吴起帆
海南第三建设工程有限公司 海南 海口 570100
摘 要：通过对某体育馆钢结构施工难点和质量控制重点分析，提出了“分区施工、流水作业，先主后次、内外进行，地面拼装、分段吊装，分步卸载、稳步成型”的施工思路，有效解决了该工程工期紧、场地小、结构复杂、精度高等难题，施工质量满足设计和规范要求。
关键词： 钢结构；桁架；焊接；质量控制；拼装精度
前 言：大型场馆项目施工过程复杂、难度高，每一个施工环节都至关重要，任何部位施工工艺处理不当位都会产生通病且有可能引发质量事故，本人结合亲身经历的体育场在建项目，钢结构施工时对质量控制的要点做如下分析。
1.工程结构概况
该体育场设计规模为 3万人，其上部钢结构为钢结构罩棚，呈弧形状，东西高、南北低，覆盖看台观众席(如图1）。体育场屋盖罩棚结构采用钢结构体系，南北长260m，东西长218m，整体成马鞍型，其中东西向罩棚顶部标高为40.5m，南北处罩棚顶标高为37.5m。屋盖由30组花瓣主桁架、环向桁架、封边桁架、径向桁架、环向系杆、单层网壳组成个受力的整体。屋盖罩棚通过成品铸钢铰支座和斜撑支承在看台柱柱顶，其中花瓣主桁架柱脚均落于5.9m标高混凝土楼层上结构30榀花瓣主桁架为主受力结构，环桁架将主桁架连成整体，通过封边桁架形成整体，单层网壳和环向系杆为金属屋面支撑主体结构，将屋面荷载传递至下部悬挑桁架及主桁架，再传递至下部基础。屋盖罩棚杆件形式主要为三角桁架+平面桁架+单侧网壳，杆件均采用圆形钢管。主结构材质为Q355B，最大板厚60mm。
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图1：体育场钢结构BIM模型
2.钢结构工程施工重点难点
2.1工程施工难点
( 1) 本工程体育场结构整体成马鞍型，造型独特，杆件空间定位，构造复杂，局部位置存在钢结构双曲构件，主要分布在花瓣主桁架弦杆上，其外形特点决定了其在生产过程中加工制作的技术难度。
解决措施：配备充足的产能，合理选择弯弧加工工艺，曲率、直径比大于30（S/D≥30）采用冷弯工艺，曲率、直径比小于（S/D＜30）采用热弯工艺；增强钢管弯弧精度控制；加强尺寸精度检验。
( 2) 体育场外部施工作业场地受限，未形成环形施工道路场地，与相邻单位工程（体育馆）衔接部位，土建结构限制吊车行走，外侧施工吊装作业半径大，使得施工较为困难。
解决措施：结合场地条件和结构形式，采用内外场地结合施工。西侧屋盖罩棚采用大型履带吊整体在场内拼装和吊装，东侧场地较好采用吊机，场内、场外组合吊装。
( 3)本工程桁架数量多，类型复杂，特别是花瓣主桁架，双曲造型，拼装精度控制要求高，同时场内场地有限，拼装施工大部分在场内进行作业，场地紧张；此外现场不同专业交叉施工影响大，合理规划构件堆场和拼装场地是保证桁架拼装的关键。
解决措施：根据总包现场平面布置和施工方案，做好钢结构施工部署，制定详细合理的各专业交叉和穿插施工计划，保证不同专业施工作业面和堆场合理搭接，施工过程中做好堆场动态调整和场地移交工作；对拼装场地进行压实、平整和硬化处理，并铺设钢板保证拼装过程基础的稳定性，同时设置高度可调节的拼装胎架，在桁架整体焊接前进行调整；本项目存在大量的平面桁架，部分宽度较小桁架采用工厂组拼方式，整榀出厂保证了拼装精度和现场进度。
（4）焊接点多、焊接量大，如何组织焊接施工，保证全部焊接施工质量达到规范要求，是现场焊接质量控制的重点。
同时，本工程高空焊接作业多，桁架嵌补杆件和网壳分块安装对接均为高空、悬挑临边施工，焊接作业条件复杂，如何设计高空焊接作业平台，保证焊接施工条件，是现场焊接控制质量重点。如何控制焊接变形、消除残余应力、防止层状撕裂和焊接缺陷是现场焊接质量控制的重难点。
此外，海南雨季为4-9月，年平均相对湿度为78%，雨季持续时间长，空气湿度大对焊接质量控制不利，如何保证雨季、潮湿天气焊接质量，是现场焊接质量控制的重难。
解决措施：工程开工前做好焊接工艺评定工作，对参加本项目焊接人员进行统一技术培训并实操测试，实操测试在施工现场执行，实操测试的环境需与现场实际施工环境相同，包括焊接防护措施均与现场相同，实操的焊接位置、焊接坡口、预留间隙、焊接板厚、材质等与项目内容相近。在焊接施高峰期，利用在周边省市的劳务储备力量，抽调足量优秀焊工参与本项目施工。
高空嵌补杆件焊接施工用我企业标准焊接吊篮，吊篮挂设完成后需经安全管理人员验收后使用。在桁架下弦满铺安全网，拉设安全绳，提高焊接操作人员安全性。
