造过程中按照客观实际条件选择合理的施工技术，确定合理的施工顺序尤为重要。以亚运会场馆奥体中心亚运三馆为例，详细阐述了其在深化设计、加工制作、现场安装及数字化信息管理等各阶段的关键施工技术及方法，以期为类似大跨空间结构提供参考和借鉴。1工程施工背景1.1 工程概况奥体中心亚运三馆体育游泳馆由1.8万座的体育馆、6500座的游泳馆以

2、及配套设施三大部分组成，将作为2022年第19届亚运会的比赛主场馆。工程位于奥体中心北侧，西南面临七甲河、东南临地铁奥体站地块（6号线），东北至博奥路,西北临观澜路，东西长约600m,南北宽约360m,建筑最大标高45.000m,钢屋盖最大跨度164m。总用地面积227900m2,总建筑面积396950m2,其中地上建筑面积197553m2,地下建筑面积199397m2（图1）。图1体育游泳馆整体效果体育游泳馆主体结构分为钢筋混凝土框架结构和钢结构屋盖两大部分。其中钢结构屋盖支座位置下部为劲性混凝土柱（图2）,上部屋盖为斜交斜放双曲网壳结构。网壳结构屋盖根据下部功能划分为游泳馆、体育馆、中央大

3、厅三大部分（图3）o其中体育馆和游泳馆屋盖为斜交斜放变厚度双曲鼓节点双层网壳结构，中央大厅为斜交斜放异形自由曲面单层网壳结构，体育馆和游泳馆的东西两侧各设有一个单层悬挑网壳结构，项目总用钢量约为2.5万t。其中游泳馆和体育馆屋盖又可分为双层网壳、单层网壳、分界桁架、门拱桁架等，中部连接区域屋盖可分为单层网壳和2个斗形体结构，分别见图4图7。图2钢屋盖支座布置断定支临30个双向激功及支脸40个+二向阖定较支用.100个一单向浙做妞，34个主图3体育游泳馆网壳结构屋盖钢结构分区图4游泳馆屋盖桁架分布图5门拱桁架分界桁架I图6分界桁架斗形柱图7中央大厅钢结构分布整个屋盖南北均落于8m平台的成品支座上

4、，体育馆和游泳馆的东西两侧屋盖支座落于钢骨悬臂柱的1.形钢梁的成品支座上（图8）；中央大厅南北落于8m平台的成品支座上，中部设有两个漏斗形的支撑柱（图9）。图9中央大厅斗形柱及支座1.2 工程施工重、难点分析1.2.1 施工环境复杂钢结构屋盖在土建主体结构基本完成后方可介入施工。由于场外是8m的土建室外平台，因此大型施工机械进入到场馆内部区域或上部结构楼板时其空间和楼板承载等受限。且8m平台作为钢结构的主要拼装平台，施工期间还需保证各专业材料、构配件、临时措施等的输送、倒运的运输需求，施工环境十分复杂。122构件多、节点复杂，深化设计和加工难度大体育游泳馆网壳结构以弯扭构件为主，其中双层网格区

5、域底部为变截面箱型弯扭构件，其他构件为等截面箱型弯扭构件。网壳节点主要为鼓形节点，节点尺寸大、构造较为复杂、节点区域钢板厚度厚、焊接变形大，深化设计和加工难度大。123体量大，位形控制难钢结构屋盖为斜交斜放的变厚度网壳结构，游泳馆和体育馆长向跨度均为164m,短向跨度分别为129.6m和141.4m,网壳结构厚度随标高按照0.9次方变化。结构整体尺寸大，跨度大，且为曲面网壳。由于曲面网壳结构在拼装、安装阶段结构变形大，结构体系复杂，使得卸载难度增加，屋盖位形不易控制，结构位形控制要求高。1.2.4 高空作业多，焊接质量要求高网壳结构节点均为鼓形全焊接节点，现场每个节点均为全熔透一级焊缝；吊装重

