2015世界休闲体育大会体育馆凯威特 双层网壳施工技术*
李兆龙，杨苏春，贾杨
（青嘉建安建设集团有限公司，山东青嘉266071）
[摘要]2015世界休闲体育大会体育馆工程屋盖采用凯威特双层网壳结构，由于跨度较大且受场地、工期等因素限件对吊装单元划分、支撑架选型、卸载方案进行施工模拟分析，确保了方案的顺利实施. 制，施工难度较大.重点介绍了外围分单元吊装、单元间补杆、内部散拼等施工方法的施工要点，及利用有限元软
[关键词]体育馆；凯威特；网壳；吊装；卸载；施工模拟
[中图分类号]TU758.1 [文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2015)14-0042-04
Construction ofKiewitt Type Double-layerReticulated Shell in 2015 World Leisure Games Gymnasium
Li Zhaolong Yang Suchun Jia Yang( Qingdao Jian* an Construction Group Co. Lad. Qingdeo Shandong 266071 Chinα)
Abstract :Kiewitt type double-layer reticulated shell was used in 2015 World Leisure Games Gymnasium de to th fats inlding lare pan cntin site period an so on it is dificult to cntin.In order to smoth implementation of the project the key construction points of the sub unit hoisting reinforcing bar between units intermal scattered assembly were introduced in detail meanwhile finite element sofware was used to simlate the histing units divisin supports selection uaing and so n.
Key words :gymnasiums; Kiewitt; shells; hoists ; unloading : simulation
1工程概况
盖，外围为幕墙结构.网壳平面直径71.4m，外围幕 2015世界休闲体育大会体育馆，中间为网壳屋墙部分悬挑10m，总跨度91.4m，总用钢量约500t.屋盖结构为双层网壳，上弦采用凯威特型网格，下弦为六边形网格，网壳厚度为3m，网壳最高处23.46m.网壳结构上弦节点为铸钢件，单个质量达4t 共36个，下弦为焊接球（直径1000mm），单个质 量达700kg，共97个.幕墙结构主要由幕墙柱、周梁、柱间斜撑等组成.如图1，2所示.
Fig. 1 Effect of the gymnasium
图1体育馆效果
3）铸钢件单个质量达4，网壳跨度亦较大，起吊半径超过45m.
误总工期. 4）屋盖结构若不及时封闭，影响后续施工，延
2工程特点及难点
法进入体育馆内. 1）场馆围护结构已施工完毕，大型吊装机械无
3施工方案选择
1）满堂支撑架高空散拼方案优点：施工简便，技术成熟，危险性低；缺点：需加固看台，占用看影响大，不可行. 台下工作面，措施费高；可行性：占用工作面对工期
2）看台梁预留通风孔较多且看台板为悬挑结构，承受施工荷载能力较弱.
2）整体提升方案优点：拼装速度快；缺点：看台区域需设置较多支撑柱，部分看台结构需凿除，
4施工验算
4.1吊装验算
4.2支撑架验算
图2体育馆凯威特双层网壳结构Fig. 2 Kiewitt type double-layer shell structure of the gymnasium
占用看台下工作面；可行性：占用工作面对工期影响大，不可行.
3）分单元安装方案优点：分组流水施工，施工速度快；缺点：网壳跨度大且网壳中心单元较重， 场馆外围无法进行吊装施工，看台局部需加固；可行性：起吊半径接近50m，单元起吊质量若超过20，现有起重机无法满足吊装要求，不可行.
