教授级高工

浙江东南网架股份有限公司 常务副总、总工程师

中国钢结构协会专家委员会 副主任

中国建筑金属结构协会铝结构分会 副会长

《钢结构（中英文）》编委会 委员

长期致力于钢结构、铝结构新技术新工艺的研发与推广应用。主持或参与省部级以上课题30余项，发表学术论文150余篇，获授权发明专利58项，主、参编著作10本。获詹天佑奖、鲁班奖20余项，国家及省级工法30余项。获省部级科技奖项30余项。2013年获国务院政府特殊津贴，2011年获浙江省有突出贡献中青年专家，2014年入选浙江省“151人才工程”重点资助培养人，2014年获中国钢结构三十年杰出贡献人物等荣誉。

1 工程概况

杭州奥体中心亚运三馆体育游泳馆由1.8万座的体育馆、6 500座的游泳馆以及配套设施三大部分组成(图1)，将作为杭州2022年第19届亚运会的比赛主场馆。场馆位于杭州奥体中心北侧，西南面临七甲河、东南临地铁奥体站，东北至博奥路，西北临观澜路，东西长约600 m，南北宽约360 m，建筑最大标高45.000 m，钢屋盖最大跨度164 m。总用地面积227 900 平方米，总建筑面积396 950 平方米，其中地上建筑面积197 553 平方米，地下建筑面积199 397 平方米。工程地下1层，其中游泳馆主馆地上3层，体育馆主馆地上5层。

图1 工程整体效果

2 钢结构概况

钢结构屋盖坐落在土建结构8m平台上方，钢屋盖结构可分为游泳馆屋盖、中部连接区域中央大厅屋盖和体育馆屋盖三个部分，如图2所示，总投影面积约为51 900 平方米，其中游泳馆和体育馆屋盖又可分为双层网壳、单层网壳、分界桁架、门拱桁架等，中部连接区域中央大厅屋盖可分为单层网壳和2个斗形体结构。

图2 体育游泳馆钢结构分区

网壳杆件大部分为弯扭箱型钢管，局部为直杆构件，斗形柱全部为弯扭构件。直线构件截面规格为B150×150×8×8～B600×500×40×40，弯扭构件截面规格为B400×250×16×16～B(600-1 289)×(500～1 250)×(50～60)×(50～60)，钢结构材质有Q345B、Q345C、Q345GJC和Q460GJC。

网壳结构的支座有三种类型，分别为三向固定铰支座、切向释放和法向约束的铰支座、法向滑动铰支座，均坐落于8m平台的主体混凝土结构上。

3 钢结构安装总体思路

钢结构安装采用“大型行走式塔吊分块吊装与局部液压整体提升”的施工方案来完成钢结构屋盖的施工。

根据钢屋盖区域名称划分游泳馆区、中央大厅区以及体育馆区三大分区，如图3所示。结合现场条件及结构特点将整个屋盖部分划分为施工A区、B区、C区、D区、E区，共计5大施工分区。其中施工A区和施工C区屋盖根据施工方法的不同分为提升区与分块吊装区两部分，如图4所示。

图3 屋盖钢结构施工分区示意

图4 钢结构安装施工分区

钢结构屋盖总体施工顺序为：1)施工A区、施工C区同时进行安装，A-1区和C-1区吊装区域网壳由西向东依次南北对称吊装，提升区域A-2和C-2的网壳结构在体育馆和游泳馆馆内比赛中心场内提前进行地面拼装，待分块吊装区域屋盖钢结构吊装就位后，对提升区域屋盖结构进行整体提升，提升就位后再进行连接区域的补杆。2)在完成C区和A区网壳的吊装区与提升区的补杆合龙之后，拆除A区吊装区下部的支撑架，之后通过分级分步卸载提升架来实现游泳馆网壳结构的卸载。3)通过汽车吊进行斗形柱的吊装，B区单层网壳结构采用“下部搭设满堂操作架+汽车吊高空散件安装”方案进行施工安装。4)同时进行D区单层网壳的吊装和卸载，以及体育馆C区网壳的吊装临时支架和提升支架的拆撑卸载。5)依次进行E区单层网壳吊装和卸载以及中央大厅B区卸载，完成整个钢结构的安装。

4 施工过程分析

本文采用有限元软件MIDAS建立了杭州奥体中心体育游泳馆的结构分析模型，整体模型如图5所示，为了准确反映施工全过程结构受力特性以及各阶段结构响应，在全过程分析中采用累计模型分析方法进行施工模拟。

图5 施工模拟模型

结构整体由42 373个构件组成，采用梁单元进行模拟，对于变截面构件采用梁分段模拟。为对施工过程的分析结果更好地进行对比分析，本文按施工分析流程取主要9个施工工况进行对比。

工况1：A区游泳馆和C区体育馆双层网壳吊装和提升到位；工况2：A区游泳馆双层网壳卸载完成；工况3：B区中央大厅网壳吊装到位；工况4：D区单层网壳吊装到位；工况5：D区单层网壳下部支撑架拆除卸载；工况6：C区体育馆双层网壳下部支撑架拆除卸载；工况7：E区单层网壳结构吊装到位；工况8：B区中央大厅网壳拆撑卸载；工况9：E区单层网壳拆撑卸载，钢结构安装完毕。

