北京某体育场改建工程施工新技术介绍

北京某体育场改建工程施工新技术介绍北京**体育场工程本着最大限度地保持原建筑外貌和风格的原则进行改造，加固改建部位多、面积大．采用的加固工艺多。施工中采用了阻尼器抗震加固施工技术、体外预应力施工技术、阻锈剂加固技术、照明灯梭形钢管桁架预应力拉索结构施工等创新技术，通过了2008年北京市新技术应用示范工程的验收，应用新技术整体达到国内领先水平，社会和经济效益较好。本工程2008年通过北京市装饰优质工程奖的验收。北京**体育场位于北京市**区**路**，作为国家体育场，举行过多项国家大型活动，在全国人民心中有着崇高的地位。本次改建后将作为北京2008奥运会足球比赛场馆，容纳观众六万人。北京**体育场建成于1958年，为当时北京十大建筑之一，受当时建筑科学技术水平和历史条件的限制，原结构设计未考虑抗震设防。虽然之前曾对原结构进行过加固，但限于条件，并未进行抗震加固。此次改造本着最大限度地保持原建筑外貌和风格的原则进行，结构加固应用了许多新技术、新工艺、新材料。l工程概况1．1建筑工程概况本工程总建筑面积44760m2，地下l层，地上4层，主体结构形式为钢筋混凝土框架结构。采用的主要结构加固形式有：碳纤维加固、阻锈剂加固、梁加腋、体外预应力施工、粘钢加固、阻尼器、裂缝修补等。本工程总变配电室位于**体育场西南侧，高低压柜在同一室内，下有电缆夹层，原有7间油浸式变压器室，本次改造全部更换为干式变压器。总变配电室高低压柜、变压器、直流屏等需增容及更新设备，外线为奥运会提供电源的电缆更换新缆，足球比赛场地照明改造，热水交换间及消防泵房因移位进行重新设计，50至84轴看台下用房按奥运会用房标准进行改造。本工程弱电系统主要包括：综合布线系统、安全防范系统、楼宇自控系统、有线电视系统、火灾自动报警系统、扩声系统。本工程除新增一台螺杆机组、更换全部冷冻水泵与调整相关管道外，制冷机房内部未做大的改变。22—24看台下用房改造为奥运赛事服务的管理办公室，区域内新增设空调系统，采用风机盘管加新风空调方式，空调采用集中的两管制水系统，夏季供冷、冬季供热：在办公室及走道内均增设自动喷水灭火系统：办公区域首层的超长内走道设置机械排烟系统；22—24看台的观众区公共卫生间仍沿用现有散热器采暖系统，并增设机械通风系统。改造后的生活热水供水与回水干管敷设在首层环形内走道的顶板下，沿途分别与原各分散的热水系统支路管道相接。各生活热水支路系统的供应区域基本与现状相同。本工程增设消防水泵房。消防水泵房内设消防水池，储存室内消防水用水量，储水量为317m3。1．2节能环保技术本工程地处北方寒冷地区，由于原场馆建设时无保温节能措施。为更好地节约能源，满足GB5O189—2005((~共建筑节能设计标准》相关要求，本工程外墙传热系数应不得低于O．60W／(m2·K)。在施工过程中克服了种种困难，在所有临空墙体加设内保温，保温材料为60mm厚中阻燃自熄型聚苯板，密度不小于2Okg／m3，热导率不大于0．41W／(m2．K)屋面部分看台板下吊顶上加铺80mm厚中阻燃自熄型聚苯板，密度不小于2Okg／m3，热导率不大于O．41W／(m2·K)。为进一步节约能源，外窗由原来的空腹钢窗改造为断桥铝合金外窗，双层中空LOW—E玻璃，所有通道外门采用铝合金保温门，外窗的气密性不低于GB／T7107--2002{建筑外窗气密性能分级及检测方法》中规定的4级；玻璃幕墙的气密性不低于GB厂r15225—1994《建筑幕墙物理性能分级》中规定的3级，降低传热系数，从而使冷、热负荷减少．节约了能源及运行费用，并达到保温隔热节能的要求。绿色电气施工节电又省钱。本工程原10kV配电系统是在1990年举办第十一届亚运会时进行改造后使用的，运行至今已逾16年．设施陈旧，功能落后，绝缘老化等已导致系统可靠性下降，很难满足2008年北京奥运会需求。本次改造将原有油浸式变压器更新为节能型干式变压器，更新了10kv配电屏、直流操作电源中央信号屏。新系统中设置了先进的电源智能管理系统，以实现高低压开关设备遥控、遥测、遥调，实现电能统一管理、统计和综合分析。改造后的配电系统将大大降低线路上的损耗，有效地提高了供电质量，同时也相应节约了一些投资。