體育場鋼結構施工技術的應用研究

夏永清

（云南省體育場地設施建設管理中心，云南 昆明650000）

近年來，我國社會經濟快速發展，人民健身需求不斷增加，國內的體育場館建設項目也越來越多，場館規模越來越大，體育場館結構更加復雜，結構施工難度進一步加大。下面結合實際，對體育場鋼結構施工特點與難點做具體分析。

1 體育場鋼結構施工特點與難點

1.1 工程組織管理難度大

體育場的占地面積、建筑高度等一般較大，因此鋼結構構件構成復雜、安裝流程繁瑣、施工技術難度極高，鋼結構施工中的安全、質量以及秩序不易控制。除了鋼結構本身具有很高的復雜性、系統性外，體育場的鋼結構施工還經常與土建施工存在交叉問題，土建施工與鋼結構現場拼裝往往同時進行，這就導致工程組織管理難度進一步加大。結合實踐經驗可知，當土建施工與鋼結構施工交叉進行時，大型吊車的行走、結構構件的運輸等都會受到很大限制，導致鋼結構施工過程更加復雜[1]。

1.2 結構復雜安裝精度控制難度大

當前，人們對體育場有了新的要求，不僅要求體育場內有相對廣闊的空間、完善的設施，還要求體育場建筑造型要富有個性且足夠精美。這就導致體育場主次結構之間多桿空間匯交的情況增多，再加之次結構的規律性少，整體比較多變，因此體育場鋼結構節點構造會更加復雜[2]。在進行結構安裝時，會頻繁遇到多個管口同時對接的情況，管口對口精度較難控制。此外，體育場結構屬于大跨度空間結構，這類結構中的構件長度易受溫度影響，這也導致控制結構安裝精度不易控制。

1.3 構件體型大重量大

體育場鋼結構最顯著的特點就是結構構件的體型巨大，自重較大，安裝難度很高。并且在安裝過程中，構件會受到外界溫度、張拉力等影響而出現一定程度的變形，從而使結構安裝條件發生了一定的改變。要想獲得最高的安裝精度，就必須根據實際情況對安裝方案再做細致調整，但實際上，由于任務重、工期緊，再加之施工現場的秩序與條件都比較復雜，因此安裝方案往往是來不及調整的，這就導致頂面次結構的安裝精度難以達標。

1.4 焊接難度高

體育場鋼結構中厚板數量較多，并且為了使體育場結構有較高的穩定性、穩固性，在選材時一般都會選擇高強鋼。鋼板的厚度以及強度都給現場焊接工作帶來了很大挑戰，使焊接難度加大。此外，在焊接施工中不僅需要考慮板材的厚度、強度等，還需考慮外部環境條件如溫度、濕度等，根據實際情況做好焊前的預熱、焊后的保溫防寒等工作，施工內容多且難度大[3]。

2 體育場鋼結構施工技術要點

2.1 鋼結構加工與安裝

對體育場采用鋼結構時，先根據體育場的規模、跨度以及外部建筑形態等將鋼結構加工出來。加工結束后進入吊裝階段，吊裝時由于鋼結構規模較大且自身重量較重，因此要采用大型吊車進行吊裝。為保證鋼結構的穩固性，吊裝時要做到精準，各構件以及部位的吊裝精度要達到設計要求。在鋼結構吊裝環節涉及到許多高空焊接作業，這些施工任務的技術難度較大，很難控制焊接質量。為此，在進行高空焊接過程中施工人員要重點把握兩點，一是控制焊接精度，二是把控鋼結構變形[4]。

2.2 支撐塔吊計算與設計

在施工時根據鋼結構的特征特點設計與之相互配套的支撐方案，確保鋼結構足夠安全穩固。如施工人員可以在每榀桁架懸挑端下方搭設一排支撐腳手架，利用其達到支撐加固的目的。在結束鋼結構構件安裝工作后，計算出拉索未張拉前的支撐軸力最大數值。

