深圳大运会主体育场钢结构吊装方法研究应用

1、深圳大运会主体育场钢结构吊装方法研究应用严小霞，陈韬，徐聪，陈江( 中建钢构有限公司，广东 深圳518040 )摘要针对深圳大运中心主体育场钢结构工程单层折面空间网格的结构特征和施工难度，通过吊装工况的有限 元模拟计算和实际吊装情况的对比分析，重点研究了高空散件吊装和高空分块吊装在施工过程中的利与弊，并 总 结出两种吊装方法在施工中互相结合、取长补短、灵活运用的优点和实践经验。关键词钢结构;单层折面空间网格; 散件吊装法;分块吊装法中图分类号TU745. 2文献标识码A文章编号1002 -8498 (2010 )06 -0116 -03Study on Installation Method

2、for Steel Roof of Main Stadium ofShenzhen Students Sports CenterYan Xiaoxia，Chen Tao，Xu Cong，Chen Jiang( China Construction Steel Structure Corporation，Shenzhen，Guangdong 518040 ，China)Abstract:Based on structural characteristics and construction difficulties of spatial single-layer folded-surface g

3、rid structure of steel structure in main stadium of Shenzhen Students Sports Center， the advantages and disadvantages of section lifting and block lifting in high altitude are researched during the process of construction，by comparison analysis between FEA simulation calculation under lifting load a

4、nd actual lifting. Furthermore， advantages are summed up about mutual combination， adding to the shortcomings and flexible application between two lifting methods.Key words:steel structure; single-layer folded-surface grid structure; section lifting; block lifting1工程概况深圳大运会主体育场钢结构形式为单层折面空间 网格结构，平面形状

5、为 285 m × 270 m 椭 环 形，最 高 点 高44. 1 m，在不同区域悬挑长度为 51. 9 68. 4 m，设 计 总 用钢量约 18 000 t。钢屋盖分为立 面、马 鞍 形 外 圈、内 圈 3 个 部 分，由20 个形状相 近 的结构单元呈双轴对称分布构成。 外 圈高差 12 m，内圈高差 8. 6 m( 见图 1 ) 。重4 000 t。结构的冠 峰、内 环 位 置 为 焊 接 节 点，共 40 个( 见图 2 ) 。 钢构件通过承力节点连接形成若干三角形 结构面，每 13 个三角形结构 面构成一个安装单元，相 似的安装单元通过椭形循环排列形成稳定的复杂空间 结

6、构体系( 见 图 3 ) ，即 单层折面空间网格结构。 结 构 的主杆件为铸钢管、焊接钢管及铸钢管 + 焊接钢管，直 径为 700 1 400 mm，壁 厚 为 12 140 mm;次 杆 件 为 焊 接箱形截面杆件。2 安装难点深圳大运会主体育场钢结构是特殊而罕见的大悬 臂大跨度单层网格结构，其上部结构与基础仅通过 20 个铸钢球铰支 座 相 连 接，约束之少给结构安装带 来 了 极大的困难和风险。结合工程设计 特 点，结 构 安 装 难点主要包括以下 收稿日期2010 -03 -12基金项目国家科技支撑计划项目 建 筑 高 效 施 工 关 键 技 术(2006 BAJ01 B04 -05

7、)作者简介严小霞，中建钢构有限公司大运会主体育场钢结构 工程技术部副经理，广东省深圳市福田区泰然九路水松大厦 17 楼 518040 ，电话，E-mail:yanxiaoxia510 tom. com图 1 钢屋盖示意Fig. 1 Steel roof结构的支座、背 峰、背 谷、肩 峰、肩 谷、冠 谷 位 置 采 用铸钢节点，共 120 个。 铸钢节点单件最重约 90 t，总严小霞等:深圳大运会主体育场钢结构吊装方法研究应用2010 No. 6117后刚度和受力 情况改变较小的各类中小型网架，分 割下来的组合单元应是几何不变体系，否则要另行加固。 要进行多次坐标转换，