本次改造对原有照明系统进行了更新，全部采用高效节能型灯具，并对体育场大灯及室外路灯装设自动远程控制，可以根据使用情况随时调整照明方案，大大降低运行费用。本工程对原有给水系统进行了更新改造，所有公用卫生间装设自动感应水龙头，小便斗采用感应式冲洗阀，卫生洁具均选用节水型器具，提高了体育场节水性能。2施工概况2．1施工特点和难点(1)本工程是奥运工程，受到国家、北京市、奥组委等各级领导的高度重视和广大媒体的广泛关注。(2)本工程为改建工程，之前历经多次改造，场内机电设施、管线较为复杂，本次机电改造为配合结构加固的保护性拆除，给现场组织施工带来较大困难。（3）本工程建于上世纪5O年代，受当时施工水平的制约，结构施工偏差较大，现场结构加固施工均需按实际放样，施工难度大。(4)加固改建部位多、面积大，几乎采用了目前市场上所有的加固工艺，堪称结构加固的百科全书，各交界处处理难度大。(5)本工程采用了多项新技术，一些技术国家尚没有相应的标准，需要我们结合工程实践进行制定。(6)作为北京2008奥运会主场馆之一，工期紧，任务重。2．2施工部署为合理利用资源、科学组织施工，保工期、保质量，本工程拆除及结构加固改造施工分为3个平行的施工段，如图2所示。(1)施工区A：47轴一84轴，地下一层、一层、二层主要为奥运功能用房。(2)施工区B：47轴一18轴，主要为非奥运用房。(3)施工区C：84轴一18轴，主要为非奥运用房。3施工中主要创新技术3．1阻尼器抗震加固施工技术本工程自建成至今历经多次改造加固，但并未考虑地震荷载，均未进行抗震加固，导致框架间抗震能力严重不足。本次改造加固在横向框架及纵向框架间布置粘滞型阻尼器，阻尼力分别为60t、50t、40t、30t，共计200套。本工程阻尼器在结构中的布置有两种形式，第一种是对角形布置，当地震作用下结构发生侧移振动，对角形斜撑伸长或缩短迫使阻尼产生拉伸或压缩，压缩介质导致温度升高．消耗地震能量，从而产生与结构位移反向的斜向阻尼力；第二种是人字形支撑布置，当地震作用下结构直接产生与结构位移反向的水平阻尼力，并通过人字撑将力传至该层下角部，压缩介质导致温度升高，消耗地震能量，起到良好的减少层间位移、提高结构抗震性能的作用。施工要点：首先应认真测量原有结构，根据现场实际状况放实样。对角形阻尼器的安装中，在实际下料时，应使斜支撑的实际长度比理论值小5mm，这样可以使阻尼器法兰与斜支撑法兰之间存在5mm的间隙，使阻尼器绷紧拉实(图3)。入字形阻尼器安装中，应用千斤顶将阻尼器顶紧，使阻尼器绷紧拉实(图4)。3．2体外预应力施工技术原有的北京**体育场在建筑功能和结构安全方面均存在不同程度不足，不能满足北京奥运会的要求。因而．需对现有的结构进行补强加固，以提高建筑结构使用的可靠性。本工程原结构形式为单向框架结构(沿径向布置)，层数为2～4层，共96榀框架。每一看台由4榀框架组成，看台与看台间设置伸缩缝。看台斜梁位于顶层，属于框架梁，截面为300mm×700mm。看台斜梁作为体育场结构中重要的受力构件之一，已在前两次加固改造中增设了梁柱节点部位的钢支撑，但现场检测还是发现梁柱节点、钢支撑附近出现斜向裂缝。经对结构检测鉴定和复核计算，判定看台斜梁负弯矩区正截面抗弯承载力不足，正常使用极限状态下裂缝宽度不能满足要求，且不满足7度抗震设防的要求，必须对其进行加固。本工程在此之前已经过两次加固，图纸上的结构构件尺寸与现场的尺寸差异较大，特别是梁柱节点处，有些柱截面的宽度大于150mm以上，因此有些钢节点构件需按现场放样进行制作和安装。通过现场勘察和测量，将实际尺寸反映到工厂，钢构件制作和螺栓孔打眼在工厂完成，现场完成安装、预应力束的制作和安装，以及预应力筋的张拉和张拉端的封堵等施工工艺。本工程预应力束张拉采用“应力控制、伸长校核”法，每束预应力筋在张拉以前计算的理论伸长值和压力表读数作为施工张拉的依据。按照图纸的线型布置，计算每根预应力筋的理论伸长值，施工中检测的实际伸长值与计算伸长值进行比较，将误差值控制在规范要求的范围内。