钢结构(中英文),35(10),15-21(2020)
DOI :10.13206/j.gjgS 20060304ISSN 2096-6865
CN 10-1609/TF
杭州奥体中心综合训练馆钢结构施工关键技术
何㊀伟㊀谢董恩㊀郭振华㊀周观根
(浙江东南网架股份有限公司，杭州㊀311209)
摘㊀要：杭州奥体中心综合训练馆为2022年第19届杭州亚运会场馆之一㊂其地下钢结构具有构件重㊁截面形状特殊㊁施工条件复杂等特点；地上主楼外筒采用与地面呈56.3ʎ交叉编织的斜交钢管网格柱，网格柱直径大㊁数量多㊁构件重㊁现场定位难度大，特别是斜交网格节点的构造和受力复杂，存在较多的隐蔽焊缝和小夹角相贯焊缝，给加工焊接和现场安装带来很大困难㊂
结合其结构形式㊁工程重难点与施工现场实际情况，详细阐述了施工过程中的重难点及相应的解决措施㊂通过与土建施工密切配合㊁优化土建钢筋排布而减少钢结构与土建钢筋的干涉㊁合理组织施工顺序等措施解决了多专业交叉施工的影响；在复杂的施工环境中开辟了满足施工要求的环形施工道路；运用科学的吊装方法和稳定的临时措施保证结构在施工过程中的安全；采用了 计算机辅助全站仪 的数字化测量技术控制构件安装精度；在深化设计过程中通过大量的分析试验和研究，对斜交网格节点的
焊接要求做了创新性的优化，并通过有限元分析验证了优化方案的可行性；利用计算分析软件对钢结构施工过程进行了有限元仿真分析，根据仿真分析结果，确定钢结构施工过程中需重点监测的部位与环节，根据施工过程中悬挑部位构件的应力和位移，确定了以优先拆卸最不利支撑的原则逐点分级拆卸悬挑支撑㊂上述方法成功运用在该项目上，为类似钢结构工程提供了一定的参考和借鉴㊂
关键词：斜交钢管网格；斜交网格节点；双肢巨型椭圆柱
第一作者：何伟，男,1979年出生，高级工程师㊂Email:63842694@qq 收稿日期:2020-02-25
1　工程概况
杭州奥体中心综合训练馆(简称 综合训练馆 )位于杭州市萧山区杭州奥体博览城东南角，与规划中的奥体博览城双塔相邻，占地面积58864m 2，总建筑面积184533m 2，是2022年第19
届杭州亚运会场馆之一，内有体育训练㊁医疗㊁科研和配套的后勤服务与新闻会议中心，如图1所示㊂
综合训练馆地上共8层,1~7层层高均为
12.60m，第8层层高为10.50m，各楼层间均设有
局部夹层，结构屋顶标高为98.900m，地上总建筑
面积为106493m 2
㊂地下共2层，地下2层结构标
高为-12.800m，地下1层结构标高为-7.650m，地
下总建筑面积为78040m 2㊂
综合训练馆标准层平面尺寸84m ˑ84m，主楼
采用斜交钢管网格柱外筒+内钢框架+钢筋混凝土剪力墙的结构形式㊂钢结构主要包括双肢巨型椭圆劲性柱(地下)㊁斜交钢管网格柱外筒㊁内钢框架㊁
楼
图1㊀杭州奥体中心综合训练馆效果Fig.1㊀Comprehensive Training Hall of Hangzhou
Olympic Sports Center Rendering
层桁架及楼层坡道(图2)㊂双肢巨型椭圆劲性柱分
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边柱和角柱两种形式，柱脚标高为-7.550m；斜交
钢管网格柱外筒由与地面呈56.3ʎ角交叉编织的钢管斜柱㊁斜交网格节点㊁水平环梁组成；内钢框架主要由圆管钢柱㊁劲性H 型钢柱和钢框架梁组成；楼
层桁架共35榀，主要分布于各楼层悬挑构件之间；楼层坡道沿主体结构螺旋上升布置，坡道分上下两层，下层坡道两端与楼层钢梁连接，中部设有支撑柱；上层坡道吊挂于楼层梁下方
㊂
图2㊀杭州奥体中心综合训练馆钢结构示意
Fig.2㊀Steel structure of Comprehensive Training Hall of Hangzhou Olympic Center
2㊀施工重、难点和关键技术措施2.1㊀地下钢结构与土建结构交叉施工
地下钢结构大部分为劲性结构，在钢结构吊装过程中，需穿插进行土建钢筋施工㊁模板施工㊁混凝土浇筑施工等工序㊂是否科学㊁合理地组织安排多专业交叉施工，将直接影响到施工进度甚至施工质量㊂
故施工前必须根据不同施工阶段合理安排各专业的施工顺序，并仔细分析研究施工图，优化设计方案，细化工种工序，尽可能减少专业间的干涉与交叉㊂
