绍兴市柯桥区体育中心体育场钢结构 开合屋盖施工技术
（1.绍兴市柯桥区体育中心投资开发经营有限公司，浙江绍兴312030；
郑锐恒'，俞福利”，刘中华²
2.新江精工钢结构集团有限公司，浙江组头312030）
[摘要】绍兴市柯桥区体育中心体育场采用了开合屋盖结构体系，由固定屋盖、活动屋盖、承载及牵引机械系统和 膜结构围护系统组成.分析了该开合屋盖的结构设计特点，其中固定屋盖采用的232m柔性下弦组合桁架体系多项技术在国内为首次提出及应用，随之也产生了一些新的施工技术难题.通过对该项目施工特点与难点进行探人分析，提出的施工方案及措施很好地解决了项目实施过程中的技术难点，确保了该项重大工程的质量和安全.
[关键词】体育场；钢结构；开合屋盖；组合桁架；施工技术
[中国分类号】TU758 [文献标识码】A [文章编号】1002-8498（2015）20-0050-05
Keqiao Sports Center Stadium in Shaoxing The Construction ofRetractableRoof of
(1. Shaoxing Keiao Spors Cener Inemen Mangemn Co. Ld. Shaoxing Zhjang 312030 Chins; Zheng Ruiheng' Yu Fuli² Liu Zhonghua²2. Zhejiang Jinggong Steel Building( Group) Co. Lad. Shaoxing Zhajiang 312030 China)
Abstraet:Keqiao Sports Center Stadium in Shaoxing adopts the retractable roof structure which consistsof the fixed roof movable roof bearing and traction of mechanical system and membrane structuremaintenance system. This paper analyzes the design features of the retractable roof structure above all the 232m flexible bottom chord posite truss system applied in fixed roof is firstly used in China.Through the detailed analysis of construction characteristics and difficulties the suggested construction scheme solved the problems excellently which assured the safety and quality.
Key words;stadiums; steel structures; retractable roof; posite trusses; construction
1工程概况
构，总建筑面积77640m²，观众席共有40000座， 绍兴市柯桥区体育中心体育场为开合屋盖结开启面积12350m²，建成后将成为国内座位数最多的开闭式体育场（见图1）.2014年体育场正式投运并举办浙江省第十五届运动会开幕式.
体育场外围护采用进口PTFE膜材，由菱形单元和放射状单元组成，415个菱形单元自成体系，相 邻单元之间采用天沟过渡，设计新颖，整体外观雄伟壮观，充分体现了古城绍兴水乡的建筑效果.膜面展开面积达10万㎡，建成后将成为国内膜结构面积在单个工程中应用之最.
图1体育场整体效果Fig. 1 The integral effect of stadium
构、活动屋盖钢结构、承载及牵引机械系统、膜结构围护系统4大部分（见图2）.
键，由4福主桁架和周圈环桁架组成，在沿活动屋盖 固定屋盖的主桁架体系是整个结构体系的关运行轨道方向布置长向主桁架，在与长向主桁架垂直的方向布置短向主桁架，从而形成“井”字形双向空间桁架体系，通过周圈环桁架的封闭，形成整个
体育场屋盖结构总体上可分为固定屋盖钢结
图2体育场屋盖结构Fig.2 The roof structure of the stadium
屋盖结构内力的自平衡.长向主桁架长度为226m，短向主桁架长度为168m，主桁架断面形式从跨中部位高度约为19m、逐渐过渡到端部高度5m，主次桁架相交节点设计为铸钢节点，主桁架的8个端部固钢节点进行连接（见图3）.环桁架断面形式为矩形 定于环桁架侧面的上弦杆和下弦杆，同样也采用铸截面，截面最大高度为17.2m，采用“黄金束”与84个成品支座连接.其中混凝土结构温度缝两侧设置抗震支座（见图4）.
图3固定屋盖“井”字形主桁架Fig.3井-shaped main trusses of the fixed roof
图4周圈环形桁架Fig.4 The ring truss
2结构特点
1）屋盖纵向主桁架跨度达232m，但是上弦矢高仅8.2m，为跨度的1/28.3.目前国内已建成大型开合屋盖体育场建筑如南通体育场和鄂尔多斯东胜体育场，2个开合屋盖支撑在刚性结构体系 上，且屋盖运行轨道矢跨比都相对较大，在开合屋盖运行工况下，结构体系的受力及变形相对稳定.本项目开合屋盖以超大跨低矢跨比的柔性下弦析架结构作为主受力体系，活动屋盖不同的运行工况对结构体系内力分布的变化影响明显，这直接加大 了本项目开合屋盖体系的计算分析和施工难度.
2）下弦采用的4根并联式柔性下弦组合桁架结构体系在国内首次采用.为了使主桁架获得足够的竖向刚度，下弦采用了4根并联的高强度钢拉杆（见图5），且跨中桁架高度高达19m，满足活动屋 盖运行过程中对固定屋盖的刚度要求.