施工要点：受当时施工水平的制约，原框架斜梁施工偏差较大，现场转向块及锚固端安装施工时应根据原结构偏差现场放实样，保证钢绞线同原有结构顺平，防止向原结构产生侧向力，并且在张拉过程中注意观察结构变化，张拉时先预施加20％的张拉控制力，记录钢绞线位置，再施加100％的张拉控制力，记录伸长值。控制原则应以索力控制为主，钢绞线伸长值为辅，保证施工质量。由于本工程张拉控制应力较低，在施工过程中适当提高预应力筋的初始张拉力，使孔道内的预应力筋得到伸展，避免了测量伸长值的过多误差。一榀框架梁预应力筋张拉完毕后，现场测量的数值为：最大值58mm，最小值52mm，计算出的每根预应力筋理论伸长值为55mm，误差基本控制在计算值的范围，效果较为明显。⑤轴悬挑梁两侧的水泥浆面层出现一定程度的裂缝，测量出跨中反拱值为2．1mm。施工质量满足国家规范要求。3．3阻锈剂加固技术上世纪50年代建成的北京**体育场结构施工时正值冬季，受当时建筑科学水平的制约，大量采用氯盐作为防冻剂，导致结构内氯离子含量较高，钢筋锈蚀严重。为延长结构使用寿命，在结构加固中对所有构件涂刷阻锈剂，以阻止钢筋的进一步锈蚀。施工要点：本工程采用的阻锈剂为渗透型阻锈剂．为取得良好的效果，涂刷前应将原结构表面的装饰层全部剔除，并且对结构缺陷进行修补，方可进行施工。由于结构涂刷完阻锈剂前后并没有明显的变化，在施工过程中应认真做好计量和记录，防止漏刷和少刷。本工程应用阻锈剂5000kg，所涂刷的结构施工完毕后，委托中冶集团研究总院建筑工程检测中心采用电化学检测方法抽样进行阻锈剂使用效果检测评定。其结论是：根据锈蚀电流、混凝土电阻率、锈蚀电位三项电化学测试，结合内部钢筋实际锈蚀状况综合判断，阻锈剂达到了提高混凝土结构阻锈效果的作用；阻锈剂效果综合评定符合设计要求。3．4碳纤维加固技术碳纤维补强加固原理是，将碳纤维布用专门配制的粘贴树脂或浸渍树脂粘贴在混凝土构件需补强加固部位表面，树脂固化后与原构件形成新的受力复合体并共同工作，从而起到加固作用。本工程几乎所有的梁板均采用碳纤维加固，碳纤维粘贴面积近30000m2，国内尚属首次。施工要点：混凝土与碳纤维布之间界面处理的好坏直接影响到混凝土梁板的加固效果。因此梁底面及U形箍处必须反复打磨平整，去除混凝土劣化部位，凹陷、缺陷处用修补胶找平，阳角部位应打磨成半径不小于20mm的圆弧；粘贴碳纤维布时必须两人密切配合，一人拉紧碳纤维布，一人用刮板从一侧边刮边贴，保证不留气泡，粘贴紧密。3．5照明灯梭形钢管桁架预应力拉索结构施工原北京**体育场场地照明灯具安装在钢结构挑棚的前端，照度及眩光不满足奥运会足球比赛的要求，根据奥组委及国际足联对场地照明的要求，需将原灯具的位置提高12m，因此增设了梭形柱灯架结构，该结构为柔性结构体系，每榀梭形桁架由3根拉索张拉就位，后索与三肢梭形钢管格构柱在平面内连接，梭形柱平面外由前索以及钢桁架连接，钢桁架作为马道使用，同时用来放置灯具，因此拉索安装顺序将直接决定施工的安全可靠性。具体安装顺序：吊车将整榀桁架吊起后，先就位梭形桁架的柱脚，再安装后拉索，最后安装前拉索。该结构为有索单元的悬索结构，在未施加预应力之前，结构还不具有稳定的刚度。为了使得每榀梭形桁架柱都能够施加上设计要求的预应力值，因此必须在张拉过程中进行施工监测。对预应力张拉过程中进行监测的目的主要有以下两点。(1)由于在未施加预应力之前，结构不能自成体系，因此在张拉过程中一定要进行施工监测，以保证预应力施加的大小以及施加过程的安全。(2)为保证梭形桁架的顶端竖向位移能够在规范允许的范围内，并且保证灯具在同一个标高处，不至于出现梭形桁架应力过大或整体结构变形过大的情况，必须对梭形桁架柱的应力和竖向位移分别进行应力监测和位移监测。本工程改建的高空灯架为柔性结构体系，每榀梭形桁架由3根拉索张拉就位，采用改变刚性杆件和柔性索长度方法，针对工艺原理对梭形钢管桁架和预应力拉索预加预应力，施工难度和施工前期准备工作量大，因此，拉索安装顺序将直接决定钢结构施工的安全可靠性。另外．本工程为含有索单元的悬索结构，在未施加预应力之前，结构还不具有稳定的刚度。为使每榀梭形桁架柱都能够施加上设计要求的预应力值，预应力张拉过程中施工监测非常重要4结语2008年**公司组织科技成果评估，评估委员会一致认为北京**体育场加固改造综合施工技术整体技术达到国