运河亚运公园乒乓球馆钢结构屋盖及墙面施工技术
2021-09-01吴晓宇蒋永扬孙立琦浙江中南建设集团钢结构有限公司浙江杭州310000
吴晓宇,蒋永扬,孙立琦 (浙江中南建设集团钢结构有限公司,浙江 杭州 310000)
1 工程概况
运河亚运公园项目为2022年第19届亚运会第一批新建场馆及设施项目,位于浙江省杭州市拱墅区,东至学院北路,北至留祥路(为城市干道),南临申花路,西至丰潭路,育英路在地块中部东西贯通。该项目由乒乓球馆、曲棍馆、全民健身中心组成,其中乒乓球馆占地面积为10131m,耐火等级为2级,屋面防水等级Ⅰ级,地下室防水等级1级,效果图如图1所示。
图1 运河亚运公园乒乓球馆效果图
乒乓球馆钢结构主要由屋面和墙面两部分组成,其中,屋面结构为正交正放四角锥双层网架结构,网架支座跨度为90m,网架节点形式为螺栓球+焊接球混合节点;墙面钢结构主要分入口门厅处玻璃幕墙,龙骨所用曲面斜交钢网格墙体及叠合金属幕墙,龙骨所用曲面正交钢网格墙体,连接节点为焊接刚性连接节点,具体构造形式如图2所示。
图2 运河亚运公园乒乓球馆结构图
2 施工过程所遇难题
2.1 屋盖吊装及卸载
该正交正放四角锥双层网架结构屋盖因体积大、重量大,在吊装时需使用到临时支撑,传统临时支撑对节点球固定效果差,同时,此种方法涉及到临时支撑架拆除前原结构卸载的问题,若卸载方案不当,很容易导致原有结构产生较大下挠度、局部杆件超应力、节点连接出现破坏,严重时甚至会导致结构崩塌。
2.2 屋盖与墙体连接
根据设计要求,正交正放四角锥双层网架结构与曲面斜交钢网格墙体、曲面正交钢网格墙体连接节点处需释放面内弯矩;同时,各曲面斜交钢网格墙体与网架屋盖面内中轴线不平行,均存在不同的角度,为保证节点的通用性及施工的便利性,需各曲面斜交钢网格墙架在与网架屋盖连接节点处,能绕自身截面外方向自由转动,致使连接节点设计难度大。
3 运河亚运公园乒乓球馆施工技术要领
根据运河亚运公园各方面的具体情况,对多种施工技术方案进行对比,确定该项目钢屋盖及墙面施工的总体方案如下:采用搭设临时格构支撑架,屋面网架分吊装单元块在地面胎架上拼装,450t履带吊站在外围进行吊装;玻璃幕墙龙骨所用曲面斜交钢网格墙体及叠合金属幕墙龙骨所用曲面正交钢网格墙体分成若干个吊装单元,在地面胎架上拼装,450t履带吊站在外围进行吊装。
其中,屋面网架施工时分成15个吊装单元,如图3所示。设置临时格构支撑架,450t履带吊站在外围进行吊装。乒乓球馆屋面网架施工时,根据划分的施工区域进行:施工一区(网架单元10、网架单元9、网架单元1、网架单元2、网架单元14、网架单元13)→施工二区(网架单元11、网架单元3、网架单元15、网架单元4、网架单元5)→施工三区(网架单元12、网架单元6、网架单元7、网架单元8),各区分块吊装单元吊就位后,及时进行补杆。
图3 网壳屋盖单元分布情况
屋盖吊装完成后,斜交网格墙面分成44个单元进行分块吊装,如图4所示,设置临时格构支撑架,450t履带吊站在外围进行吊装。乒乓球馆网格墙体施工,根据划分的施工区域进行,施工一区(单元 30、单元 31、单元 35、单元36、单元37、单元38、单元32、单元33、单元34、单元28、单元29、单元26、单元27)→施工二区(单元9、单元10、单元8、单元11、单元2、单元7、单元4、单元1、单元3、单元5、单元6;单元43、单元44、单元39、单元40、单元41、单元42、单元14、单元17、单元12、单元13、单元15、单元16、单元18、单元19、单元24、单元25、单元22、单元23)。各区分块吊装单元完成吊装后,及时进行补杆。
图4 钢网格墙面单元分布情况
