浅谈大型体育场馆的钢结构技术

摘要:随着科学技术的进步和发展，大型体育场馆一般采用先进性钢结构技术进行工程的施工，这在很大程度上对于保证工程质量、保证体育场馆景观具有很大作用。本文以国家体育馆、广州体育馆的工程概况和特征作为研究对象，其安装施工技术由于自身的先进，并且都是在经过一定的科学测量定位后，提高了工程的施工质量和施工效率，解决了这些大型的体育馆工期紧张的问题，圆满完成了施工任务。

关键词:大型体育场馆；钢结构；技术重点

大型体育场馆一般具有跨度大、精度高、钢结构十分复杂等综合特点，所以其施工难度很大，对其施工需要经过严密充分的准备过程，并在施工中加大技术支持、人员支持，才能充分发挥大型体育馆对扩大社会效益和市场效益的巨大作用，一般来说，由于技术和施工环境的限制，使工程在施工等方面面临着巨大的问题和挑战，本文选取国家体育馆、广州体育馆作为研究对象，首先介绍了这两个大型体育场馆工程的施工状况和施工的重点难点，简要介绍体育馆主场馆钢结构屋架安装工程的施工情况。从工程建设的过程和实施的结果来综合监测工程的钢结构方案是否能够满足施工需要并科学进行。

一、国家体育馆钢结构技术的施工状况

国家体育馆是奥运会手球、体操等项目的进行地点，是北京奥运中心区的三大主场馆之一，作为一座具有国际先进的大型体育馆，为了充分体现绿色、环保、节俭的奥运东道主精神，在充分满足建筑功能和外观造型的前提下，做到合理设计建筑结构，并更好的考虑体育馆内部的安全问题。建成后将成为目前世界同类结构中跨度最大的双向张弦桁架结构，国家体育馆的钢屋盖结构形式为单曲面双向张弦桁架结构，上弦为正交正放平面桁架，下弦预应力张拉索，穿过钢撑杆下端的双向索夹节点，形成了双向的空间张拉索网。

体育馆的总体结构由比赛区、热身区、附属房、地下车库组成。在体育馆的结构体系当中，比赛区屋盖结构的下弦每跨横向和一些部分的纵向地点布置了钢索，中间的撑杆与上层网格结构形成有一定竖向刚度和自身承载能力的结构形式，这样便构成了体育馆屋盖的整体空间结构。在受力方面，工程双向张弦桁架兼具双向交叉桁架与预应力结构的双重特征，桁架四边支承，属于典型的空间双向传力系统，在内力分布上，板跨中弯矩大，支座处弯矩小，短边横向传力大，长边纵向传力小,角部及附近支座受到整体结构的影响使其一直处于受拉状况。钢索预应力的数值从中央部分向两边递减，索截面及预应力值分布与正交正放桁架结构的内力分布相互一致。张弦索对桁架整体结构对整体的体育馆钢结构的结构性能有很大的改善作用，结构角部支座拉力降低，其张拉过程索力十分且安全性能高。在屋盖结构上，其下弦横向由9～22轴14榀和纵向E～M轴8榀来进行钢索的布置，纵索在采用单索，横索在下用双索结构。纵向侧边5榀桁架不布索、横向侧边2榀不布索。圆管撑杆上端与桁架结构的下弦用万向球铰节点进行连接，下端与索采用夹板节点连接，索端与钢结构相连处设计为铸钢节点。

二、广州体育馆钢结构技术的施工状况

广州体育馆是第九届全国运动会的主要场馆，位于新广从公路旁东方乐园南侧，是目前国内跨度最大的体育馆钢结构屋盖，由主场馆、训练馆、大众活动中心构成，为钢筋混凝土结构，其屋架由纵向主桁架、辐射桁架、周边箱形水平钢环梁及支撑拉索组成。施工前采用了结构仿真技术，对安装方案每一工况进行了模拟验算,施工中搭设临时钢支撑,分段吊装、高空拼接成型。

广州体育馆在施工上的难点首先在其受力方面，其各构件的受力状况与设计受力状况不同，需在计算后进行施工；其次，吊装只能在场外进行，难度高，构件稳定性差；最后，其预应力钢索较多、拉力小且相互影响，加大了施工的难度。所以在施工上，广州体育馆在吊装设备的选择上选用了两台250t加强型履带吊机来进行构件的吊装任务，在进行钢环梁的安装时，首先将其进行分段，然后将其直接吊装到位，进行整体合拢调整后进行焊接。进行主桁架的安装时，采用分段吊装、高空拼接成型的施工方法首先通过设置临时钢支撑，将主桁架分段。并用大型履带吊机将各段吊运到钢支撑上空间拼接。并通过设计了专用调节结构将每一段主桁架吊装到位,在精确到位后进行焊接固定，确保了主桁架安装的顺利进行

三、体育馆钢结构的特点和施工要点

体育馆属于大跨度建筑物，其自身的外形、功能、用途、使用条件等因素决定了其结构方案可以采用梁式、框架式、球形网架以及悬挂―悬索式等内外部造型，体育馆的建筑采用高强度钢材，外形结构一般极具个性，并在施工中注意其屋架、吊天棚等建筑部分的施工问题。所以，体育馆在施工上，钢结构在进行临时支撑体系的安装时，一般经常采用搭设满堂式脚手架的手段，但是在体育馆之类的跨度较大的钢结构施工工程当中，却一般采用两圈贝雷架作为支撑的手段，这在满足体育馆功能的同时，并为后续钢构件的安装以及预应力施工奠定了坚实的基础，在很大程度上有效解决了利用满堂式脚手架支撑方法的问题。

在分层分级分批张拉实施方案上，首先需要确定分层张拉顺序，选择先张拉外层钢索后张拉内层钢索的方法或先张拉内层钢索后张拉外层钢索的方法，在此技术中，力的传导方向为屋架内层结构外层结构结构梁柱基础的方向，并且内层支承点在外层的上弦钢梁顶部、内层预应力的施加对外层结构未产生巨大影响，所以在预应力施加上，一般先使外层得到刚度，然后张拉内层钢索；在确定分级张拉时，一般考虑施加预应力的误差数值和分级张拉对钢屋架整体外貌和造型的作用和影响；分批张拉确定时，应保证每批钢索在张拉时其张拉力能够对称布置，最后需确定张拉相互影响程度，在确定过程中，需要采用ANSYS软件首先对整个施工过程进行相应的分析，主要是对分层分级分批同步对称张拉过程进行分析，最后得出内外层钢索张拉情况下各钢索索力及钢屋架起拱值等理论数据，并结合工程实际，将其投入达到具体的工程设计当中。施工监测是工程施工控制的基础，是确保结构在施工过程中安全并符合设计要求的重要手段。因此，在体育馆大跨度钢结构施工中建立完善的施工监测系统也是施工技术的重要要义之一。施工监测的主要包括变形监测、应力监测、温度量测等监督手段，变形监测一般是指采用测距仪、水准仪等工具对钢结构各个关键节点进行相应的控制观测。应力监测指的是采用钢弦式传感器或者高科技的光纤光栅传感技术实现远距离监测；温度量测指的是利用辐射测温法、电阻温度计测温法、热电偶测温法等方法进行长距离监测的活动。

总之，随着许多大型体育活动在我国的举行，国家对于大型体育馆的钢结构工程越来越重视，大跨度钢结构的体育场馆面临着技术等问题上的种种考验，本文首先分析了国家体育馆和广州体育馆的钢结构施工特征，并结合钢结构施工自身的特点对体育馆类大跨度钢结构的施工技术特征等问题进行讨论，希望对钢结构施工等问题提供一定的帮助。