6、量和高空焊接工作量大，且焊接要求较高，较多构件钢板较厚，高空焊接变形大，容易造成应力集中，如何采取措施保证吊装质量、控制应力和应变、减小焊接变形是钢结构安装的控制重点。2钢结构施工关键技术研究2.1 施工总体方法本项目面积大、施工周期短、钢结构屋盖造型复杂，钢屋盖施工时混凝土主体结构均已基本封闭，钢结构与土建需确保无缝穿插衔接施工，以及各专业在有限的工作面内需高效地施工。在充分分析结构设计意图、结构的受力特点和与土建施工方针对施工方案反复讨论研究的前提下，确定“过程穿插、限时限地和楼面设置大型行走式塔吊分块吊装，结合局部液压整体提升”的施工方案来完成钢结构屋盖的施工。其中在体育馆和游泳馆南北两

7、侧的8m平台上各布置臂长均为80m的1台ZSC1400和1台ZSC1600型行走式塔吊，中央大厅的北侧布置1台ZSC1200C固定塔吊。同时将体育馆中央和游泳馆游泳池、跳水池区域正上方的网壳结构作为局部液压整体提升区（图10）,其他区域采用塔吊进行分块吊装，分块单元及吊装区与提升区之间的后补杆件采用以汽车吊为主、塔吊为辅的吊装方式进行同步补杆。此施工方法的优点是可实现多个作业面、多个工序同步开展，大大缩短建设周期。图10行走式塔吊及提升区平面2.2 安装总体思路钢结构体量大，根据钢屋盖区域名称划分游泳馆区、中央大厅区以及体育馆区三大分区，结合现场条件及结构特点将整个屋盖部分划分为施工一区五区，

8、共计5大施工分区（图ll）o其中施工一区和施工二区屋盖根据施工方法的不同分为提升区与分块吊装区两部分。图11屋盖钢结构施工分区示意屋盖钢结构总体施工顺序为：施工一区、施工二区同时开工，并兼顾施工三区（全部弯扭构件）的安装，施工四区和施工五区在施工一、二区施工完成后进行。体育馆屋盖至西向东依次南北对称吊装，游泳馆屋盖至西向东依次南北对称吊装，提升区域的网壳结构在体育馆和游泳馆馆内比赛中心场内提前进行提升区域的地面拼装。待分块吊装区域屋盖钢结构吊装就位后，对提升区域屋盖结构进行整体提升，提升就位后进行连接区域的补杆。在完成体育馆和游泳馆网壳的吊装区与提升区的补杆合龙之后，拆除吊装区下部的支撑架，最

9、后通过分级、分步卸载提升架来实现整个体育馆和游泳馆的网壳结构的卸载。在安装体育馆和游泳馆的双层网壳时，采用汽车吊同时安装中央大厅的斗形柱吊装，中央大厅单层网壳结构采用“下部搭设满堂操作架+汽车吊高空散件安装方案进行施工安装，实现整个钢结构的安装。2.3 双层网壳结构安装技术双层网壳结构采用“大型行走式塔吊分块吊装+局部液压整体提升的施工方法。分块单元在两馆的南北两侧8m平台的拼装场地上设置拼装胎架，按吊装顺序全面铺开拼装；根据方案确定分块单元大小，根据预先确定的分块吊装单元（图12）,每块吊装单元（图13）下方均设置四个组合式支撑架，在看台位置处设置转换平台（图14）o局部整体提升区位于游泳馆

10、和体育馆的比赛内场，其中游泳馆比赛内场有游泳池和跳水池，通过支撑架将两池内的拼装面与正负零面找平，提升区网壳从一端向另一端依次进行地面拼装（图15）o根据预先确定的施工方案和相关计算，将两馆比赛内场的基础大底板作为提升支架的基础，后期利用行走式塔吊安装提升支架和提升器等。ba吊装区域示意；b吊装分块划分示意。图12游泳馆吊装分块划分图13支撑架看台转换平台设置图14分块单元吊装ba提升吊点布置；b-施工现场提升。各工序均可同时进行，分块吊装单元可实现大面积拼装，分块单元的拼装、吊装及提升区网壳单元的拼装均可同步进行，互不影响。南北底部弯扭构件的变截面段采用25t汽车吊原位散件安装，下部设置临时

