上海浦东足球场钢结构屋面施工关键技术

图1屋面钢结构立面

图2屋面钢结构三维示意图浦东足球场的屋顶采用张拉中心压环加辐条结构体系，属世界首创。将通常放在外环柱顶部的压力环向内移动，形成一个椭圆形的中心压力环。它既适应了浦东足球场矩形外轮廓的建筑要求，又通过中间近似椭圆形的压环满足了结构优化的要求，为索承网架结构增添了活力。

屋面结构体系如图3所示：

图3屋顶结构体系（红色为压环，蓝色为拉环拉索）

2施工特点及难点

1）中心压环辐条耀明系统施工工艺及流程

屋面系统采用的中心压环耀明结构体系属世界首创。没有施工经验可借鉴，其施工难度远大于常规轮辐式耀明结构。

鉴于这种完全创新的耀明结构体系带来的施工难度的不确定性，以及屋面耀明结构配置变化大的特点，需要根据实际施工步骤分析施工过程和工作条件，并为过程位移和内力提供依据。对照参考。

施工过程也必须严格按照计算分析要求的施工步骤和措施进行。否则达不到设计要求。

2）临时支持系统设置

常规轮辐式耀明结构除支撑柱上的外压圈外无刚性构件，一般采用无支撑的施工方式，施工措施相对较少。浦东足球场采用的中心压环耀明系统与常规辐条耀明系统的区别在于中心压环（1.5mx1.5m箱体截面）和径向梁（1.4mx0.7m箱体截面）。因此，必须使用支架进行施工。

由径向梁和中压环组成的T型构件在安装时没有结构系统化，都需要放置在临时支撑上以保证结构稳定性。临时支撑系统的设计需要满足屋面耀明过程结构被抬升超出设计构型的工况。

3）钢结构安装精度高

轴辐式张拉结构是一种柔性结构，其内力与其形态有着密切的关系。内力的变化会影响形态的变化，形态的变化也会带来内力的变化。这种“力”与“形”密不可分的关系，以及耀明结构定长定长的设计方法，对现场构件安装误差的控制有着极高的要求。

4）索网施工方法

常规工程中，一般是架设全屋支架，在支架上组装索网，然后进行各索的张拉。但工程规模大，搭建脚手架的施工成本很高，工期长，将长电缆吊装到支撑平台布放拼装难度很大。

因此，需要根据工程索网形式特殊、空间规模大、索节多、索力大等特点，采用安全、合理、先进、科学的施工方法，以及对现场施工条件。

3建设总体技术路线

3.1元件尺寸的确定在常规钢结构工程中，施工方可以直接根据设计和施工图纸进行深化。对于依靠球体形成大辐球结构的浦东足球场来说，球体前后结构的配置变化很大。深化前，基于设计型式模型，通过精细化分析，通过释放预应力得到结构的零应力模型，从而得到钢结构构件和拉索的制作加工长度，为后续施工提供依据。部件的制造和加工。

张拉前安装的钢构件和拉索按零应力状态加深，张拉后安装的钢构件按设计状态模型加深（见图4）。

图4组件深化尺寸示意图

3.2施工全过程分析

根据屋面钢结构施工工艺，分为6种工况（见图5）。通过有限元施工模拟分析，将索力（包括环索力、径向索力）与钢结构等效应力进行比较（见表1、表2），确定最优施工技术路线，确保最终状态结构安装与设计理论状态最佳契合。

图5整个施工过程分析

表1完成状态索力对比

表2钢结构完工等效应力对比

根据设计一次性成型和施工工艺分析的完工状态分析结果，环索受力施工工艺分析与设计一次性成型相差9.3%以内；径向索力施工工艺分析与设计一次性成型相差2.2%以内；钢结构等效应力施工工艺分析与一次性成型设计差异在1.7%以内；一次成型压圈梁轴力施工工艺分析与设计差异在2.9%以内。

可见，施工工艺分析与一次性成型设计结果基本一致，屋面钢结构安装工艺可行。

3.3施工机械的选择

屋面钢结构通过履带吊在中央院子内部区域综合安装。

先安装中压环外圈构件（包括摆柱、径向梁和压环梁、柱顶环梁、次环梁、V撑外支腿、侧力支撑），施工机械用两台600t履带吊和两台150t履带吊。

外圈主体结构安装完成后，依次进行环向吊索和径向吊索。

张拉之后，他将填补封闭部分的空隙（包括抗侧力支撑），并安装内环的悬臂结构。

最后安装主檩条和马道，完成后拆除临时支撑。

耀明后方钢结构由2台150t履带吊和1台300t履带吊安装，周边道路采用2台100t汽车吊辅助安装。

屋面钢结构安装立面如图6所示：

图6屋面钢结构安装立面

4立式控制支架

4.1临时屋面支撑系统浦东足球场采用的中心压环耀明系统在中心压环（1.5mX1.5m箱形截面）和径向梁（1.4mX0.7m箱形截面）上与常规轮辐耀明系统不同。因此必须使用支架进行施工。

