大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》是內蒙古興泰鋼結構有限責任公司、內蒙古興泰建築有限責任公司完成的建築類施工工法，完成人是高海軍、賈俊傑、王喆。該工法適用於公共建築預應力承重拉索的鋼結構，如體育場、圖書館、會展中心等各種鋼結構的屋蓋，尤其適用大跨度、大空間、施工難度大、較複雜的公共建築。

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》的工法特點是巨拱結構在地面分單元整體拼裝有利於專業交叉施工，對土建專業影響較小。巨拱結構主要的拼裝、焊接及油漆等工作在地面進行施工，效率高，施工質量易於保證，降低了交叉作業及空中作業的危險性。

2011年9月，《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法
• 完成單位：內蒙古興泰鋼結構有限責任公司、內蒙古興泰建築有限責任公司
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
• 工法編號：GJEJGF089-2010
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要完成人：高海軍、賈俊傑、王喆

形成原因

鄂爾多斯市東勝全民健身活動中心體育場，其主要受力構件巨拱頂面標高為129米，跨度330米，總重量2600噸，拱與垂直面角度呈6.1°。該工程首次將橋樑工程中的索拱結構套用到建築工程當中，且拱與地面垂線傾斜6.1°，受力體系複雜，施工難度大，由於受運輸和整體吊裝因素限制，只能採取工廠加工現場拼裝。若採用常規的分件高空散裝方案，需在現場搭設大量的高空腳手架，高空組裝，焊接難度大，而且存在較大的質量安全風險，大量腳手架的搭設占用場地、占用工期，對吊裝及其他工種的穿插施工造成很大影響。借鑑中國國內大型鋼結構的成功經驗，採用“超大型構件液壓同步提升施工技術”吊裝主拱結構。將主拱分為5個單元，其中2個邊單元採用支撐架使用吊車進行吊裝高空焊接。中間3個單元採用地面焊接拼裝，組拼完成後用液壓同步提升進行吊裝提升（長度180米，重1600噸），將其提升到設計高度後進行傾斜偏轉至設計要求的6.1°，再與2個邊單元進行空中拼接合攏及預留後裝桿件的安裝。此種方法將有效的降低安裝施工難度，節約了成本，且質量、安全和工期均能有效保證。此方案經過組織多次專家論證，實施後效果良好，通過認真總結，形成《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》，為今後類似工程施工提供寶貴經驗。

工法特點

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》的工法特點是：

1.巨拱結構在地面分單元整體拼裝有利於專業交叉施工，對土建專業影響較小。

2.巨拱結構主要的拼裝、焊接及油漆等工作在地面進行施工，效率高，施工質量易於保證，降低了交叉作業及空中作業的危險性。

3.可最大限度地減少高空吊裝工作量，縮短安裝施工周期。構件加工運輸方便靈活，組裝快捷，易於保證質量。

4.採用“超大型構件液壓同步提升施工技術”吊裝鋼結構，技術成熟，有大量類似工程成功經驗可供借鑑，吊裝過程的安全性有保障。

5.液壓同步提升設備體積小、重量輕，機動能力強，倒運和安裝方便、可滿足重量大的構件提升要求。

6.採用爬升式提升塔架，可減少吊車作業時間，巨拱結構安裝完成後，拆卸不受場地影響，液壓同步提升動載荷極小的優點，使得臨時設施用量降至最小，降低了施工成本。

7.構件在地面拼裝，使用提升塔架吊裝，節約了腳手架的塔拆及租賃費用，節約了占用場地、縮短了工期。

操作原理

適用範圍

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》適用於公共建築預應力承重拉索的鋼結構，如體育場、圖書館、會展中心等各種鋼結構的屋蓋，尤其適用大跨度、大空間、施工難度大、較複雜的公共建築。

工藝原理

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》的工藝原理敘述如下：

利用有限的空間，有限的場地，較少的設備，地面組裝與空中拼接相結合，同步提升和不同步的旋轉相結合，控制偏轉角度，達到整體提升後的高度偏轉角度符合6.1°的設計要求。

施工工藝

• 工藝流程

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》的施工工藝流程如下：

場地平整→放線定位焊胎架→組裝焊接檢測→塗裝、安裝提升塔架→巨拱提升、調整角度達到設計6.1°的偏轉要求→整體提升達設計高度→主對接合攏段支撐→焊接合攏段→驗收塗裝。吊裝流程（見圖1~圖10）。