11、定位支撑钢管，上部一网格的弯扭构件采用地面组拼，再由80t汽车吊吊装就位。2.4 中央大厅单层网壳结构安装技术中央大厅屋盖单层网壳整体安装顺序为：先完成斗形柱的安装，再以斗形柱南北向为中轴线，使南北向连接斗形柱的网壳贯通，并与落地支座相连，再以南北贯通的网壳为起始单元，依次同时向东西两端高空散装，并最后与体育游泳馆的分界桁架及南北落地支座相连。为便于斗形柱深化设计及现场安装，将相互交织的构件的一个方向定为主杆，另一个方向为次杆，主杆长度约为两个网格，次杆与主杆相贯焊接（图16）。采用25t汽车吊原位散装法安装，安装时需确定一个主杆，以主杆先开始分段安装，主杆与主杆之间的次杆依次安装。按斗形柱的

12、圆周从下到上依次进行。1主杆：先安装主杆，并采用P180x8钢管支撑固定；2次杆：主杆分段固定后，及时安装分段间的次杆。图16斗形柱安装定位主杆坐标为斗形柱安装的关键，若定位稍有偏差，将会导致构件对接错边及累积误差，影响结构质量和外观。主杆在测量定位时，采用6点控制法，即每根主杆的上下口各在模型中提取3个坐标值（图17）o根据提取的坐标值，采用全站仪对每根主杆进行测量定位，确保构件的加工和施工误差在安装过程中及时予以消化，保证斗形柱的整体质量和美观。图17斗形柱安装定位控制坐标点示意屋盖网壳安装时，除在下方按需搭设满堂操作架外，还需在悬挑主杆的下方设置临时支撑架，作为屋盖悬挑安装时的临时支撑（

13、图18）。依次以南北贯通的起始单元，逐步对屋盖网壳进行安装（图19）o最后与两馆的分界桁架连接。图19单层网壳安装2.5 分界桁架和门拱桁架安装技术分界桁架及门拱桁架的弦杆均为双曲构件，根据现场施工分段，杆件在工厂弯曲加工完成后，散件发至现场，其中分界桁架在地面分段拼装完成后，采用160t汽车吊分段吊装。门拱桁架下部设置临时支撑架，采用80t汽车吊原位散件安装。分界桁架下弦管为l000x35,上弦管为80030,分段最大质量为30t。根据深化设计模型，提取分段模型，并在AUtOCAD中将模型转化至地面拼装状态,提取拼装时构件坐标值，采用全站仪楼面上放样画点，并设置拼装胎架对分段桁架进行拼装焊接

14、（图20）o图20分界桁架楼面拼装因分界桁架自身高度约达6m,且为平面双曲桁架，为确保安装过程中桁架自身的平面外稳定，采用门式支撑架，对其上弦杆进行支撑稳固（图21、图22）。分段点分段点今段点分段点图21分界桁架分段和支撑架设置图22分界桁架平面外稳定示意2.6 合龙卸载技术本项目结构合龙分为两个阶段，第一阶段为两馆馆内双层网壳吊装区和提升区的合龙；第二阶段为中央大厅与两馆东西两侧分界桁架的合龙。其中体育馆和游泳馆在完成分块吊装区和提升区网壳单元的安装后，采用行走式塔吊对吊装区和提升区之间的网格杆件进行补装作为合龙过程。根据施工仿真分析,选取变形最小的地方作为最终合龙点，其中游泳馆设在东南角

15、和西北角，体育馆设在西南角和东北角，中央大厅设在与东西两侧分界桁架的最高点（图23图25）o妨向B1.18000S-6.98K970-12.42图23游泳馆最终合龙位置分析mmZ方向最大-17.923.550.00-9.33-13.53-17.92图24体育馆最终合龙位置分析mm用大-24.49Z方向19.8711.000.00-6.74-15.62-24.49图25中央大厅最终合龙位置分析mm补杆区南北杆件对称补杆安装后，再对东西杆件安装，最后选择在温度达(157.5)C时安装最终合龙的杆件，且最终合龙杆件采用同时对称安装。体育游泳馆与中央大厅为整体屋盖，但根据全过程施工仿真对比分析，体育游泳馆和中央大厅独立卸载对结构受力及变形影响极小。因此考虑整体工期及便于下道工序尽早开始等因素,本项目体育馆、游泳馆及中央大厅屋盖均独立卸载。对体育馆和游泳馆内部吊装区支撑架及提升区提升支架卸载的先后顺序，同样进行了施工仿真对比分析。若先对提升区支架进行卸载，卸载后的力将直接传递给支撑在看台上的支