4）外围分组吊装，中间局部满堂支撑架高空散拼优点：施工速度快，危险性低，不必加固看台； 缺点：需平整外围场地，机械台班费略高，措施费略高；可行性：外围吊装起吊半径约25m，起吊质量若<60均可起吊，可行. 为保证钢结构施工安全、质量及工期，兼顾考虑施工费用，最终确定为网壳外围分单元吊装，单 元间高空补杆，体育馆中央部分采用满堂脚手架高空散拼.按照凯威特网壳结构特点，将网壳分为6个单元进行吊装，单元尺寸、质量等根据计算决定，吊装单元外径落在已有的型钢混凝土柱顶端永 久支座，内径采用格构式支撑架临时支撑，支撑架选型根据计算决定，在网壳中间及吊装单元钢结构位置共设置7个支撑架（见图3）.在体育馆中央满堂架处根据结构特点在下弦节点处（焊接球）设置12个加密支撑点（见图3）.应用该方案大型机械 可不进入场馆内，且不必对看台进行加固，不占用看台，为看台内安装、装饰等提供工作面. 6个吊装单元规格基本一致，最大跨度21.9m，质量约40t，采用MIDAS/Gen2013进行建模计算分析.荷载取值：①1.35x自重0.7×1.4×活荷载；21.2×自重1.4×活荷载0.6×1.4×风荷载. 21/21900=1/1042<1/400，变形满足要求；最大应 吊装单元最大变形-21mm，最大跨度21.9m，力比0.18，构件满足稳定性要求.如图4所示. 4.3计算结果 4.4卸载验算 图3施工平面布置 Fig. 3 Construction plan arrangement 图4吊装单元变形 Fig. 4 Deformation of hoisting unit 1）约束形式：支撑架底部铰接，即约束x，y，=3个方向的水平位移. 2）荷载取值：①1.35×自重0.7×1.4×活荷载；21.2×自重1.4×活荷载0.6×1.4×风荷 载.自重由程序自动计算，考虑1.05倍自重系数；活荷载按60t（600kN）取，支撑架支撑于中间考虑承受一半质量，考虑1.5倍不均匀系数，最大荷载为495kN；由于支撑架在室内，不考虑支撑架风荷载. 1）变形情况由计算结果可知，支撑架y向最大位移为1.60mm，竖向位移为5.72mm，合计位移为6.13mm，支撑架高度为21.88m，6.13/21880=1/3569<1/800；变形较小，满足规范变形要求. 荷载作用的托架上.支撑架立杆和腹杆应力比均 2）应力情况支撑架最大应力比0.76，出现在<0.55，支撑架承载力完全满足使用要求. 3）屈曲分析屈曲分析共设置6阶模态，荷载取0.5；恒荷载的荷载类型为常量，活荷载和风荷载 工况考虑恒荷载，组合系数取1，活荷载组合值系数的荷载类型为变量.根据分析，第一阶模态的临界荷载最小，其临界荷载系数为57.6. 点，再依次撤掉格构式支撑架支撑点.为保证卸载 根据卸载方案，第1步先卸载满堂架加密支撑安全用MIDAS/Gen2013对卸载过程进行模拟.第1步卸载完成最大变形12.99mm，第2步卸载最大变形55.86mm，设计荷载下最大变形56.44mm.从 结构在自重作用下，结构最大变形55.86mm，小于旁，便于拼装取材，减少拼装辅助起重机的行走线 设计状态变形56.44mm，完全满足安装精度需求. 5工艺流程及操作要点 场地、路基平整一测量控制网的建立与测设方法一场馆内定位安装支撑架、中间搭设满堂支撑架一吊装单元场外拼装一分单元吊装一场馆中央高 空散拼一单元间补杆一焊缝探伤一卸载. 5.1场地、路基平整 预先选择起重机械型号，确定行走路线，同时根据现场土质情况，在充分利用现场已有的循环道 路基础上，在大型起重机吊装行走线路的路基上采用压路机进行碾压后，垫300mm厚塘渣，上铺钢板，确保大型吊装设备的行走. 