8、地面组合拼装增加了测 量 难 度，提高了对场 地 规 模 的 要 求。 增 加 吊 装 难 度。 特 别是主杆件与铸钢节点的组合构件跨度大、肢管多，重 心不好把握，对吊点位置设置、数 量 设 置、绑 扎 方 式 以 及吊绳尺寸必须通过计算才能在现场实施。3. 3 方案确定大运会钢结构屋盖共有 160 个节点，460 根主杆件 ( 大径厚比圆管) ，4 160 根次杆件( 焊接箱梁) ，若 全 部 采用散装法进行吊装，不仅需要给 60 个节点设计临时 支撑体系，同时 还要考虑屋盖空间节点是否存在 垂 直 方向的交叉作 业 冲 突，还 要 使 人、材、机 等 成 本 方 面 满 足散装法吊装的基本

9、要求。 这样将增加施工成本。 另 外由于场地规 模 的 限 制，此工程也不适合采用累 积 旋 转滑移安装法进行施工。本工 程 共 有 20 个 安 装 单 元，每 个 单 元 有 23 根 主 杆件和 195 根次杆件，主要组合件有肩峰节点组合件， 冠峰节点组合 件、背峰节点组合件以及主要次杆 件 组 合件，分块组合安装从经济性、安全性等方面都为工程 带来诸多好处，对两种不同的结构安装方案进行 对 比 分析，结果如表 1 所示。图 2 钢结构节点分布示意Arrangement of steel structure jointsFig. 2图 3 结构组成Fig. 3 Composition o

10、f steel structure方面: 结构悬挑跨度大，且支点少; 节点构造复杂， 单个重量超大，吊装时稳定性难以控制，对临时支撑的 要求非常高; 单根钢管超长超重，在三维方向上不断 发生变化，测量定位困难; 构件安装就位前的变形难 以控制，容易影响安装精准度。3安装方法选择对于大跨度闭合式椭环形体育场的钢结构屋盖来 说，常用的施工方法有高空散装法、高空分块分条安装 法和累积旋转滑移安装法。3. 1高空散装法高空散装法具有方法简单、安全性高的特点，几乎 适用于任何形状的网架结构安装。 除 节 点 外，深 圳 大 运中心主体育场钢结构工程最大散件重达 47 t，常见吊 距范围在 30 50 m

11、，每个散件需要进行一次钢丝绳绑 扎以及脚手架 搭 设 工 作，并要求所有节点提前就 位 于 临时支撑体系 上，对工程进度不利。 同 时 每 根 散 件 两 端需要进行高 空 矫 正 和 焊 接，不利于测量施工和 安 全 作业。表 1 安装方法对比分析结果Table 1 Analysis result of installation methods高空散装法与分块安装法项目高空散装法高空焊接口数量 / 个焊接时间 / h高空矫正次数 / 次高空临时支撑胎架用量 / t临时支撑成本 / 万元 工期 / d8 2001 6408 2003 3753 0003925 9601 4905 9601 80

12、01 600228经过研究和专家指导，最终选择了高空散装 法 和分块安装法相 结合的施工总方案，并严格按照高 空 原 位安装的原则，为 背 峰、背 谷、冠 谷 和 内 环 节 点 位 置 设 计了临时支撑 胎 架 ( 见 图 4 ) 。 在结构安装过程中，胎 架和 20 个球铰支座将共同承重以及抵抗台风等作用， 使主体钢 结构施工创造了用时仅 48 d 的 极 限 安 装 速 度。4吊装分析3. 2高空分块分条安装法1 ) 优点 扩大钢结构主体施工面。 钢结构工程和土建工程可交叉进行流水作业。 钢结构施工方可先进行地面 预 拼 装、焊 接、搭设安全网和脚手架等工 作，各方互不影 响。 减少高空

13、作业量 和 高 空 操 作 脚 手架用量，提高施工安全性，有利于文明施工。 提高 工程质量和工 作 效 率。 便 于 及 时 发 现 并 处 理 问 题。 提高机械使用效率、缩短工期。2 ) 缺点 分块后组合杆件的重量以现有起重机 能力可胜任为 准，对起重机要求较高。 适 用 于 分 割4. 1吊装工况体育场钢结 构 屋 盖 由 260 个三角形结构面组成，每个结构面又由 3 个 节 点、3 根 圆 管 形 主 杆 件 和 16 根箱形次杆件 组 成。为实现高空原位逐单元扩 散 安 装， 钢结构吊装方式分为以下几种 ( 见 图 5 ) : 巨 型 节 点 单件吊装( 见图 5 a ) ; 巨型

