北京市设备安装工程有限公司中国农业大学体育馆施工纪实 |
由于具有奥运比赛用馆和高校体育馆的双重定位，中国农业大学体育馆在设计上除了满足奥运会的比赛需要外，还在很大程度上为赛后使用做了精心的规划——体育馆在白天无需开灯的情况下，亮度足够在此进行体育锻炼和集会，这为学校节省了一大笔照明和空调费用。“这得益于主比赛厅采用了门式钢架结构，形成高低错落的造型，并充分地利用了屋面的造型特征，形成了效果极佳的自然采光和通风效果。”中国农业大学副校长马寅生每次向媒体介绍时，总是把体育馆的屋顶钢结构挂在嘴边上，因为这是农业大学体育馆最大的亮点。“由于变屋脊钢桁架结构较为独特，在以往工程中少有此类结构造型，因此对此类桁架结构施工技术的研究也相对较少，客观上这就要求采取一系列的创新技术，以保证桁架整体的施工精度。”负责中国农业大学体育馆钢结构施工的北京市设备安装工程有限公司项目经理吴刚说。
严格把关确保奥运工程万无一失
中国农业大学体育馆采用大跨度空间钢管桁架结构的屋盖形式，其平面投影面积约为8083㎡，桁架最大跨度为76.8m，屋脊最大标高27.22m.结构形式为焊接钢管桁架结构体系，主要包括由23榀平面桁架所组成的11组方型截面空间桁架和桁架间的上弦撑杆，耗钢量约为600吨。据吴刚介绍，由于桁架跨度较大不便运输，因此要将每个桁架切割为八段。为了保证安装质量，桁架先在工厂内整体加工，之后切割为八段，再到现场焊接成整体。此外，焊接时工艺控制也特别严格，因为工艺控制好了，焊接质量才会好。“监理要求必须把所有的焊缝形式都焊成样品，然后拿样品去做试验。其实焊接工艺储备我们都有，比如用什么样的焊接方法、什么样的焊接材料、多大的电流，我们都有现成的工艺，但是为了保证奥运工程的万无一失，我们还是做了一大批样品，各种各样的接头形式，送去检测。”吴刚说，“参与施工的焊工，尽管都具备焊工资格，但还是要重新考试，从中挑选水平最好的。考试由业主、监理和监督站三方一起来监督，考完后封样去进行检测。如此一来，无形中就增加了很多费用，但是为了奥运工程，多投入就多投入，保证奥运工程的质量才是最重要的。”
精确计算保证加工质量
由于建筑造型的需要，构成体育馆屋盖的各榀桁架的安装高度呈阶梯状起伏变化、每榀桁架的屋脊位置沿一条“Z”字形的空间曲线变化。由于变屋脊钢桁架两侧的斜面长度不断变化，各榀桁架中斜面预起拱量也不一致。“我们首先进行深化设计，计算出实际预起拱值，而后通过计算机对桁架进行重新放样，通过起拱弧线确定实际起拱值和桁架的实际加工尺寸。”吴刚说。这里的起拱方式也与别的工程不太一样，每榀桁架是两段分别起拱，这样一来相关联杆件的角度和长度都变了，大大增加了变化因素的数量，需要进行大量的计算放样工作。经过精确计算之后，再将电脑放样的数值、加工时可能出现的变形量，一个个输入数控切割机来进行切割。由于机器本身也有误差，要对传动部件进行调整，这也要消耗一些材料，但是这样切出来的曲线相交比较准，保证了焊接质量。
边安装边卸载保证工期
中国农业大学体育馆工程的实际情况决定了钢桁架的安装采用分段吊装、高空组对的施工方法。由于屋顶离地面二十几米，所以桁架安装时需要搭设“满堂红”式承重脚手架。“中国农业大学体育馆的屋顶覆盖面积是8000多平方米，需要把整个场馆搭满脚手架。可是搭到三分之一时，发现脚手架用量太大了，而且工期也特别紧。”吴刚说。这里还涉及到一个卸载的问题，就是要把支撑钢桁架的脚手架卸下来，让钢结构自由承重。很多人都看过国家体育场“鸟巢”钢结构在安装完成之后的整体卸载实况，按要求钢结构最好要同时卸载，这样受力会比较均匀。可是在农业大学体育馆，钢结构全部完工后再卸载显然是不行的，因为土建和其它专业施工也特别着急，如果等钢结构全部做完再进行下一道工序，就会影响总体工期。经过项目部技术人员的周密计算，及时对安装方案进行了调整，并请专家对方案重新进行了论证，决定采取边安装、边卸载的方式。具体的方法是： 4榀钢桁架为一组，第一次卸载时，第一、二榀依次降到预定值的二分之一，这时保持第二榀桁架不动，将第一榀桁架完全卸载，然后将第三榀卸载至预定值的二分之一，再将第二榀桁架完全卸载；这样连续地依次卸载，在完成钢桁架安装的同时实现了同步卸载。按照这种方法，当卸载完第一组桁架时，后续铺设屋面板的工序就可以及时开展了，同时还可以拆除支撑前两榀桁架的脚手架用于搭设后面的桁架安装平台。对于为什么每次卸载时相邻的桁架都是只降一半的问题，吴刚解释说，每榀桁架之间都是由刚性的水平横杆连接，如果相邻桁架之间的沉降过大，水平横杆的焊缝难以承受这样大的变形，而逐步卸载，水平横杆就能承受这个变化。“边安装边卸载，工序比较复杂，增加了施工难度，但是却大大提高了工作效率，有效地节省了工期，而且也节约了资源。按照原计划要搭8000多平方米的脚手架，现在搭2000多平方米就足够了。更重要的是可以让后续工序及时跟进，保证了总体工期，相当于抢回了一个多月的时间。”
据吴刚介绍，公司经理陈世东和上级公司领导对中国农业大学体育馆项目都非常重视。无论是在施工人员的挑选上还是在资金的运转上，都给予了极大的支持，不但经常通过各种会议来鼓舞大家的士气，还经常亲自到现场指挥协调工作。为了保证工程质量，公司还专门花费十几万元购买了一台全站仪，这种数字激光测量仪器的精度很高，可以远距离观测安装是否达到标高，安装期间有没有变化，卸载时沉降是否均匀，是否在原定的数值内。“最后实测的沉降数据误差比软件计算出来的数据误差还要小，效果非常好。”吴刚自豪地说，“工程竣工后，我们不仅获得了北京市结构长城杯奖和竣工长城金杯，还荣获了国优工程。通过奥运工程的建设，北京市设备安装工程有限公司摸索出了一套复杂钢管桁架加工、安装、卸载等一系列技术问题的解决方案，并已经通过北京市2008工程建设指挥部组织的专家评审，成为公司的技术储备。虽然施工时很苦很累，但是现在回头看看，觉得特别值。”
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