加蓬4万人座国家体育场钢结构罩棚施工研究:钢结构罩棚
时间：2019-05-01 03:25:29 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】针对加蓬4万人座国家体育场罩棚超大跨度钢结构施工，结合当地气候及资源情况，采用在近地面拼装焊接主拱中间2/3段和环梁全段，再整体提升到位合拢、落架，项目组不断优化施工方案，具体实施中充分考虑与土建等分包配合施工问题，采用现代化监测手段确保整个过程安全，确保了2012非洲杯的成功举行，又为企业创造了良好的社会和经济效益。
【关键词】钢结构罩棚；超大跨度；旱季；提升；交叉作业；现代化监测手段
1 工程概况
1.1 工程简况
加蓬国家体育场设计规模4万人座，单体建筑包括4万人座的体育场看台1座，售票室7座，预留400M跑道的足球场1块，手球、网球、排球、篮球场地各1块，训练场地附属用房1座。体育场设有四个看台，其中仅东、西看台设钢结构罩棚，南北为露天看台，不设罩棚。
1.2 钢结构罩棚主要结构形式
四个看台主体结构均采用现浇钢筋混凝土框架结构，钢结构罩棚分东、西两片，分别由钢结构大拱架、外圈环形桁架、V形支撑柱和螺栓球节点网架组成，拱架拱脚和V形柱柱脚落地，与看台主体结构完全脱离。罩棚屋面围护结构主檩采用方钢管，次檩采用C檩。
东看台拱架跨度为272m，矢高47.5m，罩棚覆盖面积为10000㎡；西看台钢拱跨度为316m，矢高63.2m，罩棚覆盖面积12000㎡。钢结构和钢筋混凝土结构基本脱开，二者都是独立受力体。本工程钢拱为同时期世界最大跨度钢拱。
1.3 场地气象及周边情况
加蓬地处赤道两侧，炎热湿润，全年气温变化不大，年平均气温26℃。每年1月中旬～5月中旬为大雨季，从5月中旬到9月是大旱季，10月～12月为小雨季，12月～翌年1月为小旱季。年平均降水量2000～3000mm。沿海是全国降雨量最多的地区。
体育场占地约34.3公顷，红线长约2.4公里，建于非洲加蓬首都利伯维尔市阿贡杰地区，建设场地位于机场滨海路2.5公里，距离机场4公里，西距大西洋海岸约3公里。
2 工程特点分析
2.1 超大跨度钢结构实施方案分析
本项目由二个大跨度的钢结构屋盖罩棚组成，其中西看台的钢结构主拱水平跨度达到316米，矢高63.2米，东看台主拱水平跨度为272米，矢高47.5米，为同时期最大跨度，施工难度高。尤其是在露天拼装焊接作业受气候影响较大的情况下，如何在有限的旱季时间内完成拼装焊接是关键。实际施工中，为满足工期缩短4个月后对钢结构工期的要求，结合现场气候情况及当地资源情况，考虑到高空焊接难度高、危险性大、周期长，因此采用在近地面拼装焊接主拱中间2/3段和环梁全段，再整体提升到位，主拱与边跨合拢，环梁与主拱合拢，高空拼装部分网架，最后落架使钢构完全自行受力。
2.2 与土建、安装等其他专业交叉作业无法避免
由于本项目为加蓬举办2012非洲杯兴建，工期要求高且当地雨季对钢结构施工影响极大，钢结构施工与土建、安装等其他专业交叉作业、配合施工无法避免，增加了钢结构施工难度。有效组织、精心策划、预案在先才能保证工程的有效实施和顺利进行。
2.3 采用现代化监测手段加强对钢结构施工安全监测的必要性
