1、广州亚运场馆钢结构施工技术网壳结构建筑施工资料广州亚运会*工程钢结构施工技术摘要 广州亚运会*项目工程屋盖结构为大跨度网壳结构。其主要构件超重、超长,主桁架跨度大、高度高，吊装难度大。椭圆形钢屋架采用现场拼装、分段吊装的方法进行施工，屋面钢屋架又分为环形约束桁架、径向桁架、单层网壳、加劲桁架、装饰桁架等部.本文着重从屋面管桁架拼装、吊装、测量、卸载四个方面来阐述广州亚运会*工程钢结构施工工艺，并图文记载实际施工过程。通过实际来剖析本工程施工方法的经济性和合理性。关键词 网壳结构、环形桁架、分段吊装、高空散装一、工程概况广州*项目位于广州市*体育与信息共享区，为2010年亚运会自行车赛事的比赛场
2、馆，北面毗邻大学城中心体育场,西面濒临中心湖。本工程结合自行车赛道的形状,为椭圆形平面,建筑造型体现了亚运会徽与自行车头盔相融合的意念,曲线流畅，造型舒展。整个钢结构屋盖的南北跨度为147.6m，东西跨度为123。6m，钢结构总量约3000t。图一 广州*效果图二、工程特点及关键技术（一）工程特点：钢结构屋盖的结构型式定位为局部双层的单层网壳，屋盖主结构呈椭圆形，中间部位为单层网壳，次结构包括加劲桁架及装饰构架，相对于屋盖的长轴对称.加劲桁架生根于主体钢结构之上,装饰构架由无缝钢管及拉杆组成，构件规格小、数量多，局部与混凝土楼板上的预埋件采用销轴进行铰接，整体呈飘带状.结构层次清晰，分区明确，
3、便于组织流水作业.次结构的造型相当新颖，但是关系错综复杂，实施难度非同一般.图二 *轴测图图三 屋盖钢结构整体轴测图（二）工程难点及关键技术1、构件的弯曲加工与切割屋盖主结构、中间部单层网壳，次结构包括装饰桁架的构件组成均为圆弧曲管加工和焊接，钢管与钢管连接节点均为焊接相贯节点，单节点的相贯杆件数量最多达到8根，所以如何采用合理的切割设备、切割工艺来确保钢管的相贯口切割精度将是整个工程质量的关键。2、桁架现场拼装由于本工程节点形式多样，相贯口多,现场拼装时必须合理安排相贯杆件的拼装顺序、控制精度。如何保证现场拼装质量，合理安排拼装及吊装次序是本工程重点考虑的内容。3、桁架现场安装网壳长轴跨度为
4、147.6m，短轴跨度为123。6m。整个屋面结构除了支撑在A2轴上的24根混凝土柱外，并无其他支撑点,钢结构安装时临时支撑需求量大、吊装起吊量大,吊装方案直接影响到工程质量、工期、安全和成本。整个钢结构安装工期较为紧张,且经历一个雨季及台风季节，因此选择最优吊装方案,合适的吊装机械，合理的吊装顺序，就显得尤为重要。4、定位测量为达到屋面的整体曲面效果，各构件的安装定位、标高轴线测量的空间控制及安装校正是现场安装能满足设计要求的前提。三、施工方法（一)现场拼装的施工方法及措施现场施工的总体思路：合理平行流水作业,优化程序全面推进-合理分区施工，形成施工区段、各工序平行和流水作业,合理搭接.1、
5、施工区域的划分根据本工程的结构特点将钢屋盖拆分为环形约束桁架、径向桁架、单层网壳、加劲桁架、装饰桁架,马道等部分。屋盖结构拆分好之后，各部分再遵循“分片吊装,流水作业”的施工总程序进行细化。各部分在分片时综合考虑了桁架的位置、长度、高度、重量及跨度等因素，再结合本工程的工期要求及施工成本,最终将环形约束桁架划分为12个单元，径向桁架划分为20个单元，单层网壳划分为10个单元.图四、桁架分片示意图（以上不同颜色区域所示为桁架的分段单元，黑色为构件补档区域）2、分段点的选择本项目的工厂化生产程度较低，构件的运输分段点及桁架的单元分段点选取尤为关键，我们充分考虑了结构自身的特点，所有的分段点均选取在
