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1  前言
   大跨度結(jié)構(gòu)系指跨度等于或大于60m的結(jié)構(gòu)。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)、文化的飛速發(fā)展及空間結(jié)構(gòu)的形式多樣化，大跨度鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展非常迅猛，并已廣泛地應(yīng)用于文化體育場館、會(huì)議展覽中心、機(jī)場候機(jī)廳等大型公共建筑以及不同類型的重型工業(yè)建筑中。大跨度鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r與施工技術(shù)水平已成為代表一個(gè)國家建筑科技水平的重要標(biāo)志之一。計(jì)算機(jī)的普及和有限元分析方法的廣泛運(yùn)用為大跨度鋼結(jié)構(gòu)的加速發(fā)展創(chuàng)造了條件，大跨度鋼結(jié)構(gòu)造型越來越新穎，跨度也越來越大，結(jié)構(gòu)體系越來越復(fù)雜，施工也越來越難。目前，大跨度鋼結(jié)構(gòu)常用的安裝方法有高空散裝法、分段吊裝安裝法、滑移安裝法、雙機(jī)或多機(jī)抬吊吊裝法、整體提升法、整體頂升法等，各種安裝方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)和一定的針對(duì)性。但是，為了體現(xiàn)建筑美學(xué)和設(shè)計(jì)師理念，大跨度鋼結(jié)構(gòu)往往是一個(gè)個(gè)性化的變異設(shè)計(jì)，無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可言，不同的結(jié)構(gòu)形式、場地條件及工程實(shí)際情況，所采用的施工技術(shù)也會(huì)有所差異。如南京奧體中心主體育場、國家體育場、五棵松體育文化中心籃球館的鋼屋蓋雖然均采用了大跨度鋼結(jié)構(gòu)，但由于采用的結(jié)構(gòu)形式各不相同，現(xiàn)場場地條件也不一樣，故在實(shí)施鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，采用的施工技術(shù)也迥然不同。

2  南京奧林匹克體育中心主體育場
   2.1工程概況
   南京奧體中心是一個(gè)大型綜合類體育中心。主體育場作為2005年江蘇省舉行第十屆全國綜合性運(yùn)動(dòng)會(huì)的主場館和舉行國際單項(xiàng)最高級(jí)別運(yùn)動(dòng)會(huì)的硬件設(shè)施，作為南京市的標(biāo)志性建筑，其屋蓋結(jié)構(gòu)體系十分復(fù)雜，主要由2榀與水平面成45°傾斜的、跨度為361.582m的三角形變斷面的鋼桁架拱和由104根鋼箱型梁形成的中空馬鞍形空間結(jié)構(gòu)組成，罩棚的徑向長度為68.14m～27m，覆蓋面積4萬多平方米。拱頂標(biāo)高達(dá)64.719m，鋼結(jié)構(gòu)總量約12153t。整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)體系在各種不同荷載組合情況下，分別由主拱和鋼箱梁外端的“V”型支撐將荷載傳至下部結(jié)構(gòu)。45°傾斜主拱線條簡明，宛如飄帶（見圖1）。
   2.2工程難點(diǎn)及施工方案的選擇
   2.2.1工程難點(diǎn)
   南京奧體中心主體育場屋蓋結(jié)構(gòu)體系獨(dú)特，傾斜主拱通過前吊桿為箱型梁的懸臂端提供豎向約束，而箱型梁則通過后撐桿為主拱提供平面外的側(cè)向穩(wěn)定，兩者互相依托。在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系未形成之前，屋面系統(tǒng)與主拱皆非獨(dú)立的結(jié)構(gòu)靜定體系。該組合結(jié)構(gòu)國內(nèi)尚無先例，國際上也實(shí)屬罕見。所以，無論是設(shè)計(jì)還是施工，都具有相當(dāng)大的難度。