2.3 構件安裝

在安裝拉索時，根據撐桿、拉索以及鋼柱等的位置關系來設計科學可行的安裝方案。當鋼柱、拉索以及撐桿等構架的連接位置比較高時，就可嘗試采用制作吊蘭高空操作的方法來完成安裝操作，而對與撐桿相連拉索的安裝問題，通過搭設腳手架平臺進行解決[5]。

吊裝桁架柱時，吊耳會承受較大的集中荷載，在正式吊裝過程中它的受力會比較復雜。為準確、全面了解吊耳的受力情況，可在設計吊耳時將吊耳適當加長，然后基于最不利的工況以及最終的吊裝情況對吊耳的受力情況進行計算與分析，根據計算結果科學設計吊裝方案，確保整個吊裝施工能順利完成。由于桁架柱的吊裝是一項技術難度較大的工作，因此在吊裝前一定要對吊裝施工條件進行優化。如設計好吊裝路線、清理吊裝場地、拼裝定位板等。在正式吊裝過程中保持平穩，做好監測。在下柱吊裝就位時，先對內柱的對口進行定位，之后再調整外柱的對口偏差。吊裝過程中使用經緯儀、全站儀等準確測量內柱垂直度，并根據測量結果對偏差做適當調整。安裝主桁架時，依據主桁架的具體形式選擇吊裝方式，在吊裝工程中保證主桁架下弦下表面基準點與支撐塔架頂部基點重合。

2.4 預應力張拉

在體育場鋼結構施工中，預應力張拉是一個非常重要的施工環節，預應力張拉施工的技術難度巨大，對人員、機械設備等的要求很高。研究證明，在進行預應力張拉施工時，與同一榀桁架相連拉索的狀態會受到較大影響，因此需對與同一榀桁架相連拉索也進行張拉。因體育場鋼結構具有對稱性，因此可同時張拉與對稱2個榀桁架相連拉索，這樣能夠讓鋼結構的受力相對均勻，也能讓鋼結構變形問題得到控制。

3 體育場鋼結構施工質量控制

3.1 鋼結構加工質量控制

在體育場中采用鋼結構時，構件加工質量會對整個結構的穩定性、耐久性以及體育場的安全性產生直接影響，因此在施工過程中必須嚴格把控鋼結構加工質量。在鋼結構加工環節，需從材料進廠、構件加工以及構件成品出廠等各個環節進行把控。對應用于鋼結構構件加工的材料，必須要有質量合格證書，且經現場抽檢質量達標率合格。在構件加工過程中，要能嚴格按照設計圖紙控制好各構件的尺寸、規格、形狀等要素，并且要對構件進行數控切割，以此避免人工誤差，全面保證構件加工精度。在加工過程要對下料數量、下料時間等做好計算，最大程度地縮小下料誤差，保證構件加工精度達到標準要求[6]。

3.2 鋼結構安裝質量控制

在正式安裝之前首先要采用科學合理的技術方法將構件的安裝位置、安裝高度等進行測量確定，從而使屋蓋整體曲面效果能達到標準要求。在正式安裝過程中也必須時刻做好監測、測量與校正，保證鋼結構安裝質量達標。安裝鋼柱時，為鋼柱底部配置定位螺栓，確保在吊裝過程中與柱子預埋件定位螺栓相連接，使鋼柱的安裝精度能夠達到標準要求。由于鋼柱自身重量較大，因此在吊裝過程中可選用QUY100型履帶式起重機進行吊裝。在完成鋼柱吊裝操作后，開始使用混凝土進行澆筑，澆筑時從鋼柱頂部向下澆筑，澆筑到標高位置后停止。若在施工過程中遇到澆筑口過高，而混凝土泵車泵送高度較低的情況，就可使用汽車吊將混凝土料斗吊至柱頂腳手架澆筑平臺，然后人工向著澆筑口送料澆筑。在混凝土澆筑環節要嚴格控制澆筑高度，實際澆筑高度不能超過設計高度。要保證澆筑過程中的勻速性以及澆筑后的密實性，要嚴格控制混凝土澆筑質量。

