北京工人体育场钢结构屋盖安装超高组合截面支撑体系设计_郭雅兴.pdf

第 53 卷 第 6 期2023 年 3 月下建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.6Mar.2023DOI:10.19701/j.jzjg.ZJ220112河北省省级科技计划资助(22375410D)。第一作者:第一作者:郭雅兴,学士,工程师,主要从事土建施工,Email:820855847 。通信作者:通信作者:刘聪,硕士研究生,主要从事结构设计等方面研究,Email:562037015 。北京工人体育场钢结构屋盖安装超高组合截面支撑体系设计郭雅兴1,徐文汉1,刘 聪2,3,纪 刚4(1 北京建工集团有限责任公司,北京 100055;2 河北省土木工程灾变控制与灾害应急重点实验室,廊坊 065201;3 华北科技学院建筑工程学院,廊坊 065201;4 江苏泸宁钢机股份有限公司,江苏 214231)摘要:北京工人体育场屋盖结构体系受力复杂,杆件局部受力变化对整体结构影响较大,且由于结构整体性强,钢结构成型前需要构件承担施工过程中的自重荷载。为了解决这一个问题,设置了 23 个超高组合截面临时支撑体系来承受结构自重荷载。对临时支撑体系整体设计进行分析,同时论述了临时支撑的安装及拆除过程;为了保证临时支撑在安装、拆除和使用过程的安全性,采用 MIDAS Gen 软件进行有限元模拟。结果表明临时支撑能有效承受钢结构未成型时的自重荷载,同时安装、拆除和使用过程中临时支撑的位移和应力均能满足要求。关键词:北京工人体育场;临时支撑;施工技术;钢结构屋盖 中图分类号:TU399 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)06-0065-06引用本文 郭雅兴,徐文汉,刘聪,等.北京工人体育场钢结构屋盖安装超高组合截面支撑体系设计J.建筑结构,2023,53(6):65-70.GUO Yaxing,XU Wenhan,LIU Cong,et al.Design of super-high composite section support system for steel structure roof installation of Beijing Workers StadiumJ.Building Structure,2023,53(6):65-70.Design of super-high composite section support system for steel structure roof installation of Beijing Workers Stadium GUO Yaxing1,XU Wenhan1,LIU Cong2,3,JI Gang4(1 Beijing Construction Engineering Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China;2 Hebei Key Laboratory of Civil Engineering Catastrophe Control and Disaster Emergency Response,Langfang 065201,China;3 Architectural Engineering College,North China Institute of Science and Technology,Langfang 065201,China;4 Jiangsu Lu Ning Steel Machinery Co.,Ltd.,Jiangsu 214231,China)Abstract:The structural system of the roof of Beijing Workers Stadium has complex forces,and the local force variation of the bars has a great influence on the overall structure.Moreover,due to the strong structural integrity,the steel structure needs members to bear the dead weight load during the construction process before forming.In order to solve this problem,23 super-high composite section temporary support systems were set to bear the dead weight load of the structure.The whole design of temporary support system was analyzed,and the installation and unloading process of temporary support were discussed.In order to ensure the safety of temporary support during installation,unloading and using,MIDAS Gen software was used for finite element simulation.The results show that the temporary support can effectively bear the dead weight load when the steel structure is not formed,and the displacement and stress of temporary support can meet the requirements in the process of installation,unloading and using.Keywords:Beijing Workers Stadium;temporary support;eonstruction technique;steel structure roof0引言 临时支撑在整个结构吊装过程中起着十分重要的作用,在结构吊装阶段,所有重量都将由临时支撑承担,吊装结束后,又通过临时支撑对结构进行拆除,所以应按吊装要求严格设置临时支撑,其设置和连接是确保钢结构安全施工的前提1-3。