6、结构的自身节点处,不再单独设置分段点,保证整个结构的合理受力。各单元的分段点选取如下：图五 各单元分断点3、桁架现场拼装方法及拼装机具的选择采用所有主体钢结构的现场拼装均采用在胎架上分段立体拼装的方法进行拼装，以确保分段接口尺寸的正确。考虑到杆件单重较轻，构件外形小、数量大的特点，拼装吊机需具有良好的机动性能，故拼装主吊机拟选用两台50吨履带吊，再加上机动的两台25吨汽车吊进行配合。桁架的现场地面拼装单元与吊装单元保持一致，并且拼装工作按照所划分的单元吊装流程顺序进行。(二）桁架现场构件拼装方案1、拼装准备条件（1）拼装场地钢结构进场后必须沿着现场的硬化道路外周设置环形拼装场地。拼装场地上的土
7、须推平、夯实，然后在上面铺设200mm厚碎石，最后铺设路基箱或钢板后再进行抄平.桁架拼装工作在胎架上进行，胎架设置的间距不大于腹杆的节间距，胎架需要找平、找正。(2）拼装胎架为确保桁架拼装时的外形尺寸,拼装胎架必须严格按照设计尺寸进行设置。胎架放置在路基箱上，表面通过钢垫板找平。胎架中心定位完毕后，拼装胎架与路基箱及钢垫板焊接固定.拼装胎架的所用材料主要为型钢及钢板。拼装胎架与钢管构件的交接处均设置管托,用于安放管构件。为防止刚性平台沉降引起胎架变形，胎架旁应建立胎架沉降观察点。如有变化应及时调整，待沉降稳定后方可进行焊接。（3）测量控制遵循“从整体到局部，先控制后施工”的测设原则.即将桁架上
8、下弦上的每个支撑点由空间位置水平投影到地面上，并将其空间三维坐标在Z轴方向上转换到地面。采用全站仪在地面上分别测量出每个支撑胎架的位置。2。拼装施工程序（1）胎架的复核复核的内容包含三层：第一层，定位坐标测设的复核；第二层，胎架设计形式的复核；第三层,胎架搭设本身的检查.拼装杆件的精度靠胎架的精度来实现。因此，胎架的精度务必要求精确。(2）胎架材料的验收及准备胎架材料必须配套，同时，杆件的放置要在吊机的作业半径范围内。（3）桁架的拼装流程拼装机械选用两台50吨履带吊和两台25吨汽车吊同时进行。拼装工作均在拼装胎架上进行,胎架位置及尺寸根据每个桁架节间的断面尺寸设置。现场拼装和工厂预拼装相同,根
9、据每根杆件的组对顺序和管口标记组对，严格控制桁架的几何尺寸。各零散件经组对、点焊及检查确认后再进行焊接，探伤合格后进行最终尺寸复核，并作为吊装时的参考数据。下面分别以本工程中典型的拼装单元为例，说明各吊装单元的拼装流程。1）考虑到环形约束桁架的吊装半径小，吊机起重能力大.分片时以两个柱距间的桁架为一个吊装单元，环形约束桁架共分成12个吊装单元。环形约束桁架拼装流程图如下：第一步：为了保证拼装的稳定性，先铺设地胎，地胎主要用型钢进行制作，且地胎必须高出地面0。8米左右，便于桁架的焊接操作。第二步:环形约束桁架的底层杆件上地胎进行拼装第三步：开始按照环形约束桁架的节点位置进行设置拼装胎架的立杆第四
