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安徽合肥体育中心主体育场钢结构施工组织设计

安徽合肥体育中心主体育场钢结构分为两个部分：东段为小罩棚，西段为大罩棚，共约8000吨。罩棚结构采用钢管直接相贯的桁架体系，支撑体系为变截面钢管斜柱，斜柱支撑在罩棚桁架的下弦，节点为球形铸钢节点。斜钢柱通过万向铰和万向减震铰支座与下部混凝土柱相连，为了平衡斜钢柱的水平推力，大罩棚柱支座间通过大直径钢管连接为整体。如图：

罩棚的投影为直径为278m圆形区域，分为大小两个罩棚，两个罩棚的上弦表面均为空间斜面，斜面的最高处54.228m，最大高差达31.228m。

径向采用由三根上弦和两根下弦组成的W型桁架。桁架上弦宽度6.597～14.616m。环向桁架采用倒三角形桁架。

每榀桁架有四根斜柱支撑，支撑在下部混凝土椭圆柱上QB／T 5093.1-2017标准下载，钢柱采用变截面圆钢管，截面为D1000～D600×30～45。

罩棚结构是一个斜面，所有钢柱支撑倾斜角度均不同，角度范围8～60°,低跨部位角度非常小。

斜柱采用大直径钢管，与下弦连接为大管贯小管，此部分结构连接采用球形节点。

屋盖支座采用万象抗震球形支座，支座间用D600环向钢管连接为整体，支座处有四根大直径钢管相交。

1、主桁架采用W型桁架，钢管最大截面D402×50，因结构受力以环向为主，环向钢管的壁厚远远大于径向，钢管相贯需要环向贯通，与桁架的分布以及施工安装顺序不符，增加了安装难度。

2、W型截面宽6.597m～14.616m，高4.3m～6.597m，桁架长17.3m～68m处，结构顶面高度在23m～54.228m。桁架体积庞大，距地面高度高，吊装重量大。需要大型的机械设备近位吊装。

3、主体育场为封闭型环型场馆，仅有四个通道口能满足普通运输车辆通行，大型吊装设备不能正常通行，须拆分运入场内组装。

4、受场外结构层影响，部分桁架（靠近顶端结构外边缘）不能满足履带吊的场外就近吊装。

5、场馆内外环形区通道均为较厚的回填土区，地面承载力低，不能满足大型履带吊的正常行驶，增大了履带吊车吊装的安全风险。

本工程径向桁架单榀最大重量为98.8T,单榀最大长度为68.5M,看台水平最大投影宽度约为58M，根据现场施工条件及结构限制，本工程拟采用一台大型履带吊车进入场内吊装，吊车场外拆分后进入场内组装，从适应结构特点、场地条件、工期和成本方面均具有相当的优势。

根据桁架分段计算结果：回转半径在30米以内的最大起重量约为74T，40米以内的最大起重量约为50.8T，超过50米的最大起重量约为37T，在对多种吊机的性能进行对比分析后，本工程采用曼尼托克4100WS型加环梁履带起重机（美国），91.4m主臂工况，起重机配重为55.5t，环梁配重为124.7t，在19.8m回转半径的起重为106.55t。

本工程选用了三台履带吊进行安装，一台LR1750型750吨安装径向桁架；一台LR1400/2型400吨安装结构外侧环向桁架、铸钢件、支撑柱及的檩条（小罩棚的相对较轻的构件由LR1400/2型400吨履带吊车分段吊装）；一台150吨安装结构内侧的环向桁架、十字杆及檩条。

1、根据结构形式的特点，将体育场分为A、B两个施工区域。A区为大罩棚，B区为小罩棚。

整个钢结构工程施工按照逆时针方向进行。首先从B区开始钢结构施工，待B区小罩棚的主体钢结构施工完成后进入A区进行大罩棚的施工。钢结构安装的主要顺序A、B区相同。步骤如下：