   （1）結(jié)構(gòu)體系與節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜：主體育場屋蓋結(jié)構(gòu)體系是由鋼桁架拱、吊桿、馬鞍型屋面網(wǎng)格及支撐柱組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，與純拱結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)具有不同的受力特點(diǎn)和失穩(wěn)模式，體系異常復(fù)雜。同時(shí)，為避免以往慣用的焊接連接節(jié)點(diǎn)存在的焊接殘余應(yīng)力、多次熱影響使節(jié)點(diǎn)鋼材變脆以及次彎矩對(duì)節(jié)點(diǎn)的影響等一些難以定量分析的問題，本工程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)采用了大量的鑄鋼節(jié)點(diǎn)，既有板式鑄鋼支座、錐形鑄鋼連接件，又有圓柱形鑄鋼節(jié)點(diǎn)和球形鑄鋼節(jié)點(diǎn)，還有H型鋼鑄鋼節(jié)點(diǎn)。
   （2）支撐胎架的設(shè)置：為保證安裝過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與施工的可操作性，屋面和主拱安裝時(shí)必須設(shè)立臨時(shí)支撐系統(tǒng)，安裝完成后屋面臨時(shí)支撐需進(jìn)行卸載和拆除，卸載過程中結(jié)構(gòu)體系逐步轉(zhuǎn)換，穩(wěn)步成型。但是，桿件內(nèi)力和臨時(shí)支撐的受力在卸載過程中發(fā)生變化，工況分析相當(dāng)困難。支撐系統(tǒng)的布置既要滿足施工階段結(jié)構(gòu)的受力性能，符合設(shè)計(jì)要求，又不能對(duì)下部混凝土看臺(tái)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的影響，造成破壞，還要方便施工（包括安裝階段和卸載階段），保證安全。故支撐的布置、計(jì)算及設(shè)計(jì)十分復(fù)雜。
   （3）大跨重型結(jié)構(gòu)的安裝：主拱跨度大，高度高，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，高空拼裝難度大，不適合高空散裝，而應(yīng)分段吊裝。分段吊裝時(shí)，吊裝高度高，工作半徑大，施工困難。并且在主拱和屋面構(gòu)件全部安裝完成并形成結(jié)構(gòu)體系前，主拱和屋面均為不穩(wěn)定體系，主拱吊裝時(shí)需采取大量的臨時(shí)穩(wěn)定措施，以確保安全。同時(shí)，主拱施工時(shí)間長，會(huì)受溫度變化而產(chǎn)生收縮變形及溫度應(yīng)力，溫度變形及溫度應(yīng)力控制難度大。
   （4）鋼屋蓋系統(tǒng)整體卸載：卸載過程既是拆除支撐胎架的過程，又是結(jié)構(gòu)體系逐步轉(zhuǎn)換過程，卸載過程中，結(jié)構(gòu)本身的桿件內(nèi)力和臨時(shí)支撐的受力均會(huì)產(chǎn)生變化。由于主拱和屋面系統(tǒng)互相依托，結(jié)構(gòu)傳力途徑不明確，受力情況復(fù)雜，加之空間結(jié)構(gòu)體系平面外的剛度相對(duì)較小且各部位的強(qiáng)度和剛度均不相同，卸載時(shí)結(jié)構(gòu)體系的變形相對(duì)較大且不均勻，相鄰支撐在卸載過程中互相影響。卸載的先后順序、卸載方法及工藝都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)本身和支撐胎架產(chǎn)生一定的影響，卸載難度大。
   2.2.2施工方案的選擇
   南京奧體中心主體育場鋼屋蓋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、構(gòu)件類型多樣、工期緊張、現(xiàn)場周邊環(huán)境復(fù)雜，根據(jù)這一實(shí)際情況，最終選用“一套支撐胎架，兩組吊機(jī)”的作業(yè)方案，“分區(qū)安裝、齊頭并進(jìn)”的施工原則。主拱根據(jù)吊機(jī)工作能力分成21段現(xiàn)場分段連續(xù)組裝，待屋面系統(tǒng)吊裝完成后再采用300t履帶吊和600t履帶吊分段吊裝。整個(gè)鋼屋蓋系統(tǒng)的吊裝順序?yàn)椋褐�撐胎架——V形支撐前支撐柱——屋面鋼箱梁——V形支撐后支撐柱——環(huán)梁、連系梁——屋面支撐——M桿——主拱——檁條、天溝、馬道等，逐區(qū)間推進(jìn)，待屋面系統(tǒng)及主拱吊裝完成后，屋面系統(tǒng)分級(jí)、分區(qū)逐步卸載，最后拆除支撐胎架。
   2.3施工技術(shù)
   2.3.1支撐體系設(shè)置