各主要施工工况下钢结构的应力分布和竖向位移分布如图6、图7所示，结构设计状态下应力和竖向变形如图8所示，从图中可知：钢结构在施工过程中，游泳馆杆件最大应力为187.9 MPa，出现在门拱桁架支座附近的杆件；体育馆杆件最大应力为181.7 MPa，出现在门拱桁架支座附近的杆件；中央大厅杆件最大应力为105.7 MPa，出现在斗形柱与单层网壳连接处；钢结构在最终成型阶段杆件最大应力为187.9 MPa，出现在游泳馆门拱桁架支座附近，略大于设计状态下的175.6 MPa，强度验算满足要求，在安装过程中杆件均处于弹性阶段，满足施工要求。而钢结构在安装最终成型阶段游泳馆的跨中最大变形为165.3 mm，体育馆跨中最大变形为117.7 mm，中央大厅最大变形为119.3 mm，略大于设计状态下的150.2 mm，满足JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》要求。整个施工流程的全过程施工仿真分析，能够保证施工过程的安全性，为施工现场提供了合理的计算依据。

a—工况1；b—工况2；c—工况3；d—工况4；e—工况5；f—工况6；g—工况7；h—工况8；i—工况9。

图6 各施工工况结构应力分布 MPa

a—工况1；b—工况2；c—工况3；d—工况4；e—工况5；f—工况6；g—工况7；h—工况8；i—工况9。

图7 各施工工况结构位移分布 mm

图8 结构设计状态下应力和位移

4.1 安装过程应力和应变分析

从游泳馆、中央大厅以及体育馆中选取跨中上弦和下弦杆件A-1-S、A-1-X、B-1、C-1-S、C-1-X作为控制单元，跨中以及1/4跨的A1、A2、C1、C2、B点作为竖向位移的控制点，如图9所示，控制点和控制单元的位移和应力随施工阶段变化的曲线如图10、11所示。

图9 控制单元和控制点

图10 施工过程应力曲线

图11 施工过程位移曲线

从图中可知，游泳馆、体育馆以及中央大厅跨中的上下弦杆件应力以及跨中的变形在游泳馆、体育馆以及中央大厅的拆撑卸载过程中变化较大，其余施工阶段对它们的影响较小，说明体育馆、游泳馆以及中央大厅的边界条件的刚度较大，三个单体的安装以及卸载对相邻的结构影响较小。

4.2 提升工况分析

A-1提升区域设置了10个提升点，C-1区域设置了8个提升点，如图12所示，钢结构提升与吊装区域安装示意如图13所示。

a—A-1区;b—C-1区。

图12 提升结构模型

图13 提升立面

结构被提升时结构响应如图14和图15所示。从图中可知：A-1结构被提升时，结构跨中最大竖向变形为26 mm，与提升点距离约为12 700 mm，为悬挑长度的1/488，满足JGJ 7—2010规定的小于1/200要求；C-1区结构被提升时，结构跨中最大竖向变形为27 mm，与提升点距离约为28 600 mm，为跨度的1/1 059，满足JGJ 7—2010规定的小于1/400的要求。杆件应力比较大的区域出现在提升点附近，当结构拆撑卸载后其应力比降低，满足设计要求。

a—应力比分布；b竖向位移，mm。

图14 A-1区提升应力比和位移

a—应力比分布；b—竖向位移，mm。

图15 C-1区提升应力比和位移

5结束语

结合杭州奥体中心亚运三馆体育游泳馆钢屋盖工程，详细阐述了施工总体思路和施工工艺步骤，进行了全过程施工模拟以及提升模拟分析，验证了施工方法的可行性，整个施工过程的应力和位移响应均满足设计要求。模拟分析表明，游泳馆、中央大厅以及体育馆三个单体的结构边界刚度较大，施工过程相互影响较小，验证了分区安装和分区卸载的施工方法的可行性。

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作者简介

周观根

教授级高工

浙江东南网架股份有限公司 常务副总、总工程师

中国钢结构协会专家委员会 副主任

中国建筑金属结构协会铝结构分会 副会长

《钢结构（中英文）》编委会 委员

长期致力于钢结构、铝结构新技术新工艺的研发与推广应用。主持或参与省部级以上课题30余项，发表学术论文150余篇，获授权发明专利58项，主、参编著作10本。获詹天佑奖、鲁班奖20余项，国家及省级工法30余项。获省部级科技奖项30余项。2013年获国务院政府特殊津贴，2011年获浙江省有突出贡献中青年专家，2014年入选浙江省“151人才工程”重点资助培养人，2014年获中国钢结构三十年杰出贡献人物等荣誉。

游桂模

高级工程师

浙江东南网架股份有限公司 副总工程师、技术中心主任

长期从事钢结构研发与施工技术研究，发表学术论文20余篇，参编著作1部，获得专利30余项，国家及省级工法6项，获浙江省科学技术进步奖二等奖2项、中国钢结构协会科学技术二等奖2项。

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融媒体编辑：张白雪

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