10、步：环形约束桁架的上层主弦杆摆放上胎架第五步：环形约束桁架的腹杆开始补档、安装,最后环形约束桁架拼装完毕图七 环形约束桁架的现场拼装2)径向桁架为屋盖的双层网壳部分，分片时原则上以相邻的两片双层桁架加上该两片桁架间的连杆及支撑为一个单元.对于角部的径向桁架因重量较轻,划分时以多片双层桁架加上相互间的连杆及支撑为一个吊装单元，具体分片及形式见前面的桁架的分片图。径向桁架具体拼装如下:图八 径向桁架拼装3、拼装变形控制措施（1）补偿焊接收缩量由于本工程的焊口较多，焊缝金属填充量较大,因此，拼装过程中的焊接收缩量很大。必须在焊接之前加以补偿.根据我们以往的经验、焊接试验分析和试验数据统计得出:当杆件
11、壁厚4mm时焊接收缩量为2mm，杆件壁厚4mm时焊接收缩量为3mm。以上焊接收缩量在现场进行单元拼装时必须充分考虑.（2）补偿加载挠度的技术措施建模后,可以计算不同点处的挠度变形值，在整体拼装胎架搭设的过程，将挠度补偿值加以考虑，使得实际结构与设计状态吻合.（三）现场吊装的施工方法1主拱吊装方案的选择和确定为保证钢屋盖吊装的流水性，保证工程进度，提高吊机工效，须制定出合理的钢结构吊装流程。同时，钢屋盖吊装时也须考虑到土建的施工流程，因此确定本工程钢屋盖的吊装工作先从北面B17轴开始，并且顺时针进行，与土建专业的分区及施工流程保持一致。钢结构主体吊装时遵循先安装环形约束桁架，接着安装径向桁架，最
12、后进行单层网壳安装工作的原则，即350吨履带吊首先完成环形约束桁架的安装闭合工作之后，从北面B17轴重新开始径向桁架的安装闭合工作，最后进行的是单层网壳的安装，起点亦是从B17轴开始。这样，350吨履带吊绕周边环形道路三圈即可完成整个钢屋盖的主体结构安装工作，可大大提高大型吊机的工效，保证工程的进度。整个钢结构屋盖的吊装流程如下所示：图九 屋盖的吊装流程2。安装胎架的布置本工程的环形约束桁架共设有12个安装胎架，分别布置于环形约束桁架的悬挑端，并且与A2轴线的混凝土柱相对应；每榀径向桁架的单双层网壳过渡节点各设置一个安装支点，共计34个;考虑到该项目单层网壳结构的矢跨比较小，因此除了在中间单层
13、网壳区域设置一排安装胎架外,该排安装胎架还与前后对应的径向桁架支撑用横梁进行连接，每个横梁的中间部位各再设一个桁架支点，共计21个,这样就可以减少安装过程中对结构所产生的次应力，保证结构安全，符合受力要求。综上，整个屋盖共设置有67个安装支点。(1)环形约束桁架的安装图十 环形约束桁架的吊装（2)径向桁架的安装图十一径向桁架的吊装（3）单层网壳的安装图十二 单向网壳的吊装（4）加劲桁架的安装加劲桁架通过箱型支座与主体结构相连，为保证整个屋盖的造型,加劲桁架随着主体曲面的变化在不断地变换，造成加劲桁架的构件种类繁多。考虑到部分加劲桁架的作业半径比较大,吊装前在地面拼装成下图11剖面所示的单元后再
14、由350吨履带吊进行吊装：图十三加劲桁架的安装（5）装饰构架的安装在屋盖主体安装完成之后，装饰桁架采用地面分段拼装,利用50t吊机进行安装,部分零散件须进行散装。装饰构架的分段示意图如下：图十四装饰桁架分段示意图图十五装饰桁架的吊装四、施工测量方案（一）测量控制的基本内容本工程钢结构安装测量工作内容包括:钢结构安装工程测量控制网,网壳X、Y、Z位置控制，网壳变形监测，预埋件观测。具体的操作过程如下:全面复核土建的测量控制网和轴线及标高；复测基础预埋件的预埋尺寸、平整度、及标高；设置好垫板组,控制好构件安装的标高和轴线。（二）测量控制网设置1、施工控制网的建立全面复核土建单位的测量控制网和轴线及