本工程先进行核心筒钢结构施工，再进行核心筒外部钢结构施工㊂土建在绑扎地下2层结构钢筋时，对双肢巨型椭圆柱㊁内钢框架圆管柱及核心筒H 型劲性钢柱的预埋件进行预埋；待地下2层混凝土结构施工完成且混凝土强度达到75%后，采用汽车吊在结构底板就近对H 型劲性钢柱㊁内钢框架圆管钢柱和双肢巨型椭圆劲性柱等进行吊装㊂
在钢结构深化设计阶段与土建单位㊁设计单位密切沟通配合，分析钢筋与钢骨梁柱的干涉情况，优化土建钢筋排布，以 能绕则绕，能锚则锚 为原则，尽量减少土建与钢结构的干涉㊂本工程核心筒内H 型劲性柱和圆管柱，由于柱截面较小，钢筋遇到钢骨时采用钢筋绕开和钢筋弯锚两种方式处理(图3)，减少了交叉作业
㊂
图3㊀钢筋排布优化示意
Fig.3㊀Diagram of steel reinforcement arrangement optimization
2.2㊀地下钢结构施工阶段交通组织
地下钢结构构件重量重，尺寸大，现场施工环境复杂，布置合理的施工通道非常关键㊂在钢结构施工前，现场仅在南侧有一条栈桥坡道通到主楼地下
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室底板，无运输车辆与吊车行走道路㊂为便于施工
顺利进行，根据现场塔吊布置情况结合现场施工需
要，在主楼外围地下室底板上预留了一圈环形施工
通道，通道宽为8m，转弯半径不小于15m，作为钢结构的主要施工道路㊂并通过对地下室底板承载力
进行验算，使其满足施工吊装要求㊂
杭州汽车网环形施工通道范围内有16根混凝土柱，为了不影响交通，此16根混凝土柱在地下钢结构施工期间暂不施工，且柱预留突出底板面钢筋长度不超过30cm并向柱内弯折，保证车辆可正常通行㊂完成地下钢结
构安装后方可进行该部分混凝土柱的施工(图4)㊂
图4㊀综合训练馆地下施工通道示意
Fig.4㊀Underground construction passageway diagram of Comprehensive Training Hall
2.3㊀双肢巨型椭圆劲性柱施工
双肢巨型椭圆劲性柱分边柱和角柱两种形式，边柱12根，角柱4根，柱脚标高均为-7.550m，柱长度为8.723m，单根角柱吊装质量为52.6t，边柱为52.5t㊂钢柱支撑整个钢外筒，为结构的重要受力构件，柱顶与主楼外筒斜交网格斜柱对接相连，故安装精度至关重要，且钢柱不宜分段，构件重，施工难度较大㊂
为保证安装精度，施工前必须对原始控制线复核后再放线㊂为减少预埋锚栓在钢筋绑扎及混凝土浇筑过程中的偏移，用钢板和角钢等材料制作刚性定位支架，支架下部与地下室底板的钢筋固定，形成一个稳定且满足施工阶段刚度要求的体系㊂
钢柱吊装前，在牛腿节点处粘贴了全站仪专用的反光标靶，采用300t汽车吊将整根钢柱一次吊装至+0.840m标高处，与预埋锚栓和支架固定，利用柱底板下部调节螺母对钢柱标高和垂直度进行调节㊂同时在地面控制点处安置数台0.5s㊁1.0s级全站仪，同步观测标靶的三维坐标，实时测量空中吊装过
程中的坐标㊂待两根相邻钢柱吊装完成并定位合格后，吊装钢柱之间的劲性钢梁并将其栓焊连接，及时形成稳定体系㊂
由于钢柱截面大，柱底板尺寸受到限制，柱脚锚栓不能按常规方式在柱身外部设置㊂为了解决这个问题，在深化设计时考虑将柱脚锚栓设置在柱身内部，同时在锚栓对应位置的柱壁上开设宽150mm㊁高200mm的操作手孔用来安装垫板与锚栓螺母㊂
由于该钢柱为劲性钢管柱，且内灌混凝土，故安装完成后该操作手孔无需封补(图5)㊂
2.4㊀斜交钢管网格柱外筒钢结构施工关键技术综合训练馆单体钢结构质量达26000多t，地上钢结构主要划分为斜交钢管网格柱外筒㊁内钢框架㊁楼层坡道及楼层桁架四部分，现场主要采用3台ZSC1000塔吊进行吊装，超过塔吊起重性能的，采用1台160t汽车吊配合吊装㊂以下主要介绍斜交钢管网格柱和斜交网格节点的施工关键技术[1-3]㊂
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图5㊀双肢巨型椭圆劲性柱示意
Fig.5㊀Diagram of double giant elliptical stiffness column
2.4.1㊀斜交钢管网格斜柱
综合训练馆外围采用斜交钢管网格柱结构，上下两层钢管斜柱之间由斜交网格节点连接，钢管斜柱随楼层增高壁厚和管径逐渐减小㊂施工时，钢管斜柱按一层一段采用ZSC1000塔吊进行吊装，最大吊装重量189kN㊂
斜柱采用两点吊装，运用自行研发的 计算机
辅助全站仪 的数字化测量技术控制安装过程的定位㊂吊装前，事先在管口处粘贴反光标靶，吊装过程中，将多台0.5s㊁1.0s 级全站仪安置在地面控制点
