1 工程概况

　　陕西奥体中心体育馆位于西安市雁塔区，设计为甲级体育馆，可满足举办全国综合性和单项国际比赛的赛事要求，承担第十四届全国运动会排球、击剑比赛项目，并作为闭幕式的备用场馆。体育馆地上3层，地下1层，总建筑面积72 450m²(地上38 750m²，地下33 700 m²)，分为比赛馆和训练馆，比赛馆屋顶建筑标高为40.000m，训练馆屋顶建筑标高为28.000m。下部主体结构采用现浇钢筋混凝土框架结构。屋盖为空间网壳钢结构，比赛馆屋盖钢结构平面呈椭圆形，短向跨度约100m，长向跨度约113m，矢高16.5m，矢跨比约1/7，采用焊接球节点的双层网壳，网格采用四角锥形式，尺寸为4.2m×4.2m，结构厚度为4m，网壳通过圆管环梁转换支承在36根框架柱上。训练馆及其他位置屋盖采用单层网壳结构，短向跨度为42.0m，长向跨度为58.8m，矢高约4.5m，矢跨比约1/9，网壳杆件采用矩形钢管组成的2.8m×2.8m三向网格结构，节点采用焊接鼓形刚接节点，单层网壳支承在24根混凝土柱顶环梁及44组V形柱上。屋盖钢结构效果如图1所示，主要节点形式如图2所示。

　　图1 陕西奥体中心体育馆屋盖钢结构效果 

　　图2 主要节点形式  

　　2 钢结构重难点分析

　　1)深化设计难度大屋盖钢结构由单层空间异形网壳和双层空间异形网壳组成，设计造型新颖，结构复杂，二次深化设计难度大，施工难度大。

　　2)吊装方案选择受限体育馆整体设有地下室，现场场地有限，外围不具备采用履带式起重机等大型起重设备作业的条件，地下混凝土框架结构柱网间距为8.4m×8.4m，且主梁之间无次梁。对吊装设备选型和吊装方案选择限制条件多。

　　3)加工难度大单层网壳杆件为矩形相贯线杆件，数量规格繁多;环形梁为箱形杆件，需进行双曲弯扭加工，钢结构制作焊接难度大。

　　4)安装定位难度大网壳为异形空间结构，每个节点拼装和吊装定位均需空间三维控制，尤其是单层网壳每个鼓形节点方向均不相同，需多点定位控制。

　　5)焊接工作量大、要求高本工程多杆件相交节点多，需严格按杆件相贯顺序进行安装焊接。

　　3 方案选择

　　3.1 方案介绍

　　1)方案1满堂架原位散装法。该方法为较传统的安装方法，主要按网壳曲面造型在底部搭设满堂承重脚手架，利用现场土建布置的4台塔式起重机(三洋8020型)进行高空散装。

　　2)方案2分条分块吊装法。该方法将屋面钢结构划分为若干个块体单元，设置临时支撑架并拉设缆风绳，利用履带式起重机、汽车式起重机和塔式起重机吊装钢结构，对于起重机在室内部分地下室楼面施工的，需对地下室顶板进行支撑加固。

　　3)方案3以整体顶升法为主的综合施工法(见图3)。该方法主要采用地面渐扩拼装整体顶升法施工，结合满堂架原位散装、设置临时支撑架分条分块安装的综合应用。

　　图3 以整体顶升法为主的综合施工法  

　　3.2 方案比选(见表1)

　　表1 各方案优缺点比较 

　　表1 各方案优缺点比较

　　经过各方案对比分析，最终以方案3为优选方案进行实施。

　　4 方案理论计算

　　钢结构施工前，根据方案3中各阶段施工步骤，对结构建立整体有限元模型，采用MIDAS/Gen进行施工过程力学模拟和分析。计算主要考虑结构自重、温度(合龙)和风荷载的影响，进行各安装、合龙、卸载阶段应力和变形分析，施工过程杆件稳定应力比验算，顶升点及临时支撑点反力验算，合龙前温度荷载作用下的结构验算，顶升架及临时支撑架承载力及下分配钢梁验算，顶升架及支撑架下部混凝土结构验算，起重机上混凝土楼面验算等。经过验算，各施工阶段理论状态均安全可靠，为项目实施提供理论依据。