   根據(jù)大跨度雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，特別是結(jié)構(gòu)體系中屋面箱型梁與雙斜拱互相依托的特點(diǎn)，結(jié)合安裝時(shí)的工況分析、支撐胎架的整體穩(wěn)定性分析及受力計(jì)算，屋面系統(tǒng)箱型梁下設(shè)置150個(gè)支撐胎架（見圖2），待屋面系統(tǒng)安裝完畢后，再安裝主拱。主拱安裝時(shí)，出屋面部分主拱單獨(dú)設(shè)置12組支撐胎架， 屋面內(nèi)主拱部分，先將連接主拱和屋面箱型梁的M桿安裝就位，主拱安裝時(shí)直接支承在M桿上（見圖3），從而合理地應(yīng)用結(jié)構(gòu)本身當(dāng)作支撐，以降低主拱支撐的高度，確保主拱安裝時(shí)的穩(wěn)定性。根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的傳力要求，東西區(qū)屋面的支撐胎架均布置在箱型梁下對(duì)應(yīng)于主拱前吊桿和后撐桿位置處，以保證主拱的安裝精度及安裝時(shí)的主拱荷載通過箱型梁直接傳遞到支撐胎架上。考慮到實(shí)際的資源情況，東區(qū)支撐胎架采用格構(gòu)式鋼架，下部通過H型鋼轉(zhuǎn)換梁將荷載直接轉(zhuǎn)移到混凝土柱上。西區(qū)則采用鋼管和腳手管組成的組合支撐，下部通過箱型轉(zhuǎn)換梁將荷載轉(zhuǎn)移到混凝土柱上。
   2.3.2大跨重型結(jié)構(gòu)的安裝
   屋面箱型梁均整根進(jìn)行吊裝，安裝定位后及時(shí)與V型支撐連接，并將其與先裝的屋面梁通過內(nèi)、中、外環(huán)梁連成整體，防止箱型梁的側(cè)向位移和下滑。
   主拱采用臥式連續(xù)拼裝法，通過三維建模來搭設(shè)組裝胎架并通過全站儀來進(jìn)行測量控制。主拱組裝完成后，分段吊裝就位。吊裝順序?yàn)椋簭膬啥讼蛑虚g，在中間合攏。
   對(duì)于大跨度拱，其溫度變形和溫度應(yīng)力是較大的，主拱在從兩端往中間安裝的過程中，勢必受溫度變化的影響而出現(xiàn)精度偏差，從而造成最后一段主拱無法順利安裝就位。同時(shí)，最后一段主拱的安裝、焊接將直接影響到主拱的質(zhì)量和受力情況，為此，施工時(shí)設(shè)置合攏段，合攏段的長度根據(jù)合攏時(shí)的實(shí)際測量尺寸來進(jìn)行下料。為保證合攏段的質(zhì)量，在從兩端往中間安裝主拱的過程中，逐段消除安裝誤差，合攏前要進(jìn)行連續(xù)觀測，確定溫差對(duì)拱身長度的影響，并根據(jù)理論計(jì)算的主拱溫度應(yīng)力情況，確定合適的時(shí)間及合攏溫度，低溫安裝就位，高溫定位焊接。焊接時(shí)氣溫需相對(duì)穩(wěn)定，并由兩人對(duì)稱連續(xù)施焊。
   2.3.3卸載技術(shù)
   本工程支撐塔架數(shù)量眾多，且分布范圍廣，整體同步卸載難度較大，為此，根據(jù)大跨度雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)及支撐胎架的布置與受力情況，通過工況計(jì)算分析，采用分批、分級(jí)同步卸載技術(shù)。即將支撐胎架分為9個(gè)區(qū)，每區(qū)分級(jí)同步卸載。卸載的分級(jí)大小和卸載順序根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算和工況分析得出的結(jié)果進(jìn)行，先小后大，先拆主拱支撐胎架，然后拆屋面支撐胎架，由高到低、由內(nèi)到外、東、西同步、共分20步進(jìn)行。卸載時(shí)，通過胎架下端安置的螺旋式千斤頂，按多次循環(huán)、反力控制與位移控制相結(jié)合的原則，來實(shí)現(xiàn)荷載的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。

3  國家體育場
   3.1工程概況
   國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區(qū)的南部，主體建筑緊鄰北京城市中軸線，并與國家體育館和國家游泳中心相對(duì)于中軸線均衡布置，是2008年奧運(yùn)會(huì)的主體育場，主要承擔(dān)奧運(yùn)會(huì)開幕式、閉幕式和田徑比賽。奧運(yùn)會(huì)期間，可容納觀眾91000人，奧運(yùn)會(huì)后，可容納觀眾80000人。