现阶段工程上使用的临时支撑大多数高度较低,有关低高度的临时支撑的研究也较多,对超高型的临时支撑研究较少。以北京工人体育场项目4为背景,结合工程高度较高的特点,提出了一建 筑 结 构2023 年种可适用超高工程的临时支撑。1工程概况 北京工人体育场改造复建项目位于北京市朝阳区工人体育场内,场地东至工体东路,南至工体南路,西至工体西路,北至工体北路。项目建设用地为自有用地,集文化、体育、娱乐为一体,土地使用面积约为 28.60 万 m2,现状工体主体建筑面积约为 6.4 万 m2,改造后总建筑面积为 38.5 万 m2。工体地上 6 层,地下 2 层,配套车库地下 3 层(夹层及罩棚不计入层数)。2设计分析 根据项目施工特点,大悬挑拱结构下部为预制看台,且外围布置地下室车库,外部无法设置大型吊装机械,因此考虑将主吊装机械布置在结构内部,外围只设置 130t 汽车吊进行受拉环的分段和支座、阻尼器的安装,支座在混凝土达到施工强度后安装,阻尼器在钢结构拆除和幕墙安装完成后安装。为了减小对看台结构的影响,主拱肋不分段且不设置临时支撑,采用整根吊装。压力环为倒三角桁架结构,杆件众多,重量重,安装高度高。为减小高空作业量而采取分段地面拼装后再进行分段吊装,分段位置设置临时支撑。六立柱独立管组合支撑架受力较为均衡,圆钢管立柱传递竖向荷载,斜向桁架传递水平荷载。压力环安装成形后再对称安装斜向主拱肋,此时压力环与支撑形成一个封闭的环向支撑体系来承担主拱肋的竖向、水平荷载,大大增加了支撑体系的抗侧能力。此方法应用于重载高支撑结构体系中,大大减小了支撑使用量,同时提高了支撑的整体刚度。3整体设计与施工过程 临时支撑底部生根于结构大底板,顶部支撑于桁架弦杆。为了确保临时支撑稳定,临时支撑由两个三角形格构支撑组成,每个三角格构架支撑于一个压力环桁架一端上下弦的三个点上。临时支撑钢管采用 60910 的圆钢管,立杆立面设置水平联系桁架和斜向连系桁架,斜向联系桁架与立杆夹角约为 45,竖向间距约为 11m;桁架单片高度为1.5m,桁架弦杆与腹杆通过普通螺栓法兰盘连接,桁架通过短接头与临时支撑钢管焊接(相贯线或插板)固定。位于看台混凝土下方临时支撑因位置特殊,临时支撑钢管通过 18010 水平联系钢管相互连接;两个三角形格构支撑之间再通过水平联系钢管连接成一组合支撑架,如图 1 所示。3.1 临时支撑底部转换构造 临时支撑布置于低区看台。由于支撑受力较图 1 临时支撑整体设计图大,支撑立柱位于看台板位置时,看台板预留0.8m0.8m 的施工洞口,使得支撑立柱向下支撑于结构底板。当支撑立柱设置于看台梁上时,则在看台梁下设置反顶支撑钢管,使得施工荷载垂直向下传递至结构底板,钢管与底部预埋埋件通过焊接固定,如图 2 所示。图 2 临时支撑底部转换措施示意图临时支撑吊装就位后,由于临时支撑高度较高,最大高度达到 56.4m,安装过程中应采用缆风绳进行临时固定。缆风绳高度以每 15m 设置一道,每道设置至少 3 根缆风绳。缆风绳下部拉结点根据实际位置布置在结构楼板上或地面上,地面锚固点通过临时路基箱进行设置。安装完成经检验合格后,拆除定位缆风绳。3.2 临时支撑顶部节点 临时支撑钢管顶部设置端封板,并采用插板加强,钢板厚度为 20mm。支撑横梁采用双拼的 H 型钢梁(规格为 HN5002001016,模版钢管位置设置加劲板)传递结构荷载,在横梁上焊接角钢作为操作平台。结构支撑模板钢管采用双 27325 的圆钢管,并针对压力环下弦为圆管的形式,在支撑钢管上部设置弧形垫板的支撑模块,如图 3 所示。3.3 临时支撑的安装及拆除3.3.1 临时支撑安装临时支撑材料进场后,采取 150t 履带吊拼装66第 53 卷 第 6 期 郭雅兴,等.北京工人体育场钢结构屋盖安装超高组合截面支撑体系设计机械整体拼装的形式,在场内按组拼成三角格构支撑。单个三角格构支撑拼装场地需 60m10m,布置拼装胎架定位三根立管,而后连接水平联系桁架,水平联系桁架与支撑钢管采用相贯线焊接连接,并根据现场施工进度,调整临时支撑拼装场地布置。临时支撑拼装完成后,采用 150t 履带吊将其分两段,分段质量 17t,150t 履带吊采用 61m 主臂工况、22m 吊装半径安装,其起重能力 22t17t,满足起重吊装要求。分段间采用法兰连接,由 12 个 8.8 级M24 螺栓连接。图 3 支撑顶部节点 构造示意图图 4 临时支撑底部预埋件布置图临时支撑底部设置四个预埋件锚固于结构底板,预埋件尺寸 20040016(长宽厚),每个预埋件设置 6 根 20 的锚筋螺纹钢,锚筋长度 500mm,单组预埋件布置如图 4 所示。由于临时支撑下部分安装时,低区看台已施工完成,临时支撑需穿过预留的施工洞口,因此最下端的水平联系桁架需待临时支撑安装完成后再进行安装。临时支撑定位完成后,由液压小推车将水平桁架输送至安装位置,并在支撑或预留洞口设置挂点,采用手拉葫芦将水平桁架安装就位。在临时支撑安装过程中,需采用全站仪测量定位支撑钢管的平面位置,并采用缆风绳调节支撑的垂直度,而后进行支撑与预埋件的焊接或支撑分段间的螺栓连接,完成临时支撑的安装。3.3.2 临时支撑拆除当屋盖钢结构安装完成并完成结构拆除后,开始拆除临时支撑。临时支撑采用 250t 履带吊或150t 履带吊分段拆除,若看台结构后做区(见 4.3.5节)尚未施工,则由150t 履带吊选择55m 主臂工况、22m 半径分段拆除。若看台结构施工完成后拆