内蒙古少数民族群众文化体育运动中心钢结构工程施工技术

1 工程及结构概况

内蒙古少数民族群众文化体育运动中心位于呼和浩特市保和少镇。建筑面积7.2万平方米, 由多功能主体建筑、看台建筑及亮马圈组成。多功能主体建筑地上4层, 平面呈矩型, 长210米, 宽37.米, 层高均为5.4米, 屋面由混凝土和钢结构单层网壳结构共同组成。看台楼平面均呈矩形, 长264.4米, 宽29.5米, 地面以上5层。

多功能主楼钢结构截面形式主要采用矩形管和圆管, 两侧罩棚采用框架结构体系, 中间罩棚和蒙古包穹顶为肋环型单层网壳, 由网壳系统一~四、树杈柱、入口柱等组成。钢结构造型极为复杂, 存在比较多的弯扭构件。

亮马圈采用三角管桁架托单层网壳结构体系, 中间无落柱, 横向共四榀主桁架, 纵向共两榀次桁架, 截面形式均为三角圆管桁架, 横断面尺寸为高3.5m×宽2.5m, 最大截面为P500×20, 主、次桁架连接处采用铸钢件节点。网壳结构从造型上分为四边形网壳和三角形网壳, 最大截面为P351×18。

看台楼罩棚结构支承于混凝土柱上, 通过预埋件和球铰支座、钢板支座进行联系。钢结构截面形式主要为矩形管, 部分矩形管为弯扭构件。

2 工程施工重难点及解决措施

2.1 钢结构造型极为复杂, 安装工期短

本工程钢结构总用钢量6000余吨。结构有诸多铸钢节点、弯扭构件、弧形桁架等复杂空间结构, 工程安装量大, 工期紧, 施工任务重。

解决措施:

2.1.1 制定合理的施工方案, 现场多作业面同时展开安装施工, 以吊装效率较高的塔吊结合履带吊为主要施工机械。

2.1.2 现场拼装工作关键环节, 需多方位进行控制, 为提高拼装速度, 杆件连接位置均设置临时连接板。

2.1.3 所有构件均进行工厂模拟预拼装, 避免现场整改, 提高拼装及安装速度。

2.2 弯扭构件、弯弧桁架的安装精度控制

本工程结构应用大量弯扭构件来满足建筑效果, 现场安装施工时, 弯扭构件的空间定位困难, 对临时措施的设计要求高, 现场对接口误差很难控制。

解决措施:

2.2.1 施工前进行结构的全过程施工模拟分析, 根据模拟结果确定桁架变形值, 并作出相应预起拱, 确保施工后的效果与设计效果一致。

2.2.2 拼装时利用全站仪进行拼装胎架的测量放线, 确保检测项目偏差在允许范围内以确保拼装精度。在构件起吊前在桁架和网壳端点、对接点及支撑点处做好测量控制点标记。

2.2.3 严格控制焊接工艺顺序, 尽量减小焊接变形。

2.2.4 根据本工程桁架和网壳结构形式我司拟采用4点吊法进行弯弧桁架、网壳的现场吊装, 减少吊装过程中的结构变形。

3 钢结构安装关键技术

3.1 弯弧桁架吊装分段

亮马圈桁架采用地面分段拼装, 高空临时支撑分段吊装的施工方法。构件全部散件进场, 为满足工期要求, 从经济效益、安全可靠角度出发, 综合考虑现场场地情况、吊机选型、桁架杆件受力变形、临时支撑架受力等因素, 对桁架进行分段。

3.1 主桁架:

根据150t履带吊的起重性能, 4榀拱形主桁架均分为5段进行现场吊装, 共有20个分段, 分段重量19.9t~25.6t, 主桁架吊装阶段, 在分段位置搭设支撑架进行临时支撑。

3.2 次桁架:

除CHJ1、CHJ6、CHJ5、CHJ10分为2段进行吊装外, 其余次桁架均以主桁架为界进行自然分段、整榀吊装, 共有14个分段, 分段重量15.7t~20.4t。

3.3 钢结构卸载

使用大型有限元计算分析软件进行施工模拟分析, 指导亮马圈桁架卸载施工实施, 确保卸载方案安全可行。分级卸载方向由两侧向中部卸载, 分区逐榀进行, 每榀卸载依照先高后低的原则。

3.4 中部蒙古包临时支撑体系设计

多功能主楼中部蒙古包为挑空的单层球壳结构, 生根于四层混凝土圈梁上, 下方无可支撑结构, 中间落差将近25米。考虑支撑架经济效益, 及安拆效率, 采用先在混凝土结构顶部圈梁上架设H型钢转换梁, 再从转换梁上立圆管支撑的形式, 转换梁两端与混凝土结构之间采用埋件进行焊接固定, 同时, 转换梁两端下方支设圆管撑, 以减小转换梁的挠度。支撑架截面规格详见表1:

图:临时支撑平面布置示意 (红色表示转换梁)

使用Midas对临时支撑进行应力比验算得出支撑架杆件的最大应力比为0.82<1.0, 临时支撑的水平变形较小, 最大值为7.76mm, 竖向变形最大为12.17mm, 满足强度和变形要求。

3.5 叠层双曲网壳系统安装

3.5.1 安装顺序

叠层网壳系统遵循由下往上, 先安装有可靠连接点位置的原则, 施工总体思路如下:

1) 安装门厅R型柱。

2) 网壳系统一通过临时支撑管进行分段原位安装, 中间次梁采用高空散装。

3) 网壳系统二通过分片进行吊装, 分段点及每个分段中部均支设临时支撑, 将系统一与系统二补杆连接, 形成稳定体系。

4) 设置临时支撑, 安装网壳系统三上下环梁。

5) 安装环梁中间支撑柱, 使网壳系统三环梁与网壳系统二形成稳定体系。

6) 局部设置临时支撑, 分片吊装网壳系统三。

3.5.2 拼装胎架的设置

拼装场地采用100mm厚的C15混凝土进行硬化, 并保证完成表面的平整度。场地必须预留出小型汽车吊的停车位置, 散构件的摆放位置。

拼装胎模架采用300mm长的20#工字钢作为垫脚, 工字钢上面根据标高要求焊接牛腿, 便于标高调节。待杆件调整就位后, 用角钢将杆件进行侧向临时支撑固定。由于每片网壳分段形态各异, 弯弧的高低不同, 需重新放样测量调整立柱高度。

4 结束语

本文主要对内蒙古少数民族群众文化体育运动中心工程钢结构工程的现场施工技术进行了介绍和分析, 结合本工程特点和现场实际, 选取经济合理的施工方法和技术措施, 提高施工效率, 确保工期要求。

随着设计领域对结构造型要求的新颖化、多样化。异形结构在建筑钢结构中的应用越来越广泛, 本工程的施工经验为今后类似工程的施工提供了宝贵经验。

摘要：内蒙古少数民族群众文化体育运动中心工程分看台楼、亮马圈、多功能主楼三个单体, 结构造型复杂, 弯扭构件率达80%以上, 施工中主要采用分单元拼装, 高空临时支撑分单元吊装的安装方法。对本工程的施工方法进行了详细的介绍, 并对本工程施工的关键技术进行了详细说明, 可为今后类似结构施工提供参考。

关键词：弯扭构件,异形结构,分单元吊装,仿真分析