   國家體育場鋼結(jié)構(gòu)建筑頂面呈馬鞍型，長軸為332.3m，短軸為297.3m，最高點(diǎn)高度為68.5m，最低高度為40.1m。屋蓋中間開洞長度為185.3m，寬度為127.5m。主要由48榀主桁架圍繞屋蓋中間的開口放射型布置而成，主桁架與頂面及立面雜亂無章的次結(jié)構(gòu)一起形成了“鳥巢”的特殊建筑造型，大跨度空間鋼屋蓋支撐在周邊的24根桁架柱之上，并將荷載傳至基礎(chǔ)（見圖4）。為達(dá)到預(yù)定的視覺效果，編織鳥巢用的桿件均為箱型構(gòu)件。
   3.2工程難點(diǎn)及施工方案的選擇
   3.2.1工程難點(diǎn)
   （1）支撐塔架設(shè)置難度大：根據(jù)國家體育場鋼結(jié)構(gòu)“散裝”總體方案，在進(jìn)行屋面主桁架的安裝時(shí)，其下方需設(shè)置大量的臨時(shí)支撐塔架，且支撐塔架的設(shè)置對(duì)整個(gè)工程的施工安全、質(zhì)量、工期及成本控制至關(guān)重要。由于國家體育場鋼結(jié)構(gòu)為大跨度空間巨型鋼桁架結(jié)構(gòu)，桁架截面高度及結(jié)構(gòu)高度高，節(jié)間距離大，重量重，風(fēng)載較大，支撐塔架受力情況復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，其下方的混凝土看臺(tái)結(jié)構(gòu)已施工完畢，支撐塔架的布置受到一定程度的限制，支撐塔架設(shè)置難度較大。
   （2）構(gòu)件體型大、重量重、形體怪異，安裝難度大：本工程中，桁架柱的最大斷面達(dá)25m×20m，高度為67m，單榀最重達(dá)700t。主桁架高度12m，雙榀貫通最大跨度258.365m。構(gòu)件體型龐大，單體重量重。加之桁架柱和立面次結(jié)構(gòu)的形體怪異，吊裝難度大。
   （3）合攏難度大：國家體育場鋼結(jié)構(gòu)屬特大型大跨度鋼結(jié)構(gòu)，主桁架雙榀貫通最大跨度258.365m。由于結(jié)構(gòu)形成過程和使用過程存在較大的溫差，使用過程中，結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變形和溫度應(yīng)力。因此，根據(jù)北京地區(qū)的極限最低溫度和極限最高溫度，設(shè)計(jì)上設(shè)置了嚴(yán)格的合攏溫度，即結(jié)構(gòu)體系最終形成時(shí)的溫度，以減少溫度變形和溫度應(yīng)力。為確保合攏線上的對(duì)接口按設(shè)計(jì)要求的合攏溫度同時(shí)合攏，需組織大量的人力和物力，且必須進(jìn)行嚴(yán)格的溫度監(jiān)測、周密的部署及施工安排，合攏難度大。
   （4）卸載難度大：國家體育場鋼結(jié)構(gòu)受力體系為中央大開口的斜交桁架雙層網(wǎng)殼，表現(xiàn)出很強(qiáng)的空間非幾何線性作用。根據(jù)總體施工方案，結(jié)構(gòu)安裝階段，整個(gè)屋蓋設(shè)置了80個(gè)支撐塔架，作為主桁架安裝時(shí)的臨時(shí)支撐，主結(jié)構(gòu)安裝完畢后，再進(jìn)行卸載和拆除。在進(jìn)行支撐塔架的卸載過程中，結(jié)構(gòu)體系逐步轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)本身和支撐塔架的受力均產(chǎn)生變化，卸載的先后順序、卸載等級(jí)及工藝都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，需進(jìn)行詳細(xì)的工況分析。對(duì)于如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，工況分析及同步卸載控制難度大。
   3.2.2施工方案的選擇
   針對(duì)國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程規(guī)模大、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、測量測控及安裝技術(shù)的挑戰(zhàn)性、工期緊迫以及與其它分項(xiàng)工程交叉作業(yè)復(fù)雜等特點(diǎn)，整個(gè)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的安裝選用散裝方案，即所有構(gòu)件分成吊裝單元分段進(jìn)行安裝，下設(shè)支撐塔架，高空對(duì)接，結(jié)構(gòu)形成后進(jìn)行卸載。其中，主結(jié)構(gòu)共劃分為230個(gè)安裝單元，桁架柱最大吊裝單元重達(dá)360t，主桁架約250t，最大吊裝長度約45m。