为了减少焊接收缩应力，让焊接的收缩变形始终可以自由释放，对边杆件大截面对接焊缝安排3名焊工对称等速焊接。焊接顺序的选择应考虑焊接变形的因素，尽量采用对称焊接，对焊接变形量大的部位应先焊，焊接过程中要平衡加热量，减少焊接变形的影响。
雨季室外焊接时，为了保证焊接质量，雨天室外施焊部位搭设防雨棚，没有防雨措施不得施焊。焊条在使用前须用烘箱烘焙，适当烘焙温度降低焊条的含氢量。焊中或焊后进行脱氢处理（把焊件加热到一定的温度，促使氢扩散外溢）。
（5）体育场为大悬挑钢结构体系，大悬挑钢结构在荷载和自身重量作用下产生变形，导致钢结构制作与安装尺寸有所变化。体育场长达260m，周长约750温度效应对结构变形影响较大
解决措施：通过对结构施工过程进行计算分析得到自重和荷载作用下的变形值，在深化设计阶段对结构进行预变形处理，保证后续的安装精度。在结构南北两侧设置两道合拢缝，减小温度对施工精度的影响。合理进行桁架分段，合理布置吊装支撑胎架，确定合理的安装顺序及焊接顺序，减少因安装顺序或焊接顺序不当造成的桁架异常变形。
3.施工质量控制措施
3.1分区施工、流水作业，先主后次、内外进行
本工程罩棚钢结构系统呈椭圆形，且总体沿 X、Y 轴对称。根据工程结构特点和罩棚钢结构系统的布置情况，现场安装时，按东区和西区两个施工区段顺时针推进施工。整体采用分区安装、分区卸载的方式进行连续流水作业。桁架采用搭设支撑架分段吊装，网壳采用分块吊装施工。东西区整体安装完成时，保留合拢缝附近临时支撑，待罩棚钢结构全部安装完毕后再进行整体合拢。
根据罩棚钢结构的布置情况和结构形式，各个区域流水施工时，按照先措施后结构、先支撑柱与主桁架，后环桁架、次桁架及其他次结构的顺序，内、外同时进行施工。 为增加施工作业面，提高大型吊车的使用效率，加快施工进度，实际施工时，内圈分五大施工作业线： 即桁架地面拼装作业线、支撑胎架加工与安装作业线、主桁架安装作业线、次桁架及其他屋面构件安装作业线、高空焊接作业线。外圈也分五大施工作业线： 即桁架地面拼装作业线、边桁架及支撑柱安装作业线、主桁架肩部段与外环桁架安装作业线、立面网格安装作业线、高空焊接作业线。
3.2地面拼装、分段吊装，分步卸载、稳步成型
考虑到罩棚钢结构的结构形式及各构件之间的节点构造，经过分析现场就近搭设拼装胎架，地面拼装，每个花瓣主桁架分4段进行吊装，每个花瓣中的网壳分2块吊装，高空成型。
为确保体系稳定，钢结构安装前，进行了电脑模拟计算，设计承载力满足施工荷载及便于施工操作的临时支撑塔架，待整个罩棚钢结构安装、焊接完毕后再分区、分级分步卸载，确保罩棚钢结构体系的稳步成型。
3.3拼装精度保证措施
( 1) 根据现场施工条件和起重条件，空间桁架采用正拼，平面桁架采用平拼。拼装胎架间距不宜过大，以保证桁架在拼装过程中有足够的支撑点，避免桁架因自重变形而影响拼装精度。胎架下部地面必须平整压实。
( 2) 拼装胎架位置需避开焊接接点的位置，最小高度。
( 3) 桁架上下弦对接处，在工厂制作时预留3mm左右焊接收缩余量，同时装设内衬板，以保证对接光滑，焊缝平整。
( 4) 拼装完毕后焊接前应进行全面的尺寸检查，避免拼装过程中因地基的局部沉降而影响拼装精度，如发现个 别点位出现偏差，应采用千斤顶和斜坡垫进行调整。
( 5) 焊接前对拼装构件进行检验，特别是坡口质量检查，确保坡口间隙和坡口角度符合设计及焊接要求。焊接时，实施多人对称焊接，焊接量大的部位应先焊接，最大限度减少焊接变形。
( 6) 桁架拼装结束后，应进行外形尺寸检查，以作为安装就位的依据和后续桁架拼装的参照依据，避免误差累积。
( 7) 由于主桁架分段进行拼装，故必须严格控制分段点的尺寸精度，以确保主桁架分段高空能够顺利进行对接，避免出现错口现象。
结构变形监测分析情况。
结束语：
该项目期短，结构跨度大，施工难度大，施工时需采取有效措施控制了构件的变形，结构各节点位移能满足设计及规范要求，为大跨度体育场钢结构施工提供了一个典型的范例。
参考文献：
［1］JGJ 61-2010，网壳结构技术规程［S］．
［2］中国计划出版社出版，GB50205-2020，钢结构工程施工质量验收规范［S］．
［3］中国建筑工业出版社，《建筑施工手册》( 第四版) ［M］．
［4］中国计划出版社出版， GB50755-2012，钢结构工程施工规范［S］．