5.2测量控制网的建立与测设方法 构外围通视条件好的地方布设外围测量控制点，布 为保证投影控制点放样时的通视，一方面在结设时间选择在土建结构完工、钢结构施工及辅助设施（临时支撑等）尚未开始之际，以最大限度保证通视条件及减少干扰.同时，在东西南北看台各设置通视的测量控制网.测量控制点采用强制归心方式建立，保证其稳定性.高程控制点作为独立的一维坐标，其受点位通视情况的影响较小，可根据现场情况选取固定物进行观测.在引点时，以精密水 准仪直接引点或精密水准仪加钢尺进行传递，成果经验收合格后使用.加密测量控制点观测时，在各控制点上分别架设仅器，角度观测四测回；超过3个方向时，采用全圆观测；距离采用往返测：精测选在早上和傍晚两个温度大致相等的时间段进行. 3个观测控制点，与外围测量控制点共同形成内外 由于本工程结构复杂，标高落差变化较大，运用常规的水准测量可能达不到需要的精度要求和满足施工需要，需要水准测量、三角高程测量2种测量方法相结合.采用全站仅配合跟踪杆量高程的方法.为保证定位准确，每个铸钢节点设置6个定 位观测点，焊接球在上方设置1个定位观测点.安装时，首先对网壳中心点定位，再由内圈向外圈依次定位施工. 5.3定位支撑架 立柱、底支座规格，支撑架立柱通过H型钢转换平台与地面20mm厚钢板连接：通过全站仪根据吊装单元顶部铸钢件理论坐标位置对支撑架进行定位，支撑架定位后用钢绞线进行临时固定. 5.4吊装单元场外拼装 1)拼装场地设置专门堆放原材料的材料堆场，考虑采用8根脚手架立杆进行加密处理（共12 5.5分单元吊装 根据各单元的荷载选择合适的支撑架顶支座、5.6场馆中央高空散拼 以上计算分析可以看出，按照当前的施工方法，钢分别位于施工场地内部靠近场内起重机行走道路路，工厂加工进场的杆件以枕木垫底，设置顺畅的排水通道，确保场内无积水：拼装场地内设置相应的分电箱，做好现场的防火、防漏电措施. 2）胎架设置时应先根据坐标转化后的x，y投影点铺设钢板，相互连接形成一刚性平台，平台铺设 后，放x，y的投影线、标高线、检验线及支点位置，形成田字形控制网，并提交验收，然后竖胎架直杆，根据支点处的标高设置胎架模板及斜撑.胎架设置化选择，另外胎架高度最低处应能满足全位置焊接 应与相应的吊装单元的质量及高度进行全方位优所需的高度，胎架搭设后不得有明显的晃动，经验收合格后方可使用.如图5所示. 图5吊装单元场外拼装Fig. 5 Hoisting unit assembly 根据吊装单元质量、起重半径、起重高度选用300枪杆式起重机，采用三点起吊，试吊时根据吊 装单元的重心位置调整吊点，试吊不发生旋转时可进行吊装：吊装单元落位前，应根据地面测量人员指令对吊装单元位置进行调整：落位后，支撑架支座与吊装单元铸钢节点支撑处进行临时固定，永久支座与吊装单元进行螺栓连接. 屋面中间区域采用“网壳屋面下部搭设满堂脚手架操作平台，钢网壳在脚手架平台上搭设节点胎架散件拼装”的安装方案，在每个下弦焊接球节点 位置进行加密处理，以增加脚手架的承载能力.由于网壳中网格尺寸长达5m，所以在每个网壳节点处 5.7单元间补杆 （上接第35页）一道工序. 5结语 加密脚手架上部设置脚手架支托，支托上部设置柱安装完成后进行，网架卸载分2步：①卸载12个110作为受力平台，使节点荷载直接传递至加密钢管. 图6加密做法Fig. 6 Increasing density practice 网架在满堂脚手架的操作平台上高空散装.安装顾序为：测量胎架定节点一搭设节点支架一测量定节点杆件坐标一安装网壳杆件一点焊一总拼精度校验一焊接、涂装. 网架各节点按顾序组装完，经校验无误后，按总拼顺序进行下节点网壳的组装直至全部完成.拼装过程中，随时检查基准轴线位置、标高及垂直度偏差.