根據(jù)吊裝單元的重量和作業(yè)半徑，桁架柱和主桁架吊裝采用2臺(tái)800t履帶吊和2臺(tái)600t履帶吊進(jìn)行吊裝，800t布置在場外，600t在場內(nèi)。立面次結(jié)構(gòu)、頂面次結(jié)構(gòu)及樓梯馬道采用4臺(tái)300t履帶吊和4臺(tái)150t履帶吊分吊裝單元進(jìn)行吊裝。
主結(jié)構(gòu)總體安裝順序分為三個(gè)階段六個(gè)步驟，先安裝南北方向桁架柱，后安裝東西方向桁架柱，內(nèi)外主桁架的安裝穿插進(jìn)行。立面次結(jié)構(gòu)與樓梯則隨桁架柱的安裝進(jìn)度一起進(jìn)行安裝，頂面次結(jié)構(gòu)待卸載完畢再進(jìn)行安裝。
   3.3施工技術(shù)
   3.3.1支撐塔架設(shè)置
   國家體育場屋蓋鋼結(jié)構(gòu)屬大跨度空間巨型桁架結(jié)構(gòu)，為實(shí)施屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的安裝和施工，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、吊裝分段形式和下部混凝土看臺(tái)結(jié)構(gòu)的布置情況，在主桁架下弦交叉節(jié)點(diǎn)的位置共設(shè)置了80個(gè)3×3m格構(gòu)式支撐塔架。為提高支撐塔架的整體剛度和穩(wěn)定性，防止支撐塔架的沉降，支撐塔架的頂部設(shè)置桁架式水平支撐體系，底部設(shè)置6×6m的樁基承臺(tái)。同時(shí)，根據(jù)主結(jié)構(gòu)的安裝方案，將整體支撐塔架分成四大塊，長短軸各兩個(gè)區(qū)塊，四個(gè)區(qū)塊所有支撐塔架連成整體（見圖5）。
   為方便現(xiàn)場加工制作和安裝，提高其經(jīng)濟(jì)性，支撐塔架和柱頂連系桁架的設(shè)計(jì)均采用標(biāo)準(zhǔn)段模數(shù)化的方式。支撐塔架的柱肢采用螺旋焊管，水平腹桿采用雙角鋼十字形布置，斜腹桿采用角鋼X形交叉體系。為提高支撐塔架柱身的抗扭剛度，在每節(jié)標(biāo)準(zhǔn)段的兩端和中間區(qū)域設(shè)置角鋼交叉橫隔。柱頂連系桁架的設(shè)計(jì)方式與支撐塔架基本相同。同時(shí)，為便于主桁架的安裝和支撐塔架的整體卸載，支撐塔架頂部設(shè)置十字形箱型梁和H型鋼支頂裝置。
   3.3.2巨型鋼桁架吊裝技術(shù)
   根據(jù)桁架柱的特點(diǎn)、現(xiàn)場場地條件及工期要求等實(shí)際情況，桁架柱采用就近整體拼裝、分段吊裝的方法，分段雙機(jī)抬吊、低空起吊直立、單機(jī)回轉(zhuǎn)就位。為便于平衡調(diào)節(jié)和空間角度調(diào)節(jié)，桁架柱下柱采用三點(diǎn)吊裝，上柱采用四點(diǎn)吊裝。下柱吊裝時(shí)，內(nèi)柱設(shè)置主吊點(diǎn)和圓管吊耳，以便于起吊直立過程中鋼絲繩的轉(zhuǎn)動(dòng)；兩外柱設(shè)置副吊點(diǎn)和板式吊耳，以便于桁架柱吊裝時(shí)的平衡調(diào)節(jié)。上柱吊裝時(shí)的吊點(diǎn)均設(shè)置在外柱彎扭段頂面，靠內(nèi)柱一側(cè)的主吊點(diǎn)盡量靠近外柱內(nèi)側(cè)腹板位置，且主吊繩采用走通方式，以確保主吊繩的受力，避免吊裝過程中出現(xiàn)三點(diǎn)受力甚至兩點(diǎn)受力的情況及鋼絲繩的滑動(dòng)磨損。為確保受力平衡，加快桁架柱吊裝時(shí)空間角度調(diào)節(jié)速度和精度，副吊繩上設(shè)置滑輪組，并通過電動(dòng)葫蘆和導(dǎo)向滑輪來調(diào)節(jié)副吊繩的總體長度。同時(shí)為確保安裝過程中的穩(wěn)定性，桁架柱安裝時(shí)，下柱上端設(shè)置剛性拉撐，上柱頂端設(shè)置穩(wěn)定風(fēng)繩。剛性拉撐和穩(wěn)定風(fēng)繩均連到混凝土看臺(tái)結(jié)構(gòu)中的預(yù)埋件上。