处，同步观测标靶的三维坐标㊂将测量坐标值输入计算机，与设计坐标值自动进行比对并生成差值，实时指挥施工人员调整斜柱位置㊂斜柱轴线投影应与下部各层斜柱轴线投影重合㊂
为便于调节斜柱吊装时的角度，在钢丝绳上配
备了15t 的手拉葫芦辅助吊装㊂吊装就位并精确校
正后，及时拉设缆风绳并在斜柱中部位置用ϕ180ˑ10的圆钢管临时支撑固定，同时将临时连接耳板紧
固并施焊(图6)㊂
2.4.2㊀斜交网格节点
外筒上下层钢管斜柱采用斜交网格节点连接，节点主要由四个斜钢管牛腿和两个H 型钢牛腿组成㊂中部节点共100个，角部节点共12个，最大节点单质量为21.5t，随楼层增高节点牛腿壁厚和管
径逐渐减小㊂
斜交网格节点是外筒结构的关键节点，其构造特殊，存在较多的隐蔽焊缝和小夹角相贯焊缝㊂设计单位对该节点的连接焊缝非常重视，所有焊缝均希望做到一级全熔透焊缝㊂而斜钢管牛腿外壁与节点钢板间的两面角仅33.7ʎ，钢管牛腿的壁厚最大为50mm，坡口后，相贯焊缝根部的最大深度达到
90mm，焊缝根部不满足焊接工艺要求㊂再则，由于
相贯焊缝在焊接时难以安放衬垫,
故焊缝根部难以注:L 为斜柱的分段总长度㊂图6㊀斜柱临时支撑示意
Fig.6㊀Diagram of inclined column temporary support
达到质量等级为一级的要求㊂
故在深化设计时，将此类节点作为重点分析研究对象，结合以往类似工程的实践经验，对小夹角相贯
焊缝问题与设计单位多次探讨，做了大量的分析计算工作并通过工厂反复焊接试验与评定，提出了保证节点焊缝可靠性的实施方案(图7)[4]㊂对于焊接空间允许的区域采用工人进入节点内部焊接的方式施焊㊂
网格节点的加工采用 化整为零㊁分部加工㊁整体组装 的制作工艺，即先把4只斜牛腿和节点箱体分别组拼好，然后将组拼好的5个单体进行整体组装，按要求焊接完成并检验合格后出厂㊂
钢柱最大斜交节点单质量21.5t，随楼层增高
节点牛腿壁厚和管径逐渐减小，质量减轻，二层和三层节点较重，超出了塔吊起重能力，采用160t 汽车
吊吊装㊂
2.5㊀施工过程仿真分析[5]
由于结构在施工阶段还未形成稳定的受力体
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a 网格节点立面示意;
b 部分熔透区域(与竖向肋)组合焊缝大样;
c 斜钢管牛腿相贯组合焊缝示意;
d 部分熔透
区域(与水平肋)组合焊缝大样;e 斜钢管牛腿与水平肋相贯组合焊缝示意;f 斜钢管牛腿与竖向肋相贯组合焊缝示意㊂
注：图7b 中D ㊁E 值为标记象限点对应数据,D =t /2,E >t ，各值按相贯线渐变，部分熔透组合焊缝平滑过渡至全熔透区域,p 为允许焊缝不熔透的最大值；图7d 中A ㊁B ㊁C 值为标记象限点对应数据,A =5t 1/6-p ,B =t 1/6,C =t /2，各值按相贯线渐变部分熔透组合焊缝平滑过渡至全熔透区域㊂
图7㊀网格节点相贯焊缝焊接要求方案Fig.7㊀Requirement plan of grid joint intersect welding
系，其受力形式与设计阶段有很大的差别，需通过施工过程仿真分析确定钢结构施工过程中的重点区域或部位，控制构件的应力与位移，确定合理的施工方法，保证施工安全㊂
2.5.1㊀斜交网格节点有限元分析
通过对网格节点的有限元分析表明，设防烈度地震下节点构件的平均应力均小于钢材的设计强度，处于弹性工作状态(图8)
㊂
a  中部斜交网格节点;
b  顶部斜交网格节点;
c  角部斜交网格节点㊂
图8㊀网格节点应力云图㊀MPa Fig.8㊀Nephogram of grid joint stress
2.5.2㊀地下室顶板混凝土梁验算
钢结构施工时，汽车吊需上地下室顶板进行作业㊂故需先弹出汽车吊占位区域所有梁中心线，确保汽
车吊支腿支承于主梁上，梁与支腿间铺设路基钢板㊂根据施工图中梁截面信息计算，主梁可承受最
大弯矩为1395kN ㊃m ，可承受最大剪力为
1269kN ㊂在施工阶段荷载组合作用下，承受吊车
吊装最大荷载的主梁的最大弯矩值为448.8kN ㊃m (图9)，最大剪力值为829.9kN (图10)，满足汽车
吊上楼面吊装要求㊂
2.5.3㊀悬挑结构临时支撑拆卸分析
将临时支撑假定为结构的弹性约束，拆卸临时
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