泰州体育公园体育馆屋盖桁架综合施工关键技术

泰州体育公园体育馆屋盖桁架综合施工
关键技术
摘要:大跨空间钢结构是近几年应用较多的结构形式，其施工方法是综合性的。

本文以泰州体育公园体育馆作为实际工程案例，对大跨空间曲面屋盖的施工技术进行探讨，详细介绍了钢结构施工过程中的重难点，液压提升等关键技术。

实践证明，该技术安全、高效、合理，能充分保证工程质量及施工进度。

关键词:桁架；施工仿真；提升；吊装；提升支架
一．工程概况
体
体育馆
育馆屋盖采用平面管桁架结构，每榀桁架间距8.1米，节点均采用相贯焊接节点,支座采用成品钢支座。

屋盖最大跨度81米。

屋盖最高点为29.8米。

体育馆屋盖为椭圆形结构，长约142米，宽约142米。

体育馆屋盖钢结构主要分为屋盖环桁架、屋盖平面桁架、支撑平面桁架柱、支撑环向桁架。

桁架杆件截面类型均为圆管，截面规格为P108x8.0～P560x40。

项目整体效果及体育馆整体结构如图1、图2所示。

屋盖环桁架
屋盖桁架
支撑平面桁架
支撑环向桁架
图1 整体效果图图2 体育馆钢结构整体轴侧图
二．工程难点分析
2.1 现场场地狭小、拼装量大、拼装精度要求高
现场拼装、焊接量大。

拼装最大跨度为50m，桁架无法工厂制作整榀直接运
输到现场，故都需在现场进行拼装。

地面拼装量占整个工程的拼装量70%，并且
体育馆的四周都是地下室导致拼装、吊装路线等施工受到很大限制，因此选择合
理的吊装施工方案是本工程的一个重点和难点。

2.2 超大型构件液压同步提升技术大跨度、大体量桁架的提升施工
本工程中钢结构屋盖的最大安装标高为29.800m。

若将结构在安装位置的正
下方地面上拼装成整体后，利用“超大型构件液压同步提升技术”将其整体提升
到位，将大大降低安装施工难度，于质量、安全、工期和施工成本控制等均有利，因此确定本工程合理的提升方案是重点。

2.3 施工仿真验算
通常整体结构是依其在使用阶段可能遇到的荷载产生的效应进行设计的，设
计结果一般能够保证结构整体在正常使用状态及极限状态下的性能要求。

但是，
实际上建筑物是逐根构件或逐块子结构施工构筑的，结构在施工过程当中的荷载
和荷载效应均不同于整体结构，这种施工期间的结构系和施工后结构系的不同，
会导致结构分析结果与实际的结构效应存在相当大的差异，所以通过施工仿真验
算后，需要采取措施控制及必要的加固措施，保证钢构吊装和屋架提升过程的安全。

三．关键施工技术
3.1体育馆钢结构安装总体思路
体育馆施工分区及施工方向，如图3所示。

提升区
吊装区
图3 体育馆钢结构施工方向示意图
（1）体育馆钢结构屋盖桁架拟采用“分段吊装+分块提升”的方案进行施工。

（2）施工顺序为先施工外围吊装区，再施工中间提升区。

吊装区从图中箭
头处开始往两边同时进行施工，先吊装外立面桁架，再吊装连接外立面桁架间的
环桁架，最后吊装屋面桁架。

（3）吊装机械采用1台100吨履带吊和1台350吨履带吊，履带吊在体育
馆外围地下一层地面进行吊装，部分采用25吨汽车吊在已加固的地下室顶板上
进行吊装，提升区采用25吨汽车吊上地下室顶板进行拼装。

施工机械布置如图4
所示。

（4）在立面桁架外侧及屋面桁架分段处需搭设2.0m×2.0m的格构式支撑架。

25吨汽车吊
350吨履带吊
100吨履带吊
图4 体育馆施工机械布置图
钢结构施工机械数量及型号见表1
表1
序号
施工
机械
数
量
型号用途
1
350
吨履带吊
1
台
SCC3500A（主臂36米，副
臂60米）
体育馆分段桁架吊装
2
100
吨履带吊
1
台
SCC1000
体育馆立面和环向桁
架吊装
3
25吨
汽车吊
1
台
STC250T体育馆分段桁架吊装
4
25吨
汽车吊
5
台
STC250T体育馆分段桁架拼装
3.2桁架施工提升要点
3.2.1屋盖桁架提升施工技术
液压同步提升技术采用液压提升器作为提升机具，柔性钢绞线作为承重索具。

液压提升器为穿芯式结构，以钢绞线作为提升索具，有着安全、可靠、承重件自
身重量轻、运输安装方便、中间不必镶接等一系列独特优点。

液压提升器两端的楔型锚具具有单向自锁作用。

当锚具工作（紧）时，会自
动锁紧钢绞线；锚具不工作（松）时，放开钢绞线，钢绞线可上下活动。

液压提升过程见图5、图6所示，一个流程为液压提升器一个行程。

当液压
提升器周期重复动作时，被提升重物则一步步向上移动。

图5 液压提升原理图
上升工况步序动作示意如表2所示。

液压提升器提升工作原理表2
3.2.2体育馆提升区提升方案
体育馆钢结构屋盖的最大安装标高为+29.8m。

若采用分件高空散装，不但高空组装、焊接工作量大、现场机械设备很难满足吊装要求，而且所需高空组拼胎架难以搭设，存在很大的安全、质量风险。

施工的难度大，不利于钢结构现场安装的安全、质量以及工期的控制。

根据以往类似工程的成功经验，若将结构在安装位置的正下方地面上拼装成整体后，利用“超大型构件液压同步提升技术”将其整体提升到位，将大大降低安装施工难度，于质量、安全、工期和施工成本控制等均有利。