A：搭设现场施工用临时支撑；

D：次桁架及十字构件安装

钢结构的吊装包括W形桁架、下弦支撑、三角形次桁架、“十”字形构件等内容，小罩棚主桁架共九榀，除一榀为整榀吊装外其余均为分段吊装；大罩棚主桁架共十九榀其中七榀为整榀吊装，其余为分段吊装。

W形桁架及三角形桁架均采用四吊点方式进行吊装，吊点设置在桁架上弦，每个吊点一根钢丝绳。吊索与构件的角度不小于60度，吊点设置如下图所示。其中W形桁架吊装段最大重量73.983t，安装最大高度55m；三角形桁架最大重量16.9t，最大安装高度54m。吊索布置方式如下图所示：

3、桁架分段及节点处理原则

A：除整榀吊装的外每榀W形主桁架分为两段。

B：原则上W形桁架在钢柱支撑与桁架下弦交接的位置断开,受吊重限制不能在球节点分断的可在距球节点5米外断开。

C：每榀W形桁架各自包括与斜支撑相连的两个球节点。

W形桁架吊装分段形式二

次桁架上下弦杆采用型钢加固，吊装分段形式如下图示：

次桁架吊装分段形式示意图

W形桁架下弦与钢柱支撑间的球节点，跟随桁架下弦整体安装。每榀W形桁架各自包括与斜支撑相连的两个球节点；

本工程的特殊之处在于，虽然是非常大的悬臂结构，但由于斜柱与地面倾角较小，导致构件的环向受力非常大，环向的钢管壁厚远远大于径向。因此结构分段原则中很重要的一点是：环向钢管贯通，径向钢管与环向相贯。

悬臂桁架分段时环向钢管两边需要各自留900mm长接头，与环向次桁架及上弦环向连接钢管对接连接。如图。

以主桁架伸出的接头为界，次桁架不再分段。

环向钢管贯通后，大悬臂结构的钢管仅仅靠相贯焊缝抵抗弯距，此部分节点需要加强，加强方法：在环向桁架圆管上做一连接插板，径向桁架圆管端部切口插入连接板内，使径向和环向桁架弦杆的连接节点强度得到大大加强，加强范围为：所有的大悬臂构件根部，如图。

（1）B区W形桁架吊装过程中，吊机在不同吊装位置吊装B区W形桁架吊装的顺序见下图所示：

（2）罩棚三角形桁架的整榀吊装。每两榀W形桁架吊装完成后即将中间部分的三角形桁架连接上使其形成空间稳定结构。

（3）“十”字形构件的安装顺序：首先进行“十”字形构件径向杆件的整体安装，然后进行两个环向杆件的吊装。安装示意图如下：

（4）以上述步骤交替逆时针推进，完成钢结构吊装。

（1）吊装基本步骤与小罩棚桁架相同，顺序如下：

（2）说明：A区大罩棚两个尖头的地方，由于W形桁架长度小，且重量轻，所以不采取主次桁架分段吊装的方式进行安装，而是将其同尖头处两榀相交与一点的三角形桁架合为一体进行整体吊装，如下图示：

屋盖分为大罩棚和小罩棚，支撑在104根斜柱上，每榀W形桁架下支撑4根斜柱支撑，钢柱通过球节点与桁架下弦相贯。钢柱采用变截面钢管，钢管规格内环柱为1000～600×45，外环柱为700～500×30。钢柱长度由9.64m～25.328m不等.最大重量19.9t。

A：先安装桁架，后安装钢柱支撑。

B：钢柱在工厂整根制作，运输到现场直接吊装。

吊装钢柱全部采用600t履带吊场内吊装，下部与支座节点用连接板临时连接，上部用倒链临时连在球节点上。

C：调整钢柱，定位后，进行钢柱的焊接，焊接从下部开始，焊接柱脚后，进行柱顶钢柱与下弦球节点的焊接。

屋盖体系为四叉柱支撑的大悬臂体系，屋盖结构在自重作用下，悬臂结构端部位移由钢柱的压缩变形引起的悬臂端位移，屋面结构绕支撑钢柱的转动引起的刚体位移和悬臂结构在荷载作用下自身变形的组成，最大值达到402mm。结构变形过大会影响到结构的几何外形，因此钢结构施工时需要进行预拱。