根据本工程的结构特点及施工方案，钢结构施工风险较大的包括以下几点：①钢拱架整体提升时，提升塔架的安全与稳定，钢拱架本身的安全与稳定；②合拢时，选择合适的合拢温度及杆件的长度，以使运营期间钢拱架的内应力最小；③卸载时，可能由于变形不协调使得提升塔架发生局部受力过大，失稳；④内环桁架提升时，临时支撑及桁架本身的安全与稳定；⑤内环桁架卸载时，临时支撑及桁架本身的安全与稳定。
本工程施工过程跟踪监测，目的在于全面跟踪罩棚在各个施工阶段结构和构件的重要工程参数，主要包括构件的应力和变形。根据监测结果，给出全过程监测记录，进行分析计算，以达到给现场施工以指导性建议，对施工过程中的结构状况进行预警，以确保工程安全顺利的进行。
3 工程实施效果分析
3.1 优化钢结构实施方案，圆满完成超大跨度钢结构施工
确定了上述钢结构实施总体方案后，项目组结合境外施工实际及当地气象条件，对关键工序钢结构施工作了进一步优化，通过增加大型起重设备，将原大型钢结构高空小件拼装施工方案改成采取地面预拼成大件，大机吊装和部分节段整体提升方案，增加施工设备，将原来逐个施工改为适当的交叉作业，同时考虑现场采用部分气体保护焊加快焊接速度，尽早完成钢结构，为体育场地施工创造条件。
实践证明，项目组所采取的具体实施方案圆满完成了超大跨度钢结构施工任务，顺利确保了工程实施关键节点，保证了工程质量，钢结构一级焊缝共计427条全数检查，一次返修合格71条；二级焊缝共计1316条20%检查，计检339条，一次返修合格12条。
3.2 土建、安装等相关专业通力配合，确保了钢结构的顺利实施
在钢结构实施过程中，与土建、安装等相关专业交叉作业、配合施工需要有效组织、精心策划、预案在先，才能确保钢结构施工顺利进行，避免不必要的麻烦、返工，增加施工难度和影响现场施工安全，具体如下：
a) 通过图纸深化，项目组发现西看台边环梁与西看台南北两端室外楼梯结构之间间隙很小，只有几公分距离，为了确保边环梁整体提升一步到位，避免不必要的麻烦和返工，通过与土建专业的沟通协调，项目组果断确定西看台南北两端室外楼梯后施工为钢结构关键工序施工创造有利条件；
b) 本实施方案所采用的液压提升措施，需要为提升塔架、缆风绳等在体育场看台结构中预留洞、预埋件，这需要钢结构与土建专业通力配合，放准预留洞、预埋件位置，做好各项施工措施，确保所采取措施合理有效，同时尽量减轻后续施工难度，确保工程质量；
c) 主拱和边跨合拢需要大型起重设备近场施工，通过与土建专业沟通协调，对南北看台施工流水做适当调整以留出施工通道确保大型起重设备能够准确就位，保证主拱和边跨的顺利合拢；
d) 罩棚V型柱排水需高空作业、施工难度大，钢结构与安装专业需全力配合，发挥各自优势，尽可能降低施工难度，保证施工顺利进行。
3.3 采用现代化监测手段确保了钢结构整个施工过程安全
项目组采用现代化的监测设备，在提升过程中对钢拱、边环梁、提升塔架等工况进行了重点监测，采集了各钢结构部件应力、变形、沉降等数据并进行科学分析，通过现代化的监测手段对钢结构提升和落架过程进行监测，监测提升架的稳定性和变形情况，拱的变形情况，确保了整个过程的安全。
4 结语
在本次超大跨度钢结构罩棚施工实践中，项目组结合工程实际和当地气候、资源情况，不断优化和完善超大跨度钢结构施工方案，在具体实施中，充分考虑钢结构施工与土建、安装等其他专业施工的交叉作业和配合施工，采用现代化监测手段确保整个过程的施工安全，既保证了工程质量、安全、进度，确保了2012非洲杯的成功举行，又为企业创造了良好的社会和经济效益。
作者简介：
陈林志（1977-），男，工学、文学双学位，工程师。