由径向梁和中压环组成的T型构件在安装时没有结构系统化，都需要放置在临时支撑上以保证结构稳定性。单体组合构件采用3点搁置，压环梁两端置于竖向控制支架上端，径向梁端部置于钢支架上。

临时支撑如图7所示：

图7临时支撑立面

4.2支架方案比较

如果采用传统的纯压支撑，在安装径向索的过程中，整个车顶会被顶起，超出设计构型，只能安装后径向梁的内悬臂等部件。这些安装后组件将安装在设计配置级别之上。

本项目大跨度钢结构屋盖为柔性结构，在张拉后部构件和屋盖安装过程中，屋盖会不断偏斜，直至接近设计构型。这些后续安装的构件标高难以控制，安装后随着屋面变形产生构件内应力。但采用拉压控制支架，张拉前支架支撑中压环，张拉后支架内拉索可拉动中压环。压环在整个耀明过程中始终处于设计构型，施工完成后结构的形状和内力更接近设计状态，计算分析也证明了这一点。

4.3竖向拉压控制支架施工工艺

立式拉压控制支架在组件装配时支撑上部组件受压。径向拉索整体结构吊起时，还可以拉动中压环使其保持在设计构型，以满足后续结构安装的需要。

图8拉压控制支架标高

竖向拉压控制支架施工工艺流程如下：

①依次安装支撑座（含通孔插孔）、支撑体、上节点；

②支架安装推顶后，通过下千斤顶对钢绞线施加200kN的预紧力，消除支架间隙，保证支架的刚度。每组支架共安装9根钢绞线，钢绞线长度为28~33m；

③径向电缆前，支架受压；

④压环梁结构成环后，通过千斤顶在钢绞线上施加设定的拉力值（40～80t），钢丝绳上下工具锁紧。从压缩到拉伸；

⑤屋面主要构件安装完成后，通过千斤顶的控制，46点同时释放钢绞线的张力，同步卸载。

5钢屋盖吊装技术

屋面钢结构径向梁（1.4mx0.7m箱形截面）之间的中间压环（1.5mx1.5m箱形截面）采用法兰螺栓连接。考虑到压环梁的轴向压缩力，要求中压环各段长度偏差小于±3mm，所有因素叠加造成的综合误差不超过±10mm。因此，径向梁和压力环梁组合成T形构件吊装。

T型组合构件共46根，构件跨度范围为25.3~41.8m，宽度范围为8.2~11.3m，构件质量范围为52.52~68.47t。

5.1现场拼装胎架设置

为保证组合构件的安装精度，需要将径向梁和压环梁运到现场，对巨型构件在地架上进行放大拼装、定位和焊接，验收合格后，组合构件整体吊装到设计现场。地点。施工现场根据安装进度共设置6-8个拼装轮胎架。

单体T型构件由三段现场拼装而成，根据构件的支撑和节段的拼接位置，共设置6个胎体支撑。

轮胎架支架由底座、立杆、斜撑、横梁和搁板组成：底座底板做成路基盒，用膨胀螺丝固定在地面上，保证轮胎骨架的平整度和承载能力；分体式支架确保轮胎骨架的横向稳定性。

将部件分段运送到轮胎骨架上，然后与搁板焊接固定，进行对接组装。

组装完成后，根据各部件在空中的姿态，对轮胎骨架进行仿真。在对接处没有悬空点处，切断架板与胎架上各部件的连接，预卸胎架。

胎架布置平面如图9所示：

图9轮胎骨架布置平面

5.2元器件装配精度控制

从图2-1可以看出，单体三角耀明单元由径向梁、V型支撑外肢和用销钉连接的径向索组成。46个三角张拉单元通过环形电缆和中压环连接成一个整体。

整个结构体系的精度控制就在于上述部件。径向电缆和环形电缆都是定长电缆，没有调节量。电缆的加工精度为电缆长度的0.01%，即最长40m的电缆径向误差不能超过4mm。

中间压环全部采用法兰螺栓连接，对现场部件的装配精度提出了很高的要求。每个T型组合构件均由三截面构件现场焊接在轮胎骨架上，是所有主要受力构件中唯一涉及现场焊接的构件。轮胎架装配时采用关键控制点坐标，坐标允许偏差为±3mm。关键控制坐标点如图10所示。