• 操作要點

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》的操作要點如下：

1.場地平整：根據需拼接巨拱的長度，中間支水平儀，將場地水平標高抄測到四周的水平樁上，人工鋪剷平整、夯實，在地面上鋪設20毫米厚度鋼板（沿胎架長度方向）。

2.放線定位焊胎架：根據坐標轉化後的x、y投影點投放到鋼板平台上，測量局拱標高及各交叉點的坐標點。形成田字形控制網，然後豎胎架模板及斜撐。胎架高度最低處應能滿足全位置焊接所需的高度，胎架塔設後不得有明顯的晃動狀。拼裝前，對胎架的總長度、寬度、高度等進行全方位測量校正，然後對桁架桿件的擱置位置建立控制網路，對各點的空間位置進行測量放線，設定好桿件放置的限位塊，胎架在完成一次拼裝後，必須對尺寸進行一次檢測覆核，符合要求後進行下次拼裝。焊接完成24小時後對焊接部位進行檢測，全部驗收合格後打磨刷漆。

3.安裝提升塔架：根據工程需要安裝自爬式提升塔架2組，每組為一個提升單元，每組塔架上布置兩台20吊車（每副塔架1個）該塔架安裝採用自爬式安裝，可實現自升自降。安裝步驟：1.安裝塔架低節→2.安裝塔架環梁→3.安裝塔架標準節→4.安裝套架→5.安裝頂升油缸→6.安裝塔架頂節→7.安裝托梁→8.安裝提升大梁→9.安裝門座→10.安裝迴轉節→11.塔架組裝完成並驗收→12.確認上下環梁銷軸固定→13.對頂升油缸等設備進行檢查→14.標準節起吊至適合高度→15.標準節掛至引進梁→16.牽引小車拖拉標準節→17.拔出上環梁銷軸頂1.5米→18.環梁銷軸固定下環梁銷軸拔出收縮1.5米→19.重複上述兩個過程直至頂升6米→20.再頂升300毫米→21.用小車拖拉標準節就位→22.收縮300毫米，標準節連線。重複上述過程安裝完畢再頂升到第六節（60米）標準節時，頂部安裝硬支撐及臨時纜風繩，拉設永久纜風繩，油缸吊裝。

4.液壓提升承重系統主要有液壓提升器、提升地錨和專用鋼絞線組成，巨拱提升局域鋼結構提升總重量為1600噸，配備8台TJJ-3500型（額定提升能力為380噸）的液壓提升器，配備4台液壓泵站，單台TJJ-3500型液壓提升器每台內穿24根鋼絞線，提升施工前應對提升系統包括承力結構、提升吊點、被提升鋼結構等進行詳細檢查。

5.巨拱吊裝：將巨拱鋼結構分為5個單元，其中兩個邊單元採用支撐架使用吊車進行吊裝，中間3個單元採用液壓同步提升進行吊裝。為減少支撐胎架高度，將第三單元在地胎架上進行拼裝，將第二及第四單元在兩測胎架上分別組裝，首先將第三單元提升到16.6米，將第二單元及第四單元與第三單元進行連線，然後將三個單元進行整體提升，將其提升至82.27米預定設計標高后，再與第一單元和第五單元進行對接及預留後裝桿件的安裝。巨拱提升採用計算機同步提升控制，為確保巨拱結構提升過程的安全，根據巨拱結構的特性，採用吊點油壓均衡，結構姿態調整，位移同步控制，分級卸載就位”的同步提升和卸載落位控制策略提升運行通道上無影響結構提升的障礙物，若存在障礙物應在試提升前全部清除。提升過程中應密切觀測結構及提升系統的情況是否正常，若出現異常應立即停止作業，按應急方案處理正常後，才能繼續施工。鋼結構整體提升到位後，提升設備卸載應採用分級卸載方式，分級卸載應有必要的時間間隔。鋼結構提升及卸載過程宜採用應力實時監測手段加以觀測。

