杨 华， 张 恒, 黄金艳, 谢 飞

(1.中国建筑第四工程局有限公司，广东广州 510630;2.中建四局第三建设有限公司，四川成都 610041)

大型体育场馆，大都采用网架结构。网架结构具有重量轻，强度高，整体性能好等特点，所以得到广泛运用，特别是在大跨度建筑物中的运用。传统采用搭设满堂脚手架安装屋面网架的方式已经无法满足项目的安全、进度和成本等需求，网架拼装滑移是一种新型安装技术，场馆建筑造型各异，无统一的系统性解决方法，特别是大跨度的网架拼装滑移技术要求越来越高，给现场的施工带来了巨大的挑战。

本文以高新区体育中心多功能馆为背景，通过BIM技术对网架进行受力分析，得出所需预起拱值，再通过BIM技术模拟网架滑移，运用BIM辅助网架滑移交底，提前预知滑移过程中所能遇到的问题，提前处理，解决了大跨度屋面网架累计滑移技术的施工难题。

1 工程概况

某多功能馆屋盖平面呈六边形，横向最大跨度111.6 m，两侧分别悬挑15.9 m及21.5 m，纵向最大跨度86.4 m，两侧分别悬挑25.65 m。结构形式为正交正放四角锥双层焊接球网架，厚度5.0 m。网架沿看台外边缘设置多点支撑，支撑柱为混凝土柱，网架支座均采用成品单向弹性滑动支座，支座处标高22.8～30.2 m(图1)。多功能馆网壳为不规则的四角锥曲面网壳，结构安装精度控制难度大，需要计算出精确的网壳预起拱值，确定球节点拼装坐标，保证网架拼装精度，是本工程的重点。采用累计滑移施工方法，摈弃了传统的高空散拼装，避免搭设大量支撑脚手架，降低施工措施投入，节约施工成本，同时给网架下部建筑施工提供作业空间。对于平台位置的选择，滑移方向的确定，是本工程的重点。

图1 高新体育中心多功能馆屋面网架BIM模型效果

2 BIM技术进行网架受力分析

多功能体育馆，横向最大跨度111.6 m，竖向最大跨度86.4 m，东西两侧分别悬挑15.9 m及21.5 m，南北两侧分别悬挑25.65 m。利用BIM技术进行第一步到第十七步的模型计算(图2)，得出如下数据(表1)，最终结果分析：结构杆件最大应力比0.91<1，施工成型阶段结构跨中竖向位移较大(大于1.15×72=83mm)，因此需对结构进行预起拱，起拱值设定为20 mm。通过分步计算，得出了正确的起拱值，从而确定了球节点拼装坐标，保证网架拼装精度。

表1 网架变形、应力计算结果

图2 网架施工受力分析

3 BIM技术进行滑移方案模拟

多功能体育馆的网架滑移方案有两个预选择项，东西向搭设轨道进行滑移或者南北向搭设轨道进行滑移。通过BIM技术进行网架施工过程模拟分析。模拟安装完成阶段与设计坐标的相对下挠值，得到预偏数据，再根据轨道布置的原则：轨道布置在结构杆件节点较强的位置，如支座、杆件节点处等；轨道布置尽量利用原有的结构柱、梁进行架设；滑轨布置数量必须满足滑移施工状态结构挠度小于自重下设计状态结构挠度，最终确定如下滑移方案。

3.1 滑移平台搭设

滑移平台位宽度10 m，采用格构式支撑架搭设。吊装机械投入：4台塔吊，1台50 t汽车吊(图3)。

图3 模拟滑移平台搭设

3.2 滑移轨道布置

沿轴线布置三条滑移轨道，单个轨道长约130 m。两条轴线滑移轨道利用该轴线的混凝土柱与支撑架结合的方式搭设，没有混凝土梁的部位在轨道下方设置型钢轨道梁。另一轴线滑移轨道采用支撑架搭设，轨道下方设置临时支撑架和桁架式轨道梁。滑移轨道设置成折线形，接近网架下弦曲线弧度。滑移轨道结构在结构滑移过程中，起到承重、导向和横向限制支座水平位移的作用。轨道由滑移梁及挡块组成。滑移梁在滑移过程中起到承重作用。挡块规格为20 mm×40 mm×150 mm(材质Q345B)，焊接在滑移梁上，起到抵抗滑移支座推力作用。侧挡块焊缝采用双面角焊缝，焊脚高度不小于10 mm。

3.3 顶推点布置

多功能体育馆屋盖网架滑移共设置15个顶推点，6台顶推器(图4)。根据不同位置，将滑移支座分为四种类型。类型一为支座球顶推点；类型二为网架下弦杆(结构转换杆)顶推点，类型三为增设焊接球顶推点；类型四为K轴线焊接球顶推点(图5)；第一阶段滑移完成后，6台顶推器倒运至第二阶段使用。西侧全部滑移完成，东侧再安装3台顶推器。液压顶推器前端通过销轴与被推移构件上的耳板进行连接固定，用以传递水平滑移顶推力。连接耳板厚度为20 mm，材质Q345B。顶推点设置在网架下弦球节点处。在南北两个轨道上，由于网架网格不规则布置，下弦球与滑移轨道上没有处在一个水平线上，存在一定的距离差。需采取措施，设置转换杆件将网格结构通过滑靴落位到滑移轨道上。

图4 顶推点位布置

图5 三维模拟顶推点位

3.4 滑移分块及滑移方向

以拼装平台为界限，首先累积滑移平台西侧钢结构(由东向西累积滑移)，再累积滑移平台东侧钢结构(由西向东累积滑移)，最后补装平台区域钢结构。屋盖网架共分为12个分块，以平台为界，分为西、东两个滑移区域，西侧分10个分块拼装滑移，其中西侧的10个分块拼装滑移分为2×5个分块拼装滑移，先拼装滑移块1～5(图6)，滑移到位后再拼装块6～10,完成西侧滑移。东侧分1个分块拼装滑移(图7)，最后原位拼装平台处的第12分块，完成屋面网架的整体滑移(图8)。

图6 西侧1～5块整体滑移

图7 东侧分块滑移

图8 第12个分块拼装

4 结束语

高新区体育中心屋面网架结构采用BIM技术模拟计算，在场外集中加工，专业技术人员进行下料、卷制、对接头焊接等工作,实现了场外加工、制作的专业化，批量化。同时数字化模拟安装与验收技术，节约了大量的原材料、能源和劳动力，缩短了建设工期，节省了工程造价，降低了施工难度。该单项工程施工前，为解决上述难题，公司成立了超大跨度弧形屋面网架多轨道高空滑移BIM实施施工专题研究组，最终确定采用BIM技术模拟网架滑移整个过程，确定最优滑移方案，合理布置顶推点位，在取得设计院确认后反映至深化图纸上。

拼装时先利用BIM计算得出的预起拱值确定基准点，设置独立的轴线控制网，用可调节拼装胎架和活动定位装置确定拼装分区中心已修正坐标的起始端下弦球位置，安装固定后由此球节点向四周扩散进行组装，把网架拼装误差消除在每个单元内。大跨度屋面网架累积滑移施工技术，在大型场馆类建筑中有广泛应用前景，具有安全可靠，节约成本，节省工期等优点，符合绿色施工发展要求。