图5桁架典型段局部放大Fig.5 The typical section of the truss
3）主桁架柔性下弦采用的650级高强200mm应用. 直径钢拉杆，总共达192根，在国内为首次并大规模
4）首次在设计阶段主动利用施工过程对带柔性构件的结构内力分布进行调整，即通过临时支撑架的卸载和支座水平位移的释放来实现下弦钢拉杆内力的建立，同时桁架结构自重作用下混凝土结 构的约束反力得到充分释放.
5）首次在大型开闭屋盖结构中混合使用卷扬机牵引驱动与台车自驱驱动方式，来实现开合屋盖的正常开闭，国内已建成的南通体育场”和鄂尔多斯东胜体育场均采用卷扬机牵引系统.
3施工重难点分析及解决措施
1）安装高度高、构件重（最大吊装桁架分段质量303t），跨度大，吊装设备合理的选择、临时支撑胎架搭设难度大
解决措施：采用分段吊装的施工方案，固定屋盖选用1台750t履带式起重机进行吊装，解决了一 般吊装设备吊装能力、吊装高度不足的问题；为满足分段点巨大的支撑反力，搭设6.1mx6.1m大型支撑架.
2）主桁架、环桁架截面尺寸大、质量大
为了匹配支撑桁架的尺寸和质量，拼装胎架需
做得很高很大，胎架杆件截面尺寸也用得很大，对胎架下部的地基要求就非常高，另外为了保证拼装胎架的整体稳定和拼装安全，往往需要花费很高的代价来对胎架底座进行固定，这样造成了拼装胎架材料的巨大浪费.
19m，安装时只将上弦和中弦层在胎架上进行拼装， 解决措施：①主桁架拼装主桁架最大高度达截面高度约5m，待主析架合拢后，再统一安装下弦K型交叉腹杆和铸钢节点，这样可有效地降低桁架拼装临时胎架尺寸，提高拼装精度.②环桁架下弦的拼装，侧拼技术大大降低了桁架的高度和重 环桁架高度达17m，采取侧拼方法进行环桁架中心位置，也降低了拼装胎架的高度和尺寸.
3）卸载过程中支座滑移均匀性与平稳性保证
主桁架的卸载是体育场钢结构施工最为关键水平力，减小上部钢屋盖对下部混凝土环梁的水平 和重要的环节.设计要求释放结构自重作用下的作用力，同时在桁架下弦中建立拉力.由于结构近50%质量通过4大桁架传递给下部的16个支座，单个支座竖向力最大达900t（9000kN），承受如此大压力的支座水平滑移的平稳性保证难度极大. 结构呈双轴对称布置，如何保证结构各对称点在卸载过程中滑移量均匀性也是一个难点.
解决措施：①采取同步卸载方案本工程主桁架共设置8组临时支撑，每组支撑架的立柱支撑主桁架，共32个支撑点，如图6所示.卸载过程中，采 取32个支撑点同步切割支撑立板的方法来保证卸载的同步性.②卸载同步性控制32个支撑点因空间位置的不同面卸载量也明显不同，为减少每次同步卸载产生的不同步偏差，采取了分小级等比例卸载方法.整个卸载分16级完成，来保证整个卸载过程近似同步，而每级卸载完成需对主桁架竖向变 形和支座滑移量进行测量，并与理论数据进行对比，确保卸载过程可控.③主桁架支座滑移量限位措施为防止在卸载过程中主桁架支座水平滑移量超出理论计算数值，在16个主桁架支座滑移方向对应理论卸载到位位置设置了约束挡板.
4）节间内钢拉杆内力均匀性保证
钢拉杆的施工是整个钢结构施工过程中最为关键的问题，直接关系到结构受力体系能否成功建立.一方面，钢拉杆自身内部各零件间存在着几何缝隙；另一方面，钢拉杆制作和现场施工都存在误 差.以上两方面因素都不具备统一标准，往往导致同跨内并联的钢拉杆产生非均匀受力，面这种非均匀受力的特点在钢拉杆这种非线性构件中产生的内力差异比较明显.
图6支撑点布置
解决措施：①对钢拉杆进行超张拉试验获取荷载-位移曲线关系，建立施工阶段的预紧力标准值，该值可消除钢拉杆在拉力作用下的初始非线性特 征段；②由张拉单位用专业设备进行预紧，同一节间的4根拉杆同时预紧，并达到同一预紧力标准，同时通过预紧消除钢拉杆各部件内螺纹之间配合间隙，避免自重对预紧力的影响.如图7所示.
图7同步张拉施工Fig.7Synchronous tensioning construction
5）各区间下弦内力偏差检查
主桁架下弦设计的双K型腹杆布置使得下弦不均匀性较大，如何确保钢拉杆内力在被动建立时 内力呈现中间大、两端小的受力状态，各节间内力各跨间内力符合设计要求又是一重难点.