3.3 預應力拉索施工質量控制

在鋼結構預應力張拉施工階段，采用分步張拉的方式進行。正式張拉前，先根據設計預緊其中的一個拉索，確保在所有的張拉結束后，該拉索的實際索力能達到設計要求。之后，結合設計方案按照正確的順序依次對剩下的拉索進行張拉，在張拉時，第1級由中間向兩側張拉到設計初張力的60%，第2級由兩側向中間張拉到設計初拉力的100%。

3.4 進行仿真計算分析

在體育場鋼結構施工中，進行仿真計算的主要目的是對張拉方案的可行性進行驗證，通過驗證及時發現張拉方案中的一些不足并做出調整，確保在正式張拉過程中不會出現任何安全隱患與質量隱患。除此之外，通過計算將每張拉步鋼索張拉力的大小確定下來，以便在實際張拉時有可靠的參考依據。通過仿真計算確定出每張拉步結構的變形與應力分布情況，使施工人員能在實際張拉過程中更精準地監測與更合理地調整鋼結構張拉應力與變形。在進行仿真計算時，采用有限元計算軟件Midas來對鋼結構的張拉過程進行仿真模擬與分析計算，在計算時要保證各項原始數據的科學性與準確性，從而確保最終的仿真計算結果真實可靠。計算結束后，根據實際需求提取每級張拉力值，將其作為每級張拉施工時的參考依據。在張拉結束后，對拉索索力、結構豎向變形以及鋼結構應力分布情況等做出計算分析，將計算所得數據與設計數值進行對比，對實際的張拉效果做出判斷。

3.5 結構張拉質量控制

在體育場鋼結構的張拉施工中，嚴格按照索力控制為主、結構變形為輔的原則。在張拉過程中要不斷監測檢查結構應力變化情況，每級張拉結束后，對張拉效果進行測量校對，當發現異常隱患時應先停止下一級的張拉施工，并組織專業技術人員對隱患來源進行調查分析并根據實際情況對異常現象進行處理，處理結束且經再次測量檢測無誤后再進行施工。

3.6 開展施工監測

體育場鋼結構施工技術難度較大，在施工過程中易出現安全問題與質量問題，因此必須做好對施工過程的監測與控制，以保證各項施工能順利進行。具體來說，在鋼結構施工期間施工人員可使用油壓傳感器對拉索索力進行控制。油壓傳感器的精度很高（大約能達到0.1kN），因此能夠保證張拉力的準確性。在所有的張拉施工結束后，采用抽樣檢測的方法對現場拉索索力進行檢測，并將實際獲得的索力大小數據與設計數值進行對比，據此判斷出張拉施工效果，并根據對比結果確定是否需要返工或校正。按照有關規定，體育場鋼結構施工中現場索力值與設計數值之間的誤差不能超過5%，若超過5%就必須返工重修。研究與實踐證明，在對鋼結構進行張拉處理時，結構會因張拉力的影響而出現變形，較小的變形屬于正常情況，但如果變形較大，就說明鋼結構施工質量不達標，工程結構存有很大的安全隱患與質量隱患。為防止鋼結構出現較大變形，在張拉過程中可采用全站儀對鋼結構的豎向位移情況進行監測，若經監測發現，鋼結構豎向位移偏差在10%以內，則說明鋼結構施工質量達到標準要求，反之則需返工重修。

4 結束語

綜上所述，在體育場鋼結構施工中，構件加工與安裝、支撐塔吊計算與設計、拉索安裝、預應力張拉等是至關重要的幾個技術要點，這些施工內容的完成情況會對鋼結構整體的穩定性、安全性與耐久性產生直接性的影響。為此在施工過程中要嚴格按照國家及行業相關技術標準與施工要求，根據工程實際情況設計鋼結構施工方案，優化鋼結構施工過程，并在施工期間做好結構變形與應力變化監測，從而使體育場鋼結構施工質量達到標準要求。