建立模型进行结构自重作用下的位移计算。将结构在竖向自重作用下的变形值，反号累加到原结构上，即为结构的初始预拱值。计算时按照变形值的来源将变形分为:结构自身变形和刚体位移两部分。

根据变形计算的结果确定如下预拱原则：

结构变形在深化设计时就进行考虑，结构下料、拼装均按照预拱后的几何外形进行，即采用制作预拱。

9、缆风设置及高空焊接

（1）桁架临时就位的高度较高（最高为54米），截面较大，在高空受风载影响较大，为保证桁架高空的安全性，需拉设缆风绳对桁架进行临时固定。

沿桁架径向每边设三道缆风绳,缆风绳绑扎点设置在临时支撑的桁架上弦点,缆风绳与桁架的竖直夹角不小于45度。缆风绳下端固定在看台结构层的柱头上。

布置在内环的缆风绳由于对吊车行驶的影响，需在内环线上增设一道缆风，以便在吊车通行时作为临时转接之用。

（2）高空对接：主次桁架分段点多,高空对接工作量大,为保证高空对接的安装精度,在桁架对接口处先用连接板进行高空的临时固定。吊机松钩后,利用胎架上的千斤顶调节桁架标高,轴线和标高调整准确后即可进入下道焊接工序。

在高空对接部位挂吊笼，吊笼与桁架弦杆固定，吊笼大样图如下所示：

（4）高空焊接：必须满足安全及质量要求。

本工程屋盖结构是四叉柱支撑的大悬臂结构屋盖，施工采用分段吊装工艺，施工过程中所使用的支撑架在未形成整体屋盖体系前不完全拆除，待整体屋盖体系形成后统一卸载。

屋盖结构的整体卸载是本工程施工方案中需要重点解决的问题,主要原因有两点：

A：屋盖结构在自重作用下的变形非常大，最大达到402mm。而且大部分的变形是支撑转动引起的刚体位移。卸载的难度和危险性非常高。

B：胎架高度最高达到45m，大部分胎架搭设于看台混凝土楼面上，卸载的过程必须使胎架受力均衡，否则若局部胎架受力过大，不仅增加了胎架的用量，并将影响混凝土看台楼面。

设置卸载指挥小组，组长由生产组长担任，统一指挥，各个卸载单元指派专人负责，卸载施工之前对各操作人员进行一次技术交底，详细了解卸载顺序及各行程距离。

整体卸载采用50吨千斤顶分级、循环释放，千斤顶置于胎架上，每次千斤顶释放的行程不得超过70mm。每释放一级需要重新调整一次千斤顶。依次进行。

卸载的顺序是通过计算分析得出的GTCC-098-2018标准下载，释放顺序的大原则是：由外向内，由中间向两边。按照变形规律，分级循环释放。如胎架卸载示意图。

根据变形值，外环环胎架支撑处桁架的变形值最大在140mm左右，可分为3级释放，每级释放0~47mm，中环胎架支撑处桁架的变形值在180mm左右，可分为4级释放，每级释放0~45mm，内环胎架支撑处桁架的变形值最大在402mm左右，可分为6级释放，每级释放0~67mm。端部尖角部分一次释放。

每一级释放都由外环向内环，共按照三级释放顺序循环。

屋面工程施工方案模板.doc每环的释放顺序是由变形最大的位置向两边展开。

1、工期效果：原合同总工期210日历天（钢结构施工180日历天，屋面系统施工30日历天），为4月份开工，基本上在夏秋季施工。后由于工程实际情况变化，于2005年12月2日日进场施工，克服了冬季施工的难度及后期场地影响、交叉作业的难度，又相应的调整了吊车的品种，在次年的5月份基本完成了工作内容。

2、竣工投入使用后，钢结构屋面施工功能良好。