解决措施：①精细化模型分析各区间钢拉杆内力理论计算上，建立精细化有限元分析模型，充分考虑节点尺寸、杆件并联构造等细部处理方式， 确保理论分析准确性：②跨中垂度分析法判断钢拉杆内力考虑到技术难度、经济效益等综合因素，下弦钢拉杆总共192根，对每一根钢拉杆进行内力的监测实施难度极大，因此研究了一种能够准确判和单根钢拉杆拉伸有限元计算分析发现（见图8）， 断钢拉杆内力的合理方法.通过钢拉杆张拉试验钢拉杆垂度可较准确地反映钢拉杆实际受力状态，因此提出了采用钢拉杆跨中垂度分析法来判断钢拉杆内力.从而对下弦钢拉杆在被动加载过程中的内力情况进行判断.
万方数据
如何降低固定屋盖变形对轨道的影响，减小台车适 应性设计的要求也是施工的重点.
解决措施：①根据主次桁架、支撑卸载、轨道安装、屋面次结构、机械系统和活动屋盖的实际安装顺序，进行全过程的虚拟建造模拟计算，得出结构模型的预调整，使得结构安装完成后，能满足活动 的理论变形值，对固定屋盖和活动屋盖等进行几何屋盖正常运行的需要；②理论计算活动屋盖运行过程中台车支座处的变形，根据各工况计算的变形量，从而对轨道安装位置进行预调整：③考虑现场实际安装误差，活动屋盖驱动台车设计了可进行竖向和水平方向位移调节的自适应装置，作为适应性 设计的另一个保证措施.
图8钢拉杆跨中霍度与轴力关系曲线displacement and axial force of steel bar Fig.8The relationship curve of span
6）钢结构适应性设计与施工
活动屋盖通过2条轨道运行在固定屋盖跨度为232m的柔性主桁架上，支撑轨道梁的主桁架在施工过程中不仅会发生竖向变形，也会发生水平变形，
7）活动屋盖安装
Fig.9 Construction processing 图9施工工艺流程
安装完毕后，由于选用的450t履带式起重机的大臂不能自由伸缩，这对履带式起重机大臂拆卸工作带来很大的难度.
空间，2片活动屋盖自闭合状态分别向南北两侧偏 解决措施：为保证履带式起重机有足够的作业移约10.8m.
4现场施工方案
4.1施工总体思路
1）在场内设置8个大型支撑架，将主桁架分成26段，次桁架整榴，利用1台750t履带式起重机和 16段（每福4段，最大分段质量303t），环桁架分成1台450t履带式起重机，在场内和场外进行吊装.
2）在长轴方向中间位置设置1道合拢缝，在完成固定屋盖主结构吊装、焊接后，在20℃环境条件下，完成钢结构合拢.
3）在完成下部钢拉杆安装、预紧、膜结构龙骨吊装后，进行卸载，完成卸载后，在20℃环境条件下将支座焊接固定，实现钢结构与混凝土结构合拢.
4）开始活动屋盖安装，同时进行PTFE膜工.
5）进行机械系统安装、调试.
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算，最终确定出外筒规格为$299×16钢管，内筒采用$245×16钢管与之匹配.
5.5.3卸载过程中的变形监测
为了能够确保卸载工作的安全，及时了解卸载过程中每一级卸载屋盖的变形情况是否与理论计算吻合，需要对钢结构卸载过程中屋盖的变形进行跟踪监测.监测点布置在与卸载点同轴线的低屋面下弦桁架悬挑编节点处，共56个监测点，如图11 所示.
Fig. 11 Monitoring points arrangement 图11监测点布置
162mm，略大于理论计算值159.3mm，整个结构受力 卸载完成后，结构监测点处的最大竖向位移为
原设计要求活动屋盖在全闭合位置进行安装，4.2施工工艺流程（见图9）
其安装的难点分析如下：活动屋盖在全闭合状态下5结语
柯桥区体育中心体育场采用的开合屋盖结构，从结构体系的设计到施工应用，全方位体现出了该项目的高技术要求.通过对该项目施工过程中的特点与难点进行研究，提出的施工方案及措施很好地解决了项目实施过程中的技术难点，确保了该项 重大工程的质量和安全，为2014年浙江省第十五届运动会的顺利举办提供了良好的条件.
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稳定，且观光连廊的平整度较好.
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本文对南太湖湿地奥体公园体育场屋盖钢结构的安装方案及施工关键技术进行了介绍和探讨， 其中混合组合吊装技术，在叠合区4层超厚网壳安装过程中取得了较好的应用效果；圆管柱与格构柱支撑架混合组合应用技术，既保证了整个支撑体系的受力，又减少了材料的浪费；预起拱方案的确定解决了环形封闭结构单向预变形难的问题.
采用分区、分级、分步阶梯砂箱卸载，完成屋盖与支撑架间受力转换后，进行后续屋面的安装工作.
参考文献：
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