14、主杆件单件吊装; 小 型118施工技术第 39 卷承载能力要求，又能够对各节点支管位置进行高 精 度定位的仿形工 装。 除设置胎架的节点外，其 余 节 点 中 最大节点为肩谷节点，深化后最重达 128 t，采取单个节 点散件吊装的 方 式 进 行 安 装 ( 见 图 5 a ) 。 由 于 所 有 节 点重心相对较稳，容易保持平衡，与其他散装杆件吊装 过程类似，不再赘述计算分析过程。4. 3组合构件安装大运会主体育场钢结构工程中最复杂的组合件为图 4 临时支撑胎架示意Fig. 4 Temporary supporting system节点与主杆件组拼吊装( 见图 5 b ) ; 主次杆件组拼吊

15、 装( 见图 5 c) ; 小次杆件单独吊装补齐屋面结构。空间尺寸 长 30 m、宽 16 m、高 28 m、重 量 达 116 t 的 肩 峰组合预拼装构件。 采用有限元 软 件 Midas / Gen 进 行 模 拟计算，吊绳按最不利工况设置 3 个吊点，经过计算可 知:组合构件在起吊中最大应力为 19. 91 MPa ，远 小 于 容许应力 310 MPa，另外从分析结果可以看出，大 构 件 组合吊装过程 中杆件自重产生较小的应力，较 长 杆 件 自由端端部位 移 稍 大，但都不会对构件本身产生 不 可 逆转的破坏性影响。此吊装方法可能给安装带来 不 利 影 响，杆 件 在 高 空就位的

16、时候 可能产生错口现象，因此必须采取 一 定 的措施调整组 合件自由端的位置偏差，保 证 杆 件 高 空 就位的精准度，方便定位焊接，使杆件安装质量满足相 关质量验收规范要求。为达到最好的 安 装 效 果，所 有 的组合件都采用了 增加吊绳吊点 以及倒链辅助控制的措施，从 而 减 小 变 形和提高安装 精 准 度。 在高空就位安 装 时，倒 链 不 仅 调节了构件的 空 中 姿 态，还对杆件端部进行了有 效 的 变形控制。 在高空原位安装时有效消除了杆件吊装变 形产生的错口现象，使杆件就位精准。图 5 吊装方式Fig. 5 Hoisting way起重机采用内 圈 2 台 250 t 履 带

17、式 起 重 机，外 圈 2 台 600 t 履带式起重机同时进行吊装作业，以 各 个 三 角 形结构面为单 位逐个形成稳定体系，每 个 三 角 形 结 构 面内吊装顺序遵循先节点，再主杆件，最后次杆件的原 则，中间结合杆 件重量和尺寸最大量地进行分块 组 合 吊装( 见图 6 ) ，从而减少吊机作业次数。5结语深圳大运会钢结构工程在安装过程中通过理论计算对吊装工况进行调整，高效利用吊装设备的性能，恰当的结合散装法和分块组合安装法，取长补短，提高了 工作效率，缩短了工期，确保了工程质量和施工安全。 参考文献:1 GB50017 -2003 钢结构设计规范S . 北 京:中国计划出版社，2003

18、.GB50017 -2003 Code for design of steel structuresS . Beijing:China Planning Press，2003 . ( in Chinese)2 尹思明. 超大跨度预应力空间网壳结构方案分析与经济比较J. 钢结构，2003 ，(1 ) .Yin Siming. The analysis and economic comparison of structural designs of the super-long span prestressed spatial latticed shellsJ. Steel Construction，2003 ，(1 ) . ( in Chinese)3 郭剑飞. 大跨度预应力悬索钢结构施工技 术J . 施 工 技 术，2009 ，( S1 ) .Guo Jianfei. Construction technology of large-span prestressed steel stayed cableJ . Construction Technology，2009 ，( S1 ) . ( in Chinese)图 6 三角形结构面分块吊装示意Fig. 6 Partition of triangle gri