   除內(nèi)圈立體主桁架外，主桁架均采用平拼法。根據(jù)主桁架的分段形式，吊點(diǎn)設(shè)置總體分為兩種：外圈和中圈的平面主桁架采用兩點(diǎn)吊裝，局部牛腿較長的桁架增設(shè)一個(gè)穩(wěn)定吊點(diǎn)；內(nèi)圈立體主桁架采用三點(diǎn)吊裝，一個(gè)主吊點(diǎn)和兩個(gè)輔助吊點(diǎn)。所有吊點(diǎn)均設(shè)在桁架上弦節(jié)點(diǎn)區(qū)域?qū)��?yīng)內(nèi)加勁或靠近內(nèi)加勁的位置，以確保桁架上弦的局部受力要求。主桁架安裝時(shí)，對(duì)接口設(shè)置卡馬，自由端設(shè)置側(cè)向穩(wěn)定風(fēng)繩，桁架下弦下翼緣板與支頂裝置焊接固定。對(duì)于首件吊裝的主桁架，待所有固定措施和側(cè)向穩(wěn)定措施做好后，再進(jìn)行緩慢松鉤，以確保首件吊裝的主桁架的安全和支撐塔架的安全。
   3.3.3合攏技術(shù)
   國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程量大，結(jié)構(gòu)安裝需經(jīng)歷較長的時(shí)間跨度，為控制安裝過程的變形，減少結(jié)構(gòu)使用過程中的極限溫度變形和溫度應(yīng)力，在安裝主桁架的過程中，采用了分塊安裝法，即先將各分段主桁架在高空依次拼接為四個(gè)對(duì)稱、均勻布置的獨(dú)立板塊，然后再將各獨(dú)立板塊連成一個(gè)整體，這一分塊連成整體的過程就叫做合攏。為確保合攏段施工過程中的安全，合攏段安裝就位后，除設(shè)計(jì)要求的合攏口不進(jìn)行焊接連接外，其它接口部位均及時(shí)焊接完畢，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。同時(shí)，為確保合攏口在施工過程中因溫度變化而自由伸縮，合攏口采用卡馬搭接連接，卡馬的大小和數(shù)量根據(jù)該接口部位的受力計(jì)算確定。
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，結(jié)合設(shè)計(jì)提出的先行合攏構(gòu)件需納入后續(xù)合攏線合攏溫度要求范圍這一基本原則，國家體育場鋼結(jié)構(gòu)的合攏按合攏線依次進(jìn)行合攏，先進(jìn)行主桁架的合攏，再進(jìn)行立面結(jié)構(gòu)的合攏，主桁架合攏時(shí)，先進(jìn)行兩大施工區(qū)域內(nèi)部合攏線的合攏，再進(jìn)行兩大施工分區(qū)間合攏線的合攏，同一合攏線的各合攏口同時(shí)、同步合攏。為防止合攏時(shí)因溫度變化而產(chǎn)生過大的溫度變形和溫度應(yīng)力，選擇氣溫相對(duì)穩(wěn)定的情況下進(jìn)行合攏，即合攏安排夜間進(jìn)行。由于合攏口數(shù)量多，焊接量大，要在短時(shí)間內(nèi)將合攏口焊接完畢，難度較大。為此，實(shí)際合攏時(shí)，先將合攏口的所有卡馬焊接固定，然后再進(jìn)行合攏口焊縫的焊接。
   3.3.4卸載技術(shù)
   國家體育場鋼結(jié)構(gòu)受力體系為中央大開口的斜交桁架雙層網(wǎng)殼，表現(xiàn)出很強(qiáng)的空間非幾何線性作用。根據(jù)總體施工方案，結(jié)構(gòu)安裝階段，整個(gè)屋蓋設(shè)置了80個(gè)支撐塔架，作為主桁架安裝時(shí)的臨時(shí)支撐，主結(jié)構(gòu)安裝完畢后，再進(jìn)行卸載和拆除。國家體育場支撐塔架的卸載具有卸載總噸位大（達(dá)14000t）、卸載點(diǎn)分布廣、點(diǎn)數(shù)多、同比卸載量變化大及單點(diǎn)卸載噸位大等特點(diǎn)，為確保結(jié)構(gòu)的安全和整體外形，需控制各點(diǎn)同步下降。為此，采用液壓同步控制系統(tǒng)來進(jìn)行卸載。液壓同步控制系統(tǒng)采用一泵2頂方案，可多點(diǎn)同時(shí)頂升，也可單點(diǎn)動(dòng)作，控制精度高，達(dá)2-5mm。該系統(tǒng)主要由兩部分組成：液壓系統(tǒng)和電子監(jiān)控系統(tǒng)。開始工作前，首先將要控制的78個(gè)點(diǎn)分成10個(gè)區(qū)域，分別由10個(gè)區(qū)域控制器來進(jìn)行集中監(jiān)控，工作過程中，通過人來直接操作預(yù)裝在泵上的3位4通手動(dòng)換向閥來控制油液的流向（即負(fù)載的升降）。同步頂升控制器接收安裝在油缸邊上的與重物相連的傳感器所發(fā)出的信號(hào)，并將其送至區(qū)域控制器上，10個(gè)區(qū)域控制器再將處理后的結(jié)果送至中央控制器，直接顯示在顯示器上并提示每一個(gè)泵站的操作員進(jìn)行修正。
