某建筑钢结构施工技术几点看法论文

某建筑钢结构施工技术的几点看法摘要：改革开放以来，随着我国经济的飞速发展，钢结构建筑越来越多涌现在城市建设中。某体育馆建筑工程中，钢屋盖采用了钢管桁架结构。钢结构在厂内散件加工，现场拼装，精度要求高，高空焊接工作量大，制作安装难度大。基于工程特点，文章对屋盖结构形式与体系进行了分析，提出吊装与张拉安装的施工方案。

关键词：建筑工程；钢结构；屋盖；桁架；现场拼装；吊装

一、工程概况

某体育馆总建筑平面14000m2，其中半地下室面积1600m2，地上面积12000m2，由5层主楼及2层附楼构成，固定座位4200多个，可承接篮球、排球、手球、乒乓球、羽毛球、荷球、举重等各种体育赛事以及晚会、会议等活动。馆内设有中央空调、大型的全彩显示屏、专业的比赛照明、专业扩声设备以及完善的休息化妆场所。另设有贵宾室、运动员休息室、记者室、裁判室，可满足体育竞赛、文艺表演、商品博览、大型集会和休闲健身等多功能要求。体育馆屋面工程是60.8m跨度方管钢桁架，由于主桁架长度长、吊装分段重量重，且为斜放的平面桁架结构。吊装阶段桁架平面外刚度差，容易产生变形，吊装高度最大达43m，且受现场条件限制，吊装难度极大，吊装的成功或失误直接影响到工程质量、工期和安全。

二、桁架屋盖结构形式

（一）整体布置

桁架向场内悬挑平均35m。在设计中经过方案比较，决定采用空

间钢管桁架。根据下部柱间距的要求和檩条的跨度及其经济性，主桁架榀间中心距定为两个柱跨为16m，这样可以使主桁架榀数较少，主次桁架的受荷面积合理，桁架高度较小；主桁架的宽度为3.5m，榀间净距为12.5m（即檩条跨度）。每四榀主桁架组成一片屋盖。总共12片单独屋盖构成体育场的完整顶盖。

设计在主桁架间设置四榀次桁架作为横向连接，次桁架分别位于主桁架前后两端，前支座和斜撑前两个节间。主桁架与次桁架形成了四纵四横的空间结构，有效承受各种荷载，协调桁架间变形，满足双向的稳定。计算结果表明，这种结构布置方案很经济，受力合理。

单片屋盖径向边缘为曲线平面桁架。屋盖间只有檩条和屋面板的活动连接，在结构上是完全脱开的，这种布置方式，目前国内是首次。完全脱开的单片屋盖彻底避免了在以往顶盖设计中的温度应力问题，省却了大量的设计构造措施和施工保证措施，加快了工期，节省了造价。因各片屋盖间可以自由变形，不需要在场内端设置大的连接梁或桁架以协调变形，屋盖整体布置如图1所示：图1屋盖整体布置示意图

（二）节点形式

节点布置不仅对结构安全有重要的影响，而且直接影响钢结构的制作、安装及造价。因此节点设计是整个钢结构设计工作的重要环节，其受力性能对结构设计至关重要。对本工程中构造比较复杂的支座节点，应用有限元软件ansys进行了三维非线性分析，计算

模型如图2所示。节点主要有：（1）钢管柱顶部汇交四向分叉钢管斜柱节点；（2）主次梁不等高且不等截面连接节点（方管主梁、h 钢次梁连接节点）；（3）斜柱顶部节点（弧形主梁、拉杆耳板、斜柱顶部汇交节点）；（4）竖向撑杆顶部节点（h钢主次梁连接，下部连接竖向撑杆耳板节点）等。结构示意图如图2所示：图1钢结构节点示意图

通过对有限元模型的大量数值模拟，综合分析了节点的承载力和刚度。支座节点应力最大值位于下支撑板处，但该值未超过钢材的屈服强度，且达到该应力值的面积很小，考虑到钢板在受力时会变形从而减小应力集中程度，实际受力时钢板的应力会更小，节点的安全度是有保证的。

