[摘要]多數(shù)體育場(chǎng)建筑都是以露天標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行興建，逢雨雪及其他惡劣天氣，會(huì)影響體育場(chǎng)的正常使用。本文所述體育場(chǎng)采用了開閉屋面系統(tǒng)，很好地彌補(bǔ)了一般體育場(chǎng)的缺陷。該項(xiàng)目在施工前運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)巨拱卸載進(jìn)行數(shù)值模擬分析，并對(duì)該體育場(chǎng)的鋼結(jié)構(gòu)施工的要點(diǎn)及難點(diǎn)做了講解與剖析。

[關(guān)鍵詞]開閉系統(tǒng)適應(yīng)性施工；巨拱施工 文章編號(hào)：2095-4085（2016）03-0081-03

1工程概況與特點(diǎn)分析

1.1工程概況

該體育中心位于東勝區(qū)鐵西區(qū)。體育場(chǎng)基地占地面積6.26萬m²，觀眾席共有35107座，總建筑面積為88 973m²。跨越整個(gè)體育場(chǎng)的巨型鋼拱通過拉索與下部的罩棚相連，將大部分罩棚荷載傳給巨拱，使大跨度屋蓋桁架高度大大降低，同時(shí)降低了罩棚對(duì)環(huán)梁的水平推力。罩棚為平面呈橢圓形的球冠，球冠半徑359.5米。巨拱跨度約為330 m，最高點(diǎn)為128.46 m。巨型鋼拱采用鋼管桁架，其空問位置、曲線形狀和大小，根據(jù)建筑美觀性需求與受力合理原則予以確定，拱軸線采用近似懸鏈線線形。

1.2特點(diǎn)分析

鋼索布置于對(duì)應(yīng)固定屋蓋主桁架反拱節(jié)點(diǎn)位置，鋼索間距約為9.0～9.5 m，共25組。鋼索采用半平行鋼絲索+冷鑄錨頭，錨固位置設(shè)在鋼拱形心，便于檢查、養(yǎng)護(hù)與更換。每對(duì)鋼索合力位于鋼拱軸線形成的平面內(nèi)。鋼索選用φ5×241、抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860 MPa的半平行鋼絲束，其外部進(jìn)行防腐涂裝。體育場(chǎng)活動(dòng)屋蓋由兩個(gè)單元塊組成，其在中間直線相交，閉合時(shí)可與固定屋蓋完全吻合，采用管桁架結(jié)構(gòu)。最大可開啟面積將近10 000 m²，單片活動(dòng)屋蓋自重（含膜結(jié)構(gòu)）500噸。該工程開閉頂主要由四部分組成：（1）固定屋蓋鋼結(jié)構(gòu)；（2）活動(dòng)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)；（3）機(jī)械開閉系統(tǒng)；（4）屋蓋維護(hù)系統(tǒng)。

2該工程重難點(diǎn)

2.1適應(yīng)性施工控制難

本工程結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在施工過程中，造成結(jié)構(gòu)變形的因素較多，其中包括：結(jié)構(gòu)自重引起的變形，預(yù)應(yīng)力索張拉引起的變形，施工誤差引起的變形等。施工過程中，應(yīng)對(duì)各種變形進(jìn)行控制、協(xié)調(diào)、消除、以降低結(jié)構(gòu)變形量，減少活動(dòng)屋蓋臺(tái)車的卡軌力，以滿足活動(dòng)屋蓋開閉的運(yùn)行。

2.2巨拱安裝難度大

本工程巨拱跨度330 m，高度129 m，巨拱單位重量較大，每米6噸。存在高度高、重量大，跨度大的特點(diǎn)。巨拱整體傾斜6.1度，也大大增大了安裝難度。

3重難點(diǎn)問題的解決

3.1鋼結(jié)構(gòu)與開閉系統(tǒng)適應(yīng)性

3.1.1適應(yīng)性影響問題分析

計(jì)算結(jié)果表明，減小總變形差的施工方案是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖與順利開合的關(guān)鍵。對(duì)形成總變形差的各種變形來源進(jìn)行深入詳盡的分析，確定不同的處理策略。

3.1.2適應(yīng)性施工的關(guān)鍵

（1）減小總變形差；

（2）尋找位移變幅的中軸線。

3.1.3使用狀態(tài)下軌道變形

從閉合到完全開啟共選取閉合、1.904度、3.808度、5.712度、7.616度、9.52度（完全開啟）六種狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算工況：恒載+預(yù)應(yīng)力、恒載+預(yù)應(yīng)力+升溫、恒載+預(yù)應(yīng)力+降溫。找出固定屋蓋與活動(dòng)屋蓋的各臺(tái)車點(diǎn)在開閉過程中的變形軌跡線，兩者軌跡線的中心線作為軌道變形軌跡線。