4 球冠形网壳屋盖分段吊装并同步卸载技术
运河亚运公园乒乓球馆钢结构工程所用分块吊装并同步卸载技术,成功解决了正交正放四角锥双层网架屋盖分块吊装所用临时支撑卸载难度大的问题,该技术所用装置及现场应用情况如下:
4.1 网架屋盖分块吊装用定位及临时支撑稳定卸载装置[3]的组成
网架屋盖分块吊装用定位及临时支撑稳定卸载装置,由支撑架、连接底座1、带孔H型支撑梁2、垫块3、垫块限位螺栓4、U型支撑底座5、带孔焊板6、支撑限位板7、限位螺栓8、千斤顶相关装置9、顶推装置10、对中装置11组成。整体形式如图5所示。
图5 定位及临时支撑稳定卸载装置
其中,顶推装置10由固定卡框、支撑导板、导向滑槽、顶推杆、顶推板组成,具体构造形式如图6所示。
图6 顶推装置10
对中装置11由导向卡槽、引导块、调节杆、紧定螺杆、压紧盘、连板组成,其中,连板中部带有对中孔,具体构造形式如图7所示。
图7 对中装置11
4.2 网架屋盖分块吊装用定位及临时支撑稳定卸载装置的使用方法
4.2.1 网架屋盖分段高空对接
将网架焊接球按设计要求吊装并放置,在对接部分装置安装好后的支撑限位板7上。
4.2.2 同步卸载
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为保持整个结构同步卸载,每个吊装单元必须同时进行以下步骤的操作:
①卸载部分装置安装完成后,将千斤顶的行程调回1块垫板3的厚度值;
②将垫块限位螺栓4向下移动,移动至可抽离1块垫板2的位置,并通过顶推装置
10向外推出垫块2,使得垫块2方便抽离,然后将千斤顶的行程调回1块垫板3的厚度值;
③循环操作步骤B,直至焊接球与支撑限位板7自然脱落,卸载结束。
4.3 网架屋盖分块吊装用定位及临时支撑稳定卸载装置分布情况
图8 临时支撑分布情况
5 网架屋盖与曲面斜交、正交钢网格墙体精准连接技术
运河亚运公园乒乓球馆钢结构工程所用网架屋盖与曲面斜交、正交钢网格墙体精准连接技术成果,解决了屋盖与墙面连接难度大的问题,该连接技术所用连接节点具体组成形式及现场应用情况如下所示。
网架球节点与曲面斜交钢网格墙体之间连接节点由下部装置1、中部装置2、上部装置3组成,如图9所示。
图9 连接节点
下部装置1下部连接板1-1、下部销轴组件1-2组成。其中,下部连接板1-1共两块,分别预留有洞口用不销轴组件1-2的连接;两块下部连接板1-1焊接在曲面斜交钢网格墙体顶部,如图10所示。
图10 下部装置1
中部装置2由带孔螺纹构件2-1、旋转装置2-2组成。其中带孔螺纹构件2-1左侧预留有洞口,用于与下部装置1的连接,右侧螺纹杆用于与旋转装置2-2的连接,如图11所示。
图11 中部装置2
上部装置3由上部连接板3-1、上部销轴组件3-2、过渡板3-3、网架连接板3-4组成。其中,上部连接板3-1共两块,端部分别预留有洞口用于与上部销轴组件3-2及中部装置2的连接;网架连接板焊接在网架球节点处,如图12所示。
图12 上部装置3
根据运河亚运公园(原城西公园)项目乒乓球馆钢结构工程曲面斜交钢网格墙体结构特点,确定了采用该新型节点个数共76个,具体分布情况如图13所示。
图13 新型连接节点分布情况
6 现场应用情况
图14 现场应用情况
7 结语
随着很多机场、车站、体育馆等建筑的不断兴起,钢结构以其自重轻、整体刚度好、抵抗变形能力强等优势得以迅速发展,本文阐述的屋盖分块吊装所用定位及临时支撑稳定装置、屋盖与墙面连接结构及其施工技术要领,已成功应用于案例工程,解决了传统吊装用临时支撑卸载导致原结构稳定性能差的问题;降低了屋盖与墙面连接难度大的问题,可为同类工程提供参考。