1工程概况
西安奥体中心主体育馆为第十届全运会主体育馆,整个体育馆外形轮廓采用规整圆形,地处西安国际港务区黄金地块,西临灞河,位于杏渭路以西,迎宾大道以东,向东路以北,柳新路以南,总建筑面积约7万平方米,可容纳1.8万个座席｡主体育馆采用钢筋混凝土框架剪力墙(局部存在劲性钢骨柱) 钢网架屋盖结构体系｡
体育馆钢筋混凝土框架剪力墙整体外形呈规整圆形,圆形半径约90m;体育馆内部比赛场地呈圆滑矩形,尺寸43.6mX73.6m;体育馆地上4层,层髙分别7.8m､4.5m､4.5m及9.64m,由下至上随阶梯型看台外扩单层建筑面积逐渐变小,最大结构标高41.000m｡
图1立面效果图
图2土建结构图
2钢结构概况
体育馆主馆屋盖钢结构外轮廓呈圆形,最大半径99m,采用经纬式双层网架(局部采用三层网架)结构,网架结构采用螺栓球､焊接球节点,网架中部最厚5m､边沿厚度7m｡屋盖网架下弦与土建4层混凝土顶板距离约6m,屋盖支撑为68.3m半径的C轴→圈直立钢筋混凝土柱及结构外围钢管混凝土斜柱,斜柱倾角76度,长约20m｡
图3体育馆屋盖和斜柱图
3施工关键技术
3.1钢结构安装方法
钢屋盖采用中部累积提升 外侧分块吊装的施工工艺,在体育馆场外布置了→圈履带吊行走道路,如图4所示,分别采用650T履带吊和350T履带吊在场外分块吊装外围两圈环向的网架;体育馆中间区域网架分三个分块采用累积提升方法进行安装;待网架屋盖安装到位后采用350履带吊进行外围斜柱的吊装,最后进行整体卸载｡
图4钢结构施工平面布置图
3.2钢结构安装总体思路
结合结构受力特点以及场地条件,将钢结构分为提升区(T1区~T3区)､内圈吊装区(A1区~A16区)､外圈吊装区(B1区~B16区)以及外围斜柱区四大部分,如图5所示｡
图5主馆屋盖网架分区
T1区~T3区提升区位于结构35.8m半径范围内,提升到位形成→整圆形;A1区~A16区内圈吊装区位于结构38.2m半径~结构70.8m半径范围内,共分为16个吊装区块;B1区~B16区外圈吊装区位于结构73.3m半径~结构102m半径,共分为16个吊装区块｡主馆屋盖及斜柱总体施工思路:在吊装区域设置临时支架,先进行内圈吊装区按环形A1区→A16区依次吊装→结构外圈吊装区按环形B1区→B16区依次吊装→提升区地面拼装,累积提升(T1→T2→T3),并与A1区~A16区吊装区对接合拢→外围斜钢柱同步吊装→钢结构拆撑卸载｡
分别在内圈吊装区､外圈吊装区以及提升区网架下部分别设置了临时支架和提升支架,其支架布置如图6所示｡
图6支架布置图
总计在外圈吊装区设置了32组2m×2m×1.5m格构式支撑架,内圈设置32组由2个lm×lm×1.5m支撑架组合支架;提升区域设置6组提升支架,每组均由两个格构架及中部H型钢扁担梁构成,单个格构架截面尺寸1.8m×1.8m,高45m:弦杆采用φ299×16钢管,腹杆采用φ114×4钢管｡
3.3提升区网架提升技术
提升区位于结构内场,提升区钢结构最大安装标高为 41.364m,提升区结构直径约为72m,自身髙度5.760m,提升髙度约为40m,提升重量约为600t｡由于受场内场地以及看台混凝土结构的影响,整个提升区结构分三次(T1区\T2区及T3区)累积提升,如图7所示。
T1提升区在±0.000m标髙层进行拼装,T2提升区在7.800m标高层进行拼装,T3提升区在10.600m标髙层进行拼装,由于看台混凝土结构影响在T2和T3提升区设置满堂支撑架作为拼装平台｡
图7提升分区图