（1）通過軌道梁后裝消除部分固定、活動(dòng)屋蓋自重與部分預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的變形差。適應(yīng)性措施施加后的變形軌跡線（最大變形差55mm）。

（2）在軌道安裝時(shí)對(duì)軌道變幅中軸線偏離較大部分進(jìn)行施工預(yù)偏，對(duì)A軌道距離中線15.88 m，長(zhǎng)29.4m段進(jìn)行圓弧預(yù)偏，最大預(yù)偏距離19mm，對(duì)B軌道中間總長(zhǎng)70.8 m段進(jìn)行圓弧預(yù)偏，最大預(yù)偏距離38 mm。軌道圓弧預(yù)偏示意圖（最大變形差40mm）。

3.2巨拱施工

3.2.1巨拱安裝關(guān)鍵技術(shù)

（1）提升支架的選擇及應(yīng)用。提升支架選用：塔架式門架的塔架中心距14 m，塔架截面尺寸4 m×4 m，該塔架廣泛用于造船廠大型龍門吊的安裝（曾經(jīng)提升重量達(dá)到5000噸），提升高度為102 m，該塔架的組裝采用自爬式安裝，在兩副塔架上各布置4個(gè)350噸液壓提升器。

（2）提升過程中伴隨巨拱重心位置的變化，空中傾斜姿態(tài)及穩(wěn)定性平衡狀態(tài)的保證：第一次提升中間100 m，結(jié)構(gòu)重心在吊點(diǎn)上方，但仍處于兩吊點(diǎn)中間，控制兩吊點(diǎn)提升力的比值，能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）巨拱對(duì)接精度的保證：巨拱結(jié)構(gòu)第一次提升端頭向外變形，第二次提升端頭向內(nèi)變形，且由于巨拱姿態(tài)偏轉(zhuǎn)6.1度，提升過程中，端頭有扭轉(zhuǎn)的變形，為保證巨拱對(duì)接精度，在對(duì)接時(shí)加設(shè)支撐架，對(duì)巨拱變形進(jìn)行調(diào)節(jié)。第一次架設(shè)在巨拱中間，第二次架設(shè)在兩端。

3.2.2提升架驗(yàn)算

正常工作6級(jí)風(fēng)，安全儲(chǔ)備8級(jí)風(fēng)（0.22），十年一遇加固安全（0.4）。

3.2.3巨拱驗(yàn)算

（1）巨拱合攏后卸載前晝夜溫度荷載的影響。巨拱合攏過程中到卸載前這段時(shí)間，晝夜溫差會(huì)對(duì)巨拱特別是支撐系統(tǒng)、提升架受力產(chǎn)生較大影響，需對(duì)此進(jìn)行分析校核。

對(duì)結(jié)構(gòu)均作用±15度溫度荷載，查看晝夜溫差對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。通過分析，巨拱部分桿件應(yīng)力比提高5%左右，支撐架反力增加10%左右，處在結(jié)構(gòu)安全范圍之內(nèi)。

（2）巨拱卸載穩(wěn)定性分析。本工程巨拱合攏后到拉索預(yù)緊之間的施工方案和結(jié)構(gòu)安全性是施工的關(guān)鍵。拉索安裝前卸載，獨(dú)立的巨拱受力與變形均較大；將兩邊拉索掛索預(yù)緊后再卸載，又會(huì)增大支撐架和提升架的受力，施工成本相應(yīng)增加。考慮到巨拱本身是傾斜的，提出了單側(cè)拉索預(yù)緊后巨拱提升架在卸載的方案。

對(duì)巨拱分拉索安裝前卸載與單側(cè)預(yù)緊后卸載兩種施工情況進(jìn)行了各種工況分析：

通過對(duì)兩種情況在自重標(biāo)準(zhǔn)值作用下的靜力分析、特征值屈曲分析、幾何非線性屈曲分析等，得出結(jié)論：在預(yù)緊一側(cè)拉索（與巨拱傾斜方向相反一側(cè)）后再卸載提升架，形成索-拱子結(jié)構(gòu)。

相對(duì)于獨(dú)立巨拱，索-拱的變形大大減小，應(yīng)力水平也有所降低，且屈曲特征值大大提高，因此索一拱的安全性大大提高，同時(shí)，由于單邊預(yù)緊，巨拱變形后，變形位移向上，兩側(cè)支撐架自動(dòng)卸載，施工工藝得以簡(jiǎn)化。

最后選擇單側(cè)索預(yù)緊后巨拱提升架卸載的實(shí)施方案。

4結(jié)語

綜上所述，在該項(xiàng)目中，鋼結(jié)構(gòu)承包單位克服了一系列技術(shù)難題，并且在施工工法中采取了許多具有創(chuàng)新點(diǎn)的地方。該項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)于以后國(guó)內(nèi)外同類型及相似工程的設(shè)計(jì)與施工都具有很好的參考價(jià)值。