图10装配关键控制点示意图

除了控制径向梁的总长度外，径向两端分别连接径向索和V型支撑外肢的销孔间距是控制的重点。组件轮胎架组装完成（见图11）。

图11针孔距离控制示意图

径向电缆末端的接线板插入径向梁的下法兰，并在加工厂焊接。径向梁内侧的中耳板是现场焊接的，这是最后的调整方法。将六个框架支架上的三段构件拼接焊接成一个构件后，拆下中间的框架支架3、4、5。

首次通过卸载地面轮胎架上的单个构件，模拟空中安装三点支撑的工况。当变形稳定后，焊接中耳板。

径向梁与销孔的距离按零应力状态加深，取理论温度20℃计算。由于冬季现场组装在室外进行，实际温度与理论温度相差较大，需要考虑温度补偿。

根据温度变形公式：其中

ΔL

是温度变形，

α

是钢结构的温度变形系数，L是销孔距离，

Δt

为温差。根据计算结果，当室外实际温度为5℃时，理论针孔距离L将减少3.6~6.2mm。

在施工现场组装时，每天测量实际温度，计算出销孔间距，定位中耳板。

5.3元器件装配精度控制

对于钢结构屋面，需要综合考虑张拉前后的配置、焊接应力和温度应力的影响，制定科学的吊装方案，确保安装精度。

由于T型组合构件的重心不在径向梁的中心，存在偏心。因此，在T型组合构件吊装前，在压环梁端部设置两组支撑，保证整体吊装后形成三角形，增加稳定性。吊装采用四点吊装，需准确计算重心位置，并采用倒链辅助压环梁调平，确保安装精度，并对T型组合吊装进行有限元施工模拟员对吊装方案的可靠性进行分析。

通过对T型组合构件吊装的有限元分析（见图12），吊耳连接处附近板材的最大应力仅为161MPa，所以径向梁能够满足强度要求不加任何加强板。

图12组合构件吊装分析结果

屋面现场安装精度由关键点坐标控制：坐标允许偏差为±5mm；径向梁两销孔的允许偏差为±10mm。屋面临时支撑架设好后，T型组合构件就位，前后支撑微调，填入圈梁，形成屋面整体结构。

6索网施工方法

根据屋面索网的结构形式和现场施工条件，将环索在地面和索夹上组装，整体吊装在空中。抱箍与高空V型撑外肢成批连接固定。放射状电缆悬空展开，分别与环状电缆上的电缆夹连接。然后用液压千斤顶不断拉动径向索，当索头到达径向梁外侧耳板固定点时，通过销轴固定，结构成型。

6.1线夹防滑环索、径向索与V型撑内外肢通过铸钢索夹关键节点连接。在抱箍过程中，电缆的长度变长，电缆的直径变细，都会降低电缆夹的夹紧力。一旦低于线夹两侧线圈的不平衡力，就容易造成线夹打滑。因此发生事故。因此，应特别注意电缆夹的防滑性能。为保证环箍电缆在拉伸时不会在电缆夹上打滑，对电缆夹进行了防滑试验（见图13）。

图13电缆夹防滑试验结果

经试验可知，单环索与索夹之间的防滑力＞20t，索夹抗滑承载力＞160t。

6.2环索吊装施工

将电缆盘上16段直径为100mm的封闭电缆打开后，在现场搭建的46套环形电缆支撑平台上敷设和移动电缆。

16节钢索首尾相连成对连接，组成8根环索和46根索夹。电缆夹通过上下盖板夹紧电缆，然后使用上下吊节点（上吊节点安装在径向梁内的悬臂端，下吊节点设置在立耳上电缆夹盖板）和46套起重工具设备等将吊索具吊装到位。

6.3径向线张拉

在径向梁外侧的垂直接线片两侧焊接有两个水平接线片，两个接线片与两束接线片连接。径向电缆头内侧与工装反力梁连接，反力梁两侧各固定两个400t千斤顶。通过耀明插孔，径向电缆头不断接近垂直耳板，到位后穿销轴为宜。一旦安装了所有46根径向电缆并形成结构，就可以拆除张拉工具。

7结语

浦东足球场的屋顶采用了世界首创的中置压环和辐条式张拉结构体系，对施工方法和安装精度提出了很高的要求。

对于结构特征：

①利用有限元对施工全过程进行模拟分析，确定施工的总体技术路线和详细工艺；

②临时支护系统采用创新的竖向拉压控制支护技术，既满足安装初始状态下结构的整体稳定性，又满足预应力耀明和压力转化为拉力的要求；

③钢屋面施工综合考虑预应力屋面前后配置、焊接应力和温度应力的影响，制定科学合理的构件拼装和吊装方案，实现钢屋面的顺利安装；

④根据索网结构特点，环形索采用地面拼装牵引吊装施工，径向索采用空中同步牵引施工。返回搜狐，查看更多