(a)提升点布置图
(b)T2和T3拼装平台示意图
图8提升区提升示意图
(a)提升支架示意图
(b)提升平台示意图
(c)提升平台梁示意图
(d)下吊点示意图
图9提升支撑系统
提升区域设置了6组提升支架进行累计提升,提升支撑系统如图9所示｡钢结构提升单元在其安装位置的投影面正下方地面上拼装成整体提升单元,在网架预装结构上弦杆处设置提升平台(上吊点),提升平台形式为单根提升梁,在提升单元网架下弦杆与上吊点对应的位置利用托梁安装提升下吊点临时吊具,每次提升到位后提升单元与网架预装段对接,安装剩余后装杆件,结构形成整体,再进行下一步整体提升｡整体提升到位后,及时与A1区~16区内圈吊装区网架进行补杆连接,形成结构整体保证提升区网架结构安全｡
3.4斜柱安装技术
外围一圈倾斜柱有三根斜柱共用一个柱脚及单根斜柱单个柱脚两类,外倾斜柱上部采用球节点连接圆管钢梁,如图10所示｡三根斜柱共用一个柱脚的柱脚采用铸钢件,如图11所示,铸钢脚支座采用50T汽车吊在外围进行吊装,斜柱采用“分段加工运输,现场整段吊装”的施工工艺,采用350T履带吊进行吊装,如图12所示,安装过程中采用临时支撑进行支撑,安装顺序总体同B1区~B16区外圈网架安装顺序进行安装,安装流程如下:斜柱及铸钢脚支座安装顺序铸钢脚支座安装→柱顶球节点安装(采用临时支撑架)→斜柱安装→斜梁安装｡
图10斜柱上连接节点
图11斜柱下部连接节点
图12斜柱安装立面图
3.5钢结构合拢与卸载
本工程采用分块吊装 提升的施工工艺,分块吊装网架之间､分块网架与提升区网架之间髙空补杆较多,如图13所示｡钢结构网架在吊装和提升过程中,分别在网架中圈吊装区和外圈吊装区设置→条径向合拢带,提升区与内圈吊装区间设置→条合拢环,如图15所示｡分块网架之间待分块网架吊装到位及时进行补杆,使相邻两个区块形成稳定的受力体系,对接时按图14搭设操作平台,在对接施工区域网架下弦铺设安全网,确保对接补杆质量以及操作安全｡
图13补杆示意图
图14补杆操作示意图
图15合拢示意图
由于结构跨度大且结构呈圆形布置,温度变形和温度应力影响大,合拢时间跨度较长,初始安装温度合拢温度也存在较大差异,合拢口数量多｡
根据设计要求,本工程网架合拢温度在18~22°C｡在合拢之前在网架结构上设置了16个温度测点如图所示,在合拢前5天开始进行温度测试确保合拢温度有效性｡单条合拢缝合拢按“先进行主构件的合拢,再进行次结构的合拢,从中间往两边进行”顺序合拢｡为了确保合拢口在施工过程中因温度变化而自由收缩,合拢口采用卡马搭接连接,卡马的大小和数量根据该接口部位的受力分析确定｡
由于本项目卸载之前支撑架布置如图6所示,根据结构受力特点与施工模拟仿真分析结果,临时支撑卸载总体顺序为:外圈斜柱临时支撑总体随外圈斜柱及网架分块吊装施工,逐步进行卸载;待外圏和内圈吊装区域补杆合拢后,进行外圈临时支撑的分级卸载;内圈提升支架及中圈吊装区临时支撑在整体结构安装完成,吊装区间及吊装区与提升区间补杆完成验收合格后,再进行同步分级卸载,内圈提升区提升支架卸载以提升反力控制为主,中圏吊装区临时支架卸载以结构变形控制为主｡
4结论
本项目采用分块吊装和中间累计提升的施工方法,论文详细阐述了钢屋盖的施工分区和安装总体思路,斜柱和网架吊装和提升技术,以及网架合拢和卸载技术,通过中间区域提升解决了场地内大型起重机械无法进入的难题,设置合拢缝有效解决高空对接以及网架形控难题｡此施工方法具有灵活性高､工期短､成本低和安全可靠等特点,保证了工程质量｡