钢结构提升单元在其投影面正下方的地面上拼装为整体，同时在屋盖结构层（标高+29.8m）处，利用格构支架设置提升平台（上吊点），在钢结构提升单元的屋盖上弦杆件与上吊点对应位置处安装提升临时吊具（下吊点），上下吊点间通过专用底锚和专用钢绞线连接。

利用液压同步提升系统将钢结构提升单元整体提升至设计安装位置，并与预装段杆件等连接，完成安装。

3.2.3钢结构提升具体思路
钢结构提升单元在其安装位置的投影面正下方-0.20m的地面上拼装成整体提升单元；在主结构屋盖结构层利用格构支架设置提升平台（上吊点），共设置8组提升平台；安装液压同步提升系统设备，包括液压泵源系统、提升器、传感器等；在提升单元屋盖层上弦杆件与上吊点对应的位置安装提升下吊点临时吊具，在提升上下吊点之间安装专用底锚和专用钢绞线；调试液压同步提升系统；张拉钢绞线，使得所有钢绞线均匀受力；检查钢结构提升单元以及液压同步提升的所有临时措施是否满足设计要求；确认无误后，按照设计荷载的20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%的顺序逐级加载，直至提升单元脱离拼装平台；提升单元提升约150mm后，暂停提升；微调提升单元的各个吊点的标高，使其处于水平，并静置4~12小时；再次检查钢结构提升单元以及液压同步提升临时措施有无异常；确认无异常情况后，开始正式提升；整体提升钢结构提升单元至接近安装标高暂停提升；测量提升单元各点实际尺寸，与设计值核对并处理后，降低提升速度，继续提升钢结构接近设计位置，各提升吊点通过计算机系统的“微调、点动”功能，使各提升吊点均达到设计位置，满足对接要求；钢结构提升单元与上部结构预装段对接，补装后装杆件，形成整体；钢结构对接工作完毕后，液压提升系统各吊点顺序卸载，使钢结构自重转移至主结构上，达到设计状态；拆除液压提升设备，钢结构提升作业完成；
3.2.4钢结构安装提升流程
钢结构安装流程如下：
第1步：清空场地，安装预装桁架和提升支架，安装液压提升系统，在-
0.20m的地面上拼装提升单元，在提升支架顶设置提升平台，对应提升单元上弦
杆件设置下吊具；
第2步：调试液压提升系统，确认无异常情况后，进行试提，试提无问题后，开始正式提升，整体提升钢结构单元至设计位置，补装后装杆件；
第3步：结构形成整体后，提升器按顺序卸载，并拆除提升支架，整体提升
作业完成。

3.2.5钢结构提升范围及提升支架布置
钢结构的提升范围在轴线1-6～1-10×轴线1-H～1-Q之间。

钢结构提升单元布置八组支架，提升支架平面位置如图6所示。

图6 提升支架平面布置图
钢结构整体提升共设置8组吊点，每组吊点配置1台YS-SJ型液压提升器，共计8台液压提升器。

提升吊点平面布置如图7所示。

图7 提升吊点布置图
本工程支撑架为临时性结构，提升支架由格构支架与提升梁组成，提升支架如图8所示，各组成杆件的规格见表3。

提升支架主材规格表3
提升梁
主肢
分配梁一
分配梁二
联系桁架
格构支架
缀杆
图8 提升支架构造
3.2.6钢结构安装提升优点
本工程中钢结构采用整体液压同步提升技术进行吊装，具有如下优点：
1.
桁架主要的拼装、焊接及油漆等工作在地面进行，可用汽车吊进行散件吊装，施工效率高，施工质量易于保证。

2.
钢结构的施工作业集中在地面，对其它专业的施工影响较小，且能够多作业
面平行施工，有利于项目总工期控制。

3.
钢结构的附属次结构件等可在地面安装或带上，可最大限度地减少高空吊装
工作量，缩短安装施工周期。

4.
采用“超大型构件液压同步提升施工技术”吊装空中钢结构，技术成熟，有
大量类似工程成功经验可供借鉴，吊装过程的安全性有保证。

5.
通过钢结构单元的整体提升，将高空作业量降至最少，加之液压提升作业绝
对时间较短，能够有效保证空中钢结构安装的总体工期。

6.
提升上下吊点等主要临时结构利用自身结构设置，加之液压同步提升动荷载
极小的优点，可以使提升临时设施用量降至最小，有利于施工成本控制。

通过提
升设备扩展组合，提升重量、跨度、面积不受限制。

7.
采用柔性索具承重，只要有合理的承重吊点，提升高度与提升幅度不受限制；液压提升器锚具具有逆向运动自锁性，使提升过程十分安全，并且构件可在提升
过程中的任意位置长期可靠锁定。

8.
液压提升系统具有毫米级的微调功能，能实现空中垂直精确定位;设备体积小，自重轻，承载能力大，特别适宜于在狭小空间或室内进行大吨位构件提升。

4.结束语
本文以泰州体育公园体育馆为研究对象，对大跨度双曲屋盖桁架的施工关键
技术进行分析总结，该体育馆桁架施工采用“钢构件地面拼装，周边分块吊装，
中间区域液压整体提升“相结合的施工技术，整体工程应用效果显著，工期和施工质量指标控制良好，取得业主们的一致好评，可为今后类似体育场馆项目施工提供借鉴及参考。

参考文献：
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［2］陈清，李慧颋．大跨度悬挑屋面钢管桁架结构罩棚施工技术［J］．广西城镇建设，2010（4）：78-82．
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