6.調整角度：由於鋼拱與垂直面呈6.1°，因此在提升過程中，隨著提升重量的逐漸增加，必須不斷調整提升鋼絞線，使鋼拱保持提升狀態下與垂直呈1°的狀態。在提升第三單元時，4個吊點的提升器分級載入，並調整4個吊點的提升油壓，使得鋼拱整體提升脫離底部拼裝胎架，此時測量鋼拱與垂直角度，如果鋼拱的垂直偏角不為6.1°，則調整四個吊點使得鋼拱與垂直面呈6.1°；調整後4個吊點的提升器同步提升；在整體提升中間三單元時，此時，各個提升吊點的反力有所變化，應根據理論計算，設定油壓，啟動提升器，逐級增加油壓，使得鋼拱提離地面，此時測量鋼拱與垂直面角度，如果鋼拱的垂直偏角不為6.1°，則調整4個吊點直至鋼拱與垂直呈6.1°。

材料設備

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》所用的材料及設備明細如下：

1.巨拱原材料為Φ1200毫米、Φ299毫米、Φ402毫米的鋼管，進場鋼管材料需滿足標準的要求，材質證明與復驗報告齊全。

2.現場所用焊材需滿足《碳鋼焊條》B/T 5117、《低合金鋼焊條》GB/T 5118、《熔化焊用焊絲》GB/T 14579、《氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》GB/T 8110等標準的規定。

3.主要設備巨拱的吊裝過程中需要的材料與設備（見表1）

表1 巨拱吊裝主要材料與設備表

表號	材料或機械設備名稱	型號規格	數量	用途
1	鋼管	Φ1200毫米	數噸	巨拱原材料
2	鋼管	Φ299毫米	數噸	巨拱原材料
3	鋼管	Φ402毫米	數噸	巨拱原材料
4	龍門門架A	額定起重量2800	1副	提升門架
5	龍門門架B	額定起重量2800	1副	提升門架
6	150噸履帶吊	QUY150	1台	安裝大梁
7	500噸履帶吊	QUY500	1台	管口對接
8	提升油缸	380噸	8台	提升巨拱
9	纜風張拉油缸	100噸	12隻	門架12道纜
10	液壓動力泵站	60型	4台	調節油缸油壓
11	計算機控制系	/	1套	控制提升油缸
12	鋼絞線	Φ18	42噸	巨拱提升
13	主梁抗風系統	100/套	4套	主梁抗風
14	卷揚機	10噸	4台	主梁抗風
15	千斤頂	50噸	4套	管口調節
16	經緯儀	/	4台	巨拱、塔架坐標、轉角等測量
17	水準儀	/	2台	高差、高程、沉降等測量

質量控制

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》的質量控制要求如下：

1.主要依據標準索拱結構施工質量驗收國家暫無標準，結合《鋼結構工程施工及質量驗收規範》GB 50205-2001、《混凝土結構工程施工質量驗收規範》GB 5004-2002和《建築鋼結構焊接技術規程》JGJ 81-2002、等國家相關規範、規程的要求制定了《鄂爾多斯東勝體育場鋼結構工程施工質量驗收標準》

2.鋼結構分包單位資質及無損檢測自檢必須具備相關資質。

3.鋼結構分包單位人員必須具備相關的資格證書。

4.焊接、測量、無損檢測設備計算部門證書及維修記錄等資料必須齊全。

5.現場焊工必須經考試合格取得合格證書。

6.明確各級人員的質量職責、工作程式。

7.對參與巨拱拼裝、安裝、吊裝施工等所有人員進行質量技術培訓，培訓合格者才能上崗，不合格者禁止上崗。

8.對所有鋼結構的焊縫經外觀檢查合格後，還須按《建築鋼結構焊接技術規程》JGJ 81-2002進行檢查。

安全措施

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.巨拱吊裝施工的安全措施應符合《建築施工高處作業安全技術規程》JGJ 80-91、《施工現場臨時用電驗收規範》JG J46-2005、《建築施工安全檢查標準》JGJ 59-99、《建築安裝工人安全技術操作規程》等標準規定。

2.鋼絞線安裝時，高空應鋪設安裝、操作臨時平台，地面應劃定安全區，應避免重物墜落，造成人員傷亡；下降前應進行全面清場，在下降過程中，應指定專人觀察地錨、上下吊耳、提升器、鋼絞線等的工作情況。

