徐 琳1，张 军2
（1．江苏工程职业技术学院建筑工程学院，江苏南通 226007；2．江苏中南建筑产业集团有限责任公司，江苏南通 226100）
[摘要]淮安体育馆钢结构屋盖是由双曲面桁架钢管拱及桁架拱之间的连接桁架组成的折板体系，屋盖以桁架钢管拱为主要受力结构，钢结构屋盖采用分段吊装施工方法，通过有限元方法对吊装施工过程进行数值模拟分析，验算桁架在吊装过程中支架和主体结构的安全性。
[关键词]体育馆；钢结构；屋盖；安装；数值模拟
[中图分类号] TU323.4 [文章编号]1002-8498(2016)08-0064-03
1 工程概况
淮安体育馆钢结构屋盖是由双曲面桁架钢管拱及桁架拱之间的连接桁架组成的折板体系，最大跨度为119. 53m，弯曲矢高30. 4m，工程效果如图1所示。
屋盖桁架和拱构件均为钢管截面，包括2榀四弦杆大跨度空间双曲管桁架结构和10榀两弦杆平面拱桁架，屋面檩条为H型钢结构。结构设计使用年限为50年，体育馆屋盖结构安全等级为一级，结构重要性系数y=1.1。屋盖主结构如图2所示。
2 屋面钢结构安装方法
根据钢屋盖结构的特点，提出了高空分单元拼装的总体安装方法，即在硬化后的地面上设拼装胎架现场拼装，空间双曲管桁架和平面拱桁架均在地面整体组装焊接完成，拆分成若干吊装单元后，分单元进行顺序吊装，最大限度降低管桁架结构在空间作业过程中资源的投入，有效降低施工成本。
3钢桁架结构安装和卸载顺序
1)钢结构屋盖采用分段吊装法施工，在桁架吊装之前临时钢支架必须搭设完毕，平台作业面、千斤顶等工作全部完成后方可起吊。结构拼装步骤为先吊装中间空间双曲拱桁架，再吊装其他各榀平面桁架。
2)钢桁架吊装采用对称、顺序的安装方法①第1步：从支座至跨中，对称安装空间双曲管桁架及之间的次桁架和杆件；②第2步：根据设计文件要求，选定合适的合龙环境温度进行空间双曲管桁架的合龙，安装合龙处构件及之间的次桁架和杆件；③第3步：对称安装空间双曲管桁架两侧的单榀平面拱桁架及之间的连接杆件，单榀拱桁架的安装顺序也是由支座至跨中，依据设计文件进行合龙；④第4步：顺序安装各单榀平面拱桁架，直至钢屋盖安装完成；⑤第5步：卸载、完成钢屋盖受力体系转换，结构成型。钢屋盖桁架安装顺序如图3所示。
3)钢桁架卸载 为了保证卸载时相邻支撑胎架的受力不会产生过大的变化，同时保证结构体系的杆件内力不超出规定的容许应力，避免支撑胎架内力或结构体系的杆件内力过大而出现破坏现象，保证结构体系可靠、稳步形成。该工程先卸载空间双曲管桁架的中间部分胎架，再卸载其两端胎架，然后依次卸载两侧单榀平面拱桁架至卸载完成。采用分区分级卸载的方法，每级同步卸载5mm。
4 临时支撑设置
临时钢支架平面布置如图4所示，设置支架的地方即桁架的分段点。支架可用于构件在吊装就位的临时固定，为空中拼装和焊接提供便利。
临时组合支撑胎架现场组装，镀锌螺栓连接，间距8m，在临时组合支撑胎架4个角设置1层钢丝绳+紧线器校正收紧，钢丝绳与地面连接处设置地锚，连接牢固，安装完成后测量钢支架的垂直度及上口标高，通过紧线器调整就位。
临时组合支撑胎架顶部设置可调式桁架搁置支撑点，可以对支撑搁置点标高尺寸在一定范围内进行调节。对于尺寸偏差较大，不符合临时组合支撑胎架标准节模数的位置，通过调整临时组合支撑胎架底座钢支架的高度来调节临时组合支撑胎架的支撑高度。
5 单榀桁架起吊验算
取跨度最大的一片桁架进行结构安全验算。根据吊装方案设计，在吊点位置分别设置2个连杆模拟吊钩。由于结构吊装持续时间较短，吊装时只考虑自重和风荷载作用。风荷载按施工控制风速考虑，基本风压取值为0. 2kN/m2，计算结果表明：构件无屈服现象，变形满足吊装刚度要求。吊装过程中，最大吊点反力为27kN，单榀钢桁架的吊装索具满足要求。
6钢屋盖施工全过程力学分析
根据上述拟定的吊装方法和吊装顺序．对钢屋盖的吊装全过程进行力学分析，提取钢屋盖在施工过程中的变形、杆件应力等，确保整个钢屋盖安装过程中的结构安全性。
6.1荷载说明
由于结构吊装持续时间较短，且仅有钢结构工程。故本次施工只考虑自重和风荷载。风荷载按施工控制风速考虑，基本风压取值为0.2k N/m2。施工阶段的主要荷载组合取为：①组合1：1.2自重+1. 4x向风荷载；②组合2：1.2自重+1.4y向风荷载。6.2验算结果
吊装阶段和卸载验算时，支撑架和钢管桁架结构底部约束均为固定铰支座，计算结果如表1和图5所示。
根据上述施工全过程力学分析结果可得：①吊装阶段主体结构最大应力比为0. 496，结构最大挠度为36. 8mm，整个吊装过程符合安全要求。②卸载阶段主体结构的最大应力比为0. 519，结构最大挠度为42. 1mm，整个支架卸载过程符合安全要求。
7 结语
本文依托淮安体育中心体育馆工程的工程实践，对由大跨度空间双曲拱桁架、单榀平面拱桁架作为主受力体系的空间钢屋盖结构安装、卸载等施工方法进行研究与分析，结论如下。
1)针对空间大跨度钢结构安装方法的选取，应结合结构的特点，合理选择安装方法。对于空间双曲管桁架、平面拱桁架的安装，可采用分单元吊装方法，可避免采用搭设满堂脚手架的传统施工工艺，减少高空作业的资源投入。
2)对于空间钢结构而言，应对结构的整体吊装过程、卸载过程进行施工力学分析计算，根据主体结构变形、杆件应力比等要求优化吊装和卸载方案，确保整个吊装和卸载过程的安全性。
3)空间钢结构的卸载应根据拟定的卸载方案进行，确保成型后结构的受力、变形等满足设计要求。