   對(duì)于大跨度空間結(jié)構(gòu)，卸載順序直接影響到支撐塔架的受力變化和結(jié)構(gòu)本身的受力轉(zhuǎn)換。不同的結(jié)構(gòu)形式，卸載順序也會(huì)有所區(qū)別，但總體原則是確保支撐塔架的受力不超出預(yù)定要求和結(jié)構(gòu)成形相對(duì)平穩(wěn)。根據(jù)多次計(jì)算分析的結(jié)果，最終確定由外向內(nèi)的卸載總順序，分七大步和35小步進(jìn)行卸載，并且在外、中、內(nèi)三圈支撐塔架各圈卸載過程中保持同步，三圈支撐每次卸載的位移同各點(diǎn)的最終總位移保持等比關(guān)系。

4  北京五棵松體育文化中心籃球館
   4.1 工程概況
   五棵松體育館為北京2008年奧運(yùn)會(huì)籃球比賽場館。體育館結(jié)構(gòu)地上6層（含1個(gè)夾層），地下1層，檐高高度為37.3 m，主體結(jié)構(gòu)為多層混凝土框架，屋架結(jié)構(gòu)為120m雙向正交魚腹式空間鋼桁架體系（見圖6）。
   鋼屋面桁架為雙向?qū)ΨQ布置，間距為12m，共有26榀。桁架截面形式為上弦水平、下弦魚腹式雙向受力桁架。桁架共有7種形式，支座處高均為6.3m，跨中高度從6.3m～9.3m不等，桁架設(shè)計(jì)要求起拱150mm。桁架中最重的一榀為163t，最輕的一榀為48t。桁架上下弦和腹桿桿件截面為箱形和H型。鋼屋架材質(zhì)為Q345C，最大板厚為50mm。屋面桁架有20個(gè)支座，其中屋架結(jié)構(gòu)四角的支座為固定鉸支座，其余16個(gè)支座為滑動(dòng)球鉸支座。
   4.2  工程難點(diǎn)及施工方案選擇
   4.2.1工程難點(diǎn)
   五棵松體育館屋面桁架為120m雙向正交魚腹式空間鋼桁架體系，單榀桁架跨度及重量都相當(dāng)大，施工難度大。由于建筑結(jié)構(gòu)以及地基承載力等現(xiàn)場條件不宜使用大型吊機(jī)，為保證鋼結(jié)構(gòu)桁架施工質(zhì)量、工期及結(jié)構(gòu)安全，采用了高空累積滑移的施工方法安裝。其主要施工難點(diǎn)如下：
   （1）桁架結(jié)構(gòu)雙向布置、下弦存在空間關(guān)系：由于桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙向受力體系，且下弦為魚腹形狀存在空間受力關(guān)系，地面拼裝、高空拼裝的空間關(guān)系控制難度較大，施工時(shí)要盡量保證空間的整體性。
   （2）施工時(shí)結(jié)構(gòu)受力體系變化大：本工程屋面桁架是由雙向正交的平面桁架組成的空間桁架體系。構(gòu)件在安裝滑移過程中，由于空間體系尚未形成，原雙向受力體系在安裝過程中為單向受力體系，對(duì)結(jié)構(gòu)的受力體系有所改變。另外，三滑道滑移施工使得中滑道（跨中）位置的桿件由原來的拉桿變?yōu)閴簵U，原設(shè)計(jì)中的部分桿件出現(xiàn)了失穩(wěn)情況，因此施工時(shí)必須采取相應(yīng)加固措施，保證施工過程中結(jié)構(gòu)桿件的應(yīng)力與撓度在許可的范圍內(nèi)。
   （3）滑移胎架設(shè)計(jì)難度大：桁架總滑移重量3500t，支撐胎架單點(diǎn)最大荷載達(dá)到3000kN，且滑移施工荷載為非固定荷載，滑移施工胎架設(shè)計(jì)分析難度較大。另外滑移措施結(jié)構(gòu)多與混凝土框架結(jié)構(gòu)存在關(guān)系，相關(guān)措施設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。
   （4）桁架滑移同步控制難度大：由于桁架總長120m，分為十次滑移，滑移同步控制難度較大。因此，桁架整體尺寸累積誤差控制難。
   4.2.2施工方案的選擇
   五棵松體育館屋面桁架為120m雙向正交魚腹式空間鋼桁架體系，構(gòu)件體型及自重大，受力復(fù)雜，同時(shí)綜合考慮工期緊迫、現(xiàn)場施工條件等因素，鋼結(jié)構(gòu)桁架安裝采用高空三滑道逐條累積滑移從北向難滑移方案。桁架弦桿分12m段加工制作，現(xiàn)場先地面拼裝成12m或24m桁架段，再在高空拼裝平臺(tái)上將南側(cè)三榀桁架組裝成120m跨整體，形成第一個(gè)滑移單元由北向南滑移，然后組裝下一榀桁架并將其與前面單元拼裝成整體，用三滑道六條軌道同步液壓推進(jìn)滑移法向南滑移12m，依次將10榀桁架高空組裝并累積滑移到位。
   4.3 施工技術(shù)
   4.3.1支撐體系設(shè)置