3.大拱液壓同步提升過程中，注意觀察設備系統的壓力、荷載變化情況等，現場負責人必須合理安排人員，密切注意所有液壓頂的變化情況，並認真做好記錄工作。

4.提升過程中應密注意液壓提升器、液壓泵源系統、計算機同步控制系統、感測檢測系統等的工作狀態。

5.各工種人員必須持證上崗，嚴格遵守本工種安全操作規程。同時高空作業人員還須經醫生檢查合格，才能進行高空作業，高空作業人員必須帶好安全帶，安全帶應高掛低用

6.起重吊裝巨拱時必須嚴格遵守操作規程。

7.制定火災和高處墜落事故應急回響預案，並進行演練。

環保措施

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》的環保措施如下：

1.大型體育場館在工程施工過程中，嚴格遵守國家和地方政府有關環境保護的法律法規，並加強對施工中燃油、工程材料、設備、廢水、生產生活垃圾、廢棄物的控制和治理。

2.施工現場採取封閉作業。

3.施工前加強對職工的環保教育，組織職工學習相關環保法律、法規，增加環保意識強化環保管理。制定相關環保措施和獎懲制度，並進行定期和不定期的環保監督。

4.制定切實可行的措施，防止施工用燃油、水的“滴、漏、撒”。

5.嚴格控制施工中的噪聲、粉塵、廢氣體、光輻射等的污染，確保周邊居民民眾的正常生活不受影響。

效益分析

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》的效益分析是：

1.工效高，管理操作更安全方便。巨拱分5個單元，分別在地面拼裝，使用提升塔架吊裝，可最大限度地減少高空吊裝工作量。而且節約了腳手架的塔拆及租憑費用，減少工程預算。工效提高了30%；每個巨拱單元可節約機械費用35萬元；材料費用節約130萬元。

2.巨拱結構的拼裝、焊接及油漆等工作在地面進行，大幅度提高了工作效率，縮短施工周期，降低施工成本，此部分節約施工成本38萬元。

3.投入臨時設施和人員量減少。巨拱採用爬升式提升塔架，可減少吊車作業時間，待巨拱結構安裝完成後，拆卸不受場地影響，使得臨時設施用量和施工作業人員用量降至最少，極大的降低了施工作業成本。此部分節約施工成本30萬元。

4.施工速度快，工序銜接緊湊，工期短，質量更易於保證。與傳統的大型拱結構高空拼裝施工方案相比，工期縮短15%，施工預算降低12%且環保、節能，節約了大量的時間、人力和物力，創造了巨大的經濟效益和社會效益。

5.安全係數更高。由於採用了地面進行巨拱鋼結構拼裝、焊接及油漆等作業，避免了大量的高空作業，降低了施工人員的施工難度和施工風險，避免了危險危害因素的發生，確保了施工人員的施工安全和施工質量。

6.地面作業焊接質量高，施工質量更易於保證。由於採用了地面進行巨拱鋼結構拼裝、焊接及油漆等作業，使得焊接質量更高，確保了焊縫內部質量與外部的成型美觀，焊縫一次合格率可達99%以上。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》的套用實例如下：

鄂爾多斯市東勝全民健身活動中心體育場造型新穎、氣勢宏大，總建築面積100451平方米，設有觀眾席35107座，地上3層，體育場設有開合屋蓋，可以滿足全天候使用要求，是中國規模最大的開閉頂體育建築。建築方案結合內蒙古草原“弓”造型，巧妙地採用鋼管拱橋的設計理念，通過鋼索將屋蓋大部分重力荷載傳給巨拱，使大跨度屋蓋桁架高度降低，水平荷載則由下部剛度較大的混凝土看台結構承擔。鋼結構總用鋼量1.2萬噸，設有46根鋼索。其主要受力構件巨拱頂面標高為129米，跨度330米，總重量2600噸，拱與垂直面角度呈6.1°。該工程首次將橋樑工程中的索拱結構巧妙地套用到建築工程當中，且拱與地面垂線傾斜6.1°，受力體系極其複雜，施工難度極大。此種巨拱吊裝施工方法方式新穎、施工方便、施工成本低、工期短，是對大型索拱鋼結構施工方法的創新，已引起人們越來越多的關注。此種巨拱吊裝施工方法在鄂爾多斯東勝區全民健身中心體育場工程套用實踐證明，可縮短了工期、大幅降低了工程預算和成本、工程質量合格率100%，而且節能、環保效果顯著，得到了業內專家及中國國內同行的一致好評。技術成熟可靠，可以廣泛推廣套用。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《大型體育場館巨拱結構高空傾斜偏轉提升施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。