15、标高，然后据此在0平面建立钢结构施工控制网，并复测直至符合规范要求。在此控制网的基础上,按柱间距和现场实际情况设制控制网。2、水准基点组的建立根据土建单位移交的水准基准点，在0平面建立水准基准点组。因为本工程面积较大，可设56个水准点和一个半永久性水准基点均匀地布置在施工现场四周，水准基点的布设必须符合规范要求，并进行有效的防护。3、测量控制的具体实施步骤本工程钢结构布设唯一测控网以保证各段钢结构安装尺寸衔接正确.（1）对移交的控制点进行边长、角度、高程闭合精度复测，保证资料复核和数据的正确性。（2)点位误差经复核符合规范要求的控制点方可作为场区方格网的起始点，本工程在外围空地上分别测设四个控
16、制点组成矩形控制网.在这四点上架设仪器观测边长和水平角，经平差计算和点位改正，得到四个控制点的精确坐标。根据测量规范要求,当跨度大于24M时，量边精度为1/30000,测角中误差为3.5”。距离采用往返观测，角度观察3测回.然后沿矩形网边长方向按钢柱间距设置距离指标桩,加密轴线控制点112。(3）将四个控制点组成环状水准网,埋设1.5M长水泥标桩,地表面用水泥砂浆作硬化处理，立20cm红白颜色相间的醒目标志杆围护。闭合路线各点的高程从监理移交且经复核正确的控制点引测，测量必须往返观测，闭合差应小于4N1/2毫米（N为测站数）.4、空间钢管拱的测量控制钢管拱安装前先进行支座位置定位测量，如土建施
17、工平面或高程偏差超过规范允许偏差，测量完应马上将资料报监理，核实放线正确或纠正施工误差后开始安装滑动支座，对超偏差应报监理会同业主处理，不得自行修改滑动支座尺寸或代换滑动支座材料.钢管拱中心线在水平面上投影为一直线，安装前在拱的分段位置先搭设支撑胎架，将钢管拱中心线用经纬仪投测到各个胎架顶部拼装平台面,作标记。将标高用水准仪和钢卷尺引测到胎架顶部作标记，钢管拱吊装就位时，吊机松钩前应仔细对中，使中心线与定位线吻合，保证各段拱架连接成直线。每段钢管拱下两端各放置两个千斤顶，用于调整拱的就位高度。平面与高程控制网测量精度按工程测量规范GB5002693要求执行.五、钢屋盖卸载施工（一）结构整体卸载
18、概述钢屋盖安装拟采用“地面分片拼装、高空定点安装”的方式进行，屋盖结构单元补档完成后，共有67个安装支点需要分级进行卸载。卸载的分级大小要根据结构计算和工况分析得出的结果进行，即以变形量控制分级大小、以支撑胎架的内力变化控制卸载过程，保证卸载时支撑胎架的受力不会产生过大的变化，同时保证结构体系的杆件内力不超出规定的容许应力，避免支撑胎架的内力或结构体系的杆件内力过大而出现破坏现象。卸载后屋面结构完成变形,结构体系稳步成型。（二）本工程卸载特点本工程的卸载工作主要有以下几个特点：1、卸载总吨位大、卸载点分布广由于钢屋盖的总用钢量较大，为确保结构的安全和整体外形，需控制各点同步下降。同类型的临时支
19、撑需要整体同步等比卸载，卸载操作统一协调难度大。2、结构复杂，卸载计算分析工作量大本工程为空间网壳结构，结构形式独特，为确保整个结构经过卸载后，平稳地从支撑状态向结构自身承力状态转变,必须对卸载全过程进行详细周密的分析，并对所取得的理论计算结果进行分析，以指导整个卸载过程的实施.3、卸载原则本工程的卸载过程既是拆除支撑胎架的过程,又是结构体系逐步转换过程,在卸载过程中，结构本身的杆件内力和临时支撑的受力均会产生变化。卸载时，既要确保安全、方便施工,又不能改变设计意图,对构件的力学性能产生较大的影响。为了保证卸载时相邻支撑胎架的受力不会产生过大的变化，同时保证结构体系的杆件内力不超出规定的容许应