   由于滑移過程具有的力學(xué)特殊性—對(duì)于支撐體系來說滑移過程的荷載是一個(gè)變大小而且變位置的不確定量，支撐體系的設(shè)計(jì)考慮了可能出現(xiàn)的各種工況下的荷載組合。在建筑物北側(cè)設(shè)置的由兩排胎架支撐柱支撐的拼裝胎架用于高空拼裝。兩邊滑道支撐利用混凝土結(jié)構(gòu)中的柱頂圈梁改造而成，中滑道支撐胎架采用格構(gòu)柱與桁架結(jié)構(gòu)組成。胎架支撐柱的設(shè)計(jì)按照桁架的節(jié)點(diǎn)間距確定，每12m設(shè)置一個(gè)支撐立柱（見圖7）。
   4.3.2 高空累積滑移技術(shù)
   由于采用三滑道累積滑移施工時(shí)，原雙向受力體系變?yōu)閱蜗蚴芰Γ�原跨端支撐桁架變�(yōu)榭缍撕涂缰腥�點(diǎn)支撐，中滑道支座附近桁架腹桿發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。為解決桁架失穩(wěn)，在桁架詳圖轉(zhuǎn)化時(shí)對(duì)相應(yīng)腹桿進(jìn)行了加強(qiáng)設(shè)計(jì)，并對(duì)施工工況分析計(jì)算，對(duì)桁架進(jìn)行起拱。
   邊滑道各使用11個(gè)箱形梁制成的滑移托梁承托桁架結(jié)構(gòu)，中滑道由于各榀桁架下弦標(biāo)高不等，采用了11個(gè)不等高的滑移托座支撐桁架結(jié)構(gòu)。同時(shí)在滑移方向設(shè)計(jì)安裝了拉桿以及穩(wěn)定支撐以控制桁架下弦受力和變形。
滑移控制采用了油缸行程自動(dòng)控制結(jié)合榕柵位移傳感器閉環(huán)監(jiān)控人工測量映證的同步控制方法，結(jié)構(gòu)位移不同步值超過20mm時(shí)停止滑移，單動(dòng)油缸調(diào)平后繼續(xù)滑移。
應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)采用了光纖傳感器即時(shí)監(jiān)控屋面桁架弦桿、腹桿及滑道結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)力偏大桿件。并且為了方便觀測以及真正起到監(jiān)控作用，特別設(shè)計(jì)開發(fā)了一套監(jiān)控系統(tǒng)軟件，在滑移及卸載施工中起到了有效的指導(dǎo)預(yù)警作用。
   4.3.3 同步卸載技術(shù)
   采用分區(qū)域分步驟的同步卸載施工，卸載步驟是中滑道先卸載50mm，然后邊滑道卸載50mm,最后中滑道完全卸載。卸載全過程均采用位移控制。卸載過程中通過應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)檢控桁架結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化，以防止千斤頂超頂造成桁架結(jié)構(gòu)破壞。
5  結(jié)束語
   近年來，各國在研究大跨度鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式的同時(shí)，也在不斷地研究和提高大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)。目前，國內(nèi)外已有很多先進(jìn)的大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，我們應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場條件及工期安排選擇相應(yīng)的施工技術(shù)。選擇方案時(shí)，總體原則可參照如下：
   （1）對(duì)于跨度大，施工區(qū)域面積大且不規(guī)則的大跨度場館鋼結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場施工條件允許情況下，優(yōu)先采用分段吊裝方案，下設(shè)支撐塔架，結(jié)構(gòu)形成后整體卸載。對(duì)于桿件重量較輕的大跨度鋼結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場場地條件允許下和高空穩(wěn)定有保證的條件下，可采用高空散裝方案。
   （2）對(duì)于整體形狀規(guī)則及構(gòu)件種類單一的大跨度鋼結(jié)構(gòu)，優(yōu)先采用地面組裝、定點(diǎn)吊裝、整體滑移方案。
   （3）對(duì)于空間剛度較大，結(jié)構(gòu)體系內(nèi)部高差不大的大跨度超高鋼結(jié)構(gòu)，可采用地面拼裝與整體提升方案。
   （4）根據(jù)實(shí)際情況，可將幾種方案綜合利用，形成綜合安裝法，不同部位采用不同的施工方案。