　　5 施工过程

　　5.1 总体施工思路

　　该工程北侧紧邻高尔夫训练场，球场边线距离地下室外边线约6m，空间狭小;南侧为施工主干道，交通量大，不能占用;西侧为现状道路;东侧为下沉式广场。受现场条件限制，不具备大型起重设备在建筑物外围作业的条件，考虑4台塔式起重机作为主吊，另外采用汽车式起重机等小型机械设备辅助施工。

　　总体施工思路按土建施工顺序由西向东施工，在屋盖中部天井位置设置1条合龙带，将屋盖网壳按各施工方法不同划分为不同区域。训练馆室内场地内采用12t汽车式起重机地面扩展拼装整体顶升法施工，其余区域搭设满堂架利用塔式起重机进行原位散装;比赛馆焊接球网壳安装，比赛场及看台区域采用塔式起重机扩展拼装整体顶升法施工，其余区域搭设满堂架利用塔式起重机原位散装;室外区域西侧落地区域采用100t汽车式起重机分块吊装，东侧落地及北侧悬挑区域采用25t汽车式起重机上地下室板面分块吊装，天井两侧最高区域利用塔式起重机在2层楼面原位扩展拼装整体顶升施工，其余区域利用塔式起重机搭设满堂架或支撑架散装或分块吊装施工。

　　5.2 训练馆室内区域网壳施工

　　训练馆顶升区域共设置12个顶升架，顶升架设于混凝土柱顶位置，若无法设置于柱顶，需加设分配钢梁。训练馆室内区域网壳施工流程为:四周满堂架原位散装及顶升架布置→9个顶升架第1次渐扩拼装顶升→增设3个顶升架继续渐扩拼装并整体顶升到位→合龙并卸载拆除满堂架和顶升架。

　　5.3 比赛馆室内区域网壳施工

　　比赛馆顶升区域共设置24个顶升架，与训练馆类似。比赛馆室内区域网壳施工流程为:12个顶升架布置及地面原位拼装→渐扩拼装顶升并增设12个顶升架→继续渐扩拼装并整体顶升→顶升到位后与四周原位拼装部分合龙。

　　5.4 其他区域网壳施工

　　其他区域网壳施工利用多方法结合施工，主要利用塔式起重机及汽车式起重机分块吊装，在外围环梁设置临时循环支撑架，天井处2层平台南、北侧搭设满堂支撑架，中间区域渐扩拼装顶升，每个区域设置9个顶升架，顶升架底部加设分配钢梁。其他区域网壳施工流程为:训练馆外围设置临时支撑架分块吊装→天井两侧区域搭设满堂支撑架分块吊装→天井中间区域渐扩拼装整体顶升→最终合龙卸载，完成整体钢结构施工。

　　6 施工相关保证措施

　　1)顶升架上顶升节点转换措施考虑顶升架尽可能地布置于下部混凝土柱顶，因此上顶升节点无法对应至网壳节点位置，需在顶升架布置前，在上顶升点处设置焊接球(一球四杆)转换节点。

　　2)支撑架及顶升架底部加设分配钢梁转换措施考虑顶升架布置受力均匀及合理，部分顶升架无法实现布置于混凝土柱顶位置，需在顶升架布置前，在顶升架底部设置分配转换钢梁。

　　3)顶升架加固措施(见图4)该工程顶升架共布置53个(训练馆12个，比赛馆24个，中庭西区9个、东区8个)。训练馆顶升架最高25.6m，最大顶升力215k N;比赛馆顶升架最高32.3m，最大顶升力386.8k N。在顶升过程中，需对顶升架进行加固。

　　图4 顶升架加固措施  

　　4)计算机控制同步顶升措施为保证顶升过程各顶升油缸的同步性，利用计算机控制各顶升油缸，使顶升过程各油缸同步度在3mm以内，同时监测网壳结构位形变化。

　　5) BIM技术应用该工程在施工过程中全程应用BIM技术进行三维深化建模、施工场地动态管控、施工模拟、测量控制三维坐标提取、材料物资管理等，为项目顺利实施提供便利。

　　7 应用效果

　　该工程于2019年12月27日进行钢结构子分部验收，各项检验批及分项工程验收合格，观感质量良好。

　　8 结语

　　该项目采用以整体顶升为主的综合施工技术，经有限元计算分析，采取相应措施，顺利完成了网壳结构安装，确保了施工质量和安全，降低了成本，加快了施工进度。