20、力，避免支撑胎架内力或结构体系的杆件内力过大而出现破坏现象，保证结构体系可靠、稳步形成，必须制订详细的施工方案，且卸载方案必须遵循以下原则：（1）确保结构自身安全和变形协调。（2）确保支撑胎架安全.(3）以理论计算为依据、以变形控制为核心、以测量监测为手段、以安全平稳为目标。在卸载过程中,结构本身的杆件内力和临时支撑的受力均会产生变化，卸载步骤的不同会对结构本身和支撑胎架产生较大的影响，故必须进行严格的理论计算和对比分析,以确定卸载的先后顺序和卸载时的分级大小。计算时，将支撑胎架视为结构本身的一部分（即支座）,并建立总体的计算模型,通过支座变位求出支座反力及结构本身的内力。大跨度空间结构各部位
21、的强度和刚度均不相同,卸载后的各部位变形也各不一样，卸载时的支座变位情况会对结构本身和支座产生较大的影响，故卸载时,必须以支座变位控制为核心，确保卸载过程中结构本身和支撑胎架的受力及结构最终的变形控制。 （4）便于现场施工组织和操作.4、卸载工艺(1)卸载总体思路由于本工程屋盖支撑支点数量较多，达67个,共分成三圈，其中外围支点，即环形约束桁架的临时支撑点12个；中圈支点，即径向桁架的临时支撑点34个；内圈支点，即单层网壳的临时支撑点21个.相邻胎架在卸载过程中互相影响，内圈、中圈和外圈不宜同时一起卸载，必须分批、分级、分三步骤进行。这样不仅考虑到整个结构的受力要求，而且可以避免大量的人力和物
22、力需求，便于组织协调。根据结构本身的受力情况、传力途径、变形情况、体系形成过程及支撑胎架的实际情况,通过计算分析确定卸载总体思路为“分阶段整体分级同步卸载。因环形约束桁架为悬挑结构，根据杠杆原理，该部分结构卸载后对屋盖内结构会起到一定的支撑作用，减少屋盖内结构临时支撑所受的荷载，对整体结构有利。因此,确定整个屋盖结构的卸载流程如下：先将外圈12个环形约束桁架的胎架同步卸载完之后，再进行内圈21个胎架的卸载，最后进行的是中圈34个胎架的同步分级卸载工作。（2）卸载步骤首先在环形约束桁架的安装胎架顶用千斤顶把环形约束桁架顶起,使得桁架的荷载由原先的胎架受力转移到千斤顶上，然后对外圈12个胎架同步、
23、分级进行卸载,使结构最终达到设计状态。内圈的21个及中圈的34个安装胎架卸载方式同上./在每次卸载量完成后，对各监测点的数据进行读取，并通理论计算数据相比较，指导后续卸载过程，直至将整体主结构卸载到位。六、结束语本工程在钢结构施工技术上充分利用了场馆四周的环形道路，减少吊车行走次数，合理利用场馆内部混凝土结构。这样保证了钢结构工序的作业面，减少了与土建因场地问题产生的冲突因素，确保了工程的整体工期及经济效益.它不但是国内首例超限的扁平化大跨度网壳结构，也对我国大跨度体育场馆的建设提供了宝贵的经验，对同类工程有指导和借鉴意义.图十六、广州*工程钢结构施工图十七广州工程竣工图参考文献1建筑钢结构施工手册 中国钢结构协会编著2钢结构设计手册 钢结构设计手册编辑委员会编著