发现大于施工工艺允许偏差时，及时纠正. 待散拼区域上下节点位置确定后，进行补杆单元安装，安装时也遵循由内圈向外圈扩展的安装顺序.单元间杆件取一小单元在地面完成焊接作为补杆起吊单元，考虑吊装稳定平衡性该补杆起吊单元仅包含上弦铸钢节点及左右各一根杆件，杆件长度根据补杆 单元铸钢件间设计尺寸确定，安装时用耳板临时固定，预留1.5mm焊缝空间以便纠偏，防止累积误差，确保补杆单元位置准确.待操作人员生命线安装后配合起重机对其余斜杆及下弦杆件安装. 性能基础上，还能满足环保、节约以及设计要求，在 十字形转箱形柱构件在充分发挥钢材的力学多个大型钢结构工程中正逐渐被探索并采用.本文通过本项目对Q460C特殊材质超厚型转换构件制作进行了深人研究，进一步简化了十字转箱形柱构件的加工制作工艺，解决了其中的一系列难题， 制作效率有了很大的提高，构件质量也得到了业主的一致好评.随着工程经验的积累，相关类似构件的制作工艺必将更加成熟，为今后大规模应用打下了坚实的基础. 处），让加密位置独立承担网架结构荷载，而整个脚5.8卸载方案 6结语 参考文献： 参考文献： 手架平台仅作操作平台.加密处理如图6所示.在本工程网架卸载在网架钢结构及幕墙钢梁、钢脚手架支撑点，采用旋转脚手架顶部支托、自动卸载的方法进行：2卸载7个支撑架支点，此卸载采取千斤顶进行，分3步循环卸载，根据各支撑架点变形总量即卸载总量，确定第1次卸载10mm，第2次卸 载20mm，第3次全部卸载. 1）通过外围分单元拼装吊装、单元间补杆、内部高空散拼的方法，因地制宜地解决了重型机械不 能进人馆内的难题，且不需搭设满堂支撑架，避免了因荷载过大满堂支撑架对看台结构的影响，故看台及看台下可同时进行安装、装饰等施工作业，节约工期和成本. 算，能较真实反映结构受力状态，确保了工程施工 2）复杂建筑结构吊装利用有限元软件模拟计的安全性及可行性，为以后同类工程提供了借鉴. [1]窦开亮，凯威特弦支宫顶结构的稳定性分析及弦支弯顶的静 力试验研究[D].天律：天津大学，2004.[2]许立新，遇骥.大跨度钢结构安装工艺的选择[J]-施工技[3]李伟男.复杂钢结构吊装及施工伤真技术研究[D].北京：中 术 2013 42 (20) ;25-27 64.冶集团建筑研究总院，2012.[4]鲁博，马健然，孙俪，等，大跨非盒规无序空间薄壳钢结构吊 装单元划分方法[J]-沈阳建筑大学学报：自然科学版，2012(6) :1059-1067.[5]梁德初，温岳斌，龙期亮.曲靖体育中心体育场大型是挑钢術 架临时支撑卸载施工技术[J].施工技术，2014，43（20）：48-[6]绕晓文，李鸿品，伍小平，大跨空间结构输时支撑卸载的施工 50 61.内力分析及非线性时变模的探讨[J].四川建筑科学研 2013 (3) ;361-367 [1]中冶建筑研究总院有限公司中国二冶集团有限公司GB50661-2011钢结构焊接规范[S].北京：中国建筑工业 出版社 2011.[2]冶金工业部建筑研究总院，GB50205-2001钢结构工程施工[3]中国建筑股份有限公司，中建器构有限公司GB50755- 质量验收规范[S].北京：中国计划出版社， 钢结构工程施工规范[S].北京：中国建筑工业出版[4]王元清，周晖，石永久，等.厚板柱钢框架梁柱节点对断发韧 社 2012.性的蔡求[J].沈阳工业大学学抵，2012（1）；104-110[5]王朝阳，陈治，杨松，等深圳证券交易所营运中心超厚钢板 焊接技术[J].施工技术 2010 39(10)：21-23.[6]刘祥民，郑小强，泉州世界贸易中心高强度厚钢板焊接工艺制定[J].福建建设科技，2014(2）：44-46.