三、结构与应力分析

该体育馆的拱梁的跨高次为1:100，所以索拱体系较柔，刚性强度较弱，索拱体系均有悬索和拱梁组成的。这与斜拉结构、张弦结构在受力方面有很大的不同，此结构的索中预应力的施加和建立的差异有较大的不同。在结构张拉的时候，施加预应力时，虽然在索中的应力只是一小部分，由于索拱体系较柔，索长的变化绝大部分让结构体系的变形抵消。在设计计算的时候索的初始应变尽量取值较大，这时张拉的时候伸长值就会变大。

设计要求在屋面荷载（包括屋面板、檩条和支撑共0.525kn/m2）和索梁自重作用下下拉索中建立227mpa的拉应力，同时保证水平撑杆水平。故必须确定下拉索中预应力的大小、在这种拉应力作用

下索梁几何形状的分布（水平撑杆和桅杆的转角、拱梁的位移）以及其它索的应力值。在钢屋盖结构安装结束并施加部分附加恒载（如屋面系统），简称施工阶段1，屋盖桁架在支承柱顶采用聚四氟乙烯滑动支座；桁架与支承柱连接后施加剩余的附加恒载，简称施工阶段2。

表1屋盖恒荷载和活荷载标准值

在施工阶段1，由支座处周边拉力环形析架和屋面析架形成自平衡状态，缓和柱顶水平推力对下部结构影响。采用滑动支座期间施加恒载越多，施加后续竖向荷载对柱顶水平推力越小，但析架挠度以及构件内力增加；反之，采用滑动支座期间施加恒载越少，施加后续竖向荷载对柱顶水平推力越大，但有利于控制桁架挠度以及减小桁架构件内力。因此，在竖向荷载作用下，应在减小屋盖析架对支座产生水平推力以及保证桁架刚度之间找到平衡点。

设计考虑今后承建商可以有不同施工方案的选择，定义了施工上限及施工下限概念，施工下限即在施工阶段1施加的荷载为屋盖自重+25%附加恒载，施工上限即在施工阶段1施加的荷载为屋盖自重+50%附加恒载。施工阶段1桁架的竖向变形通过起拱解决，起拱值

取恒荷载作用下的析架变形值，活荷载作用下桁架竖向变形控制在跨度的1/500。

四、钢结构吊装

（一）支撑体系

根据屋盖的受力特点，在每榀主桁架的前端点设置胎架支撑（见图3），胎架支撑主要由支撑底座、支撑柱、缆风绳、千斤顶及加强构件等组成。支撑底座为5m×1m的走道板，采用h型钢及钢板焊接而成，直接放在地面上，并设置抗滑键;支撑柱采用φ609×25的钢管制作，分段采用法兰螺栓连接，材料为q235a，两支撑柱采用8道φ9.3mm钢丝绳和双拼└100×6交叉支撑拉结为一整体。

图3

（二）钢骨架吊装

梭柱为等腰三角形格构柱，三角形底边和腰长分别为2.5m和2.8m，由于梭柱的吊装不能和下部混凝土结构同步进行，只能采用部分预埋、后期对接的方式。为保证对接的精确性，梭柱的制作整体进行，即预埋部分与后吊装部分整体加工，在对接位置处预留拼接耳板，制作完毕后将预埋部分和后吊装部分切割分离，吊装对接时，通过耳板处螺栓定位（见图4），可以保证梭柱对接时钢管不错位。当胎架支撑和梭柱就位后，先吊装主桁架1和主桁架2，并将节间的封口桁架和背桁架进行高空拼接，形成一个稳定的结构受力单元，然后依次向两侧对称安装，最后进行次桁架、膜骨架、骨架支撑和撑杆的安装。整个吊装采用sc500-2型履带式起重机，主臂长43m，当回转半径为18m时，起重量为4.34t。

图4梭柱拼接

五、钢结构预应力张拉

（一）预应力张拉