0 引言

　　在建柬埔寨国家体育场是国家“一带一路”倡议下对外援助等级最高、规模最大的体育场。项目南、北对称各设置1座99m高人字形三维变曲面倾斜混凝土索塔，索塔78m以下双肢对称设置，78m以上合龙为单肢，截面连续变化缩减，形体在72m处向平面外偏移33m，与地面夹角约为60°，72～99m塔身回倾1.7m，如图1所示。

　　图1 索塔结构空间形体  

　　索塔多见于斜拉索桥和斜拉索罩棚结构体系的公共建筑，通过对国内外斜拉索桥的索塔调研，可知索塔结构设计单一，形体基本在同一平面内，且外形变化较小。柬埔寨国家体育场索塔融合柬埔寨“双手合十礼”的礼节，造型多变，结构复杂，施工过程中变形大、稳定性差，变形控制难度大。通过变形计算和施工模拟分析，同时考虑人员上下、垂直运输系统，结合动态施工过程，创新设计一种多功能钢支撑塔进行变形控制，形成功能齐全的垂直运输系统，实现“一塔多用”。

　　1 结构变形分析

　　将Auto CAD建立的索塔三维模型经技术处理后导入MIDAS Gen软件建立三维空间有限元计算模型，选取最不利荷载工况进行计算分析，计算结果如图2所示。吊塔内侧最大变形发生于吊塔40m处，为45.3mm,>40mm，不满足规范要求。

　　为解决施工过程中塔身不能自稳和变形不满足规范要求的难题，初步确定采用设置钢支撑塔提供内侧斜支撑来约束控制索塔的变形，施工模拟选用柱截面H500×500×20×30，主梁截面H400×200×8×13、次梁截面H300×200×6.5×9、水平支撑截面H200×200×8×12和斜撑截面H250×250×9×14进行计算分析，通过ABAQUS软件计算出支撑塔和人字形吊塔各接触节点的位移，在MIDAS中通过施加强制位移的方式对通道塔进行加载，进而对支撑塔结构截面进行验算，计算结果如图3,4所示。在承载能力极限状态，杆件最大应力比为0.64<1，结构设计满足规范的承载力要求;在正常使用极限状态，结构最大位移为42.47mm<57 000/1 000=57mm，结构设计满足规范的刚度要求。

　　图2 吊塔内侧位移云图(x向)  

　　图3 结构应力比  

　　图4 结构位移  

　　2 钢支撑塔设计

　　2.1 设计思路

　　应用结构变形分析的结果，设计一种钢支撑塔结构，除了满足控制结构变形的要求，同时解决物料垂直运输，人员水平移动和竖向上下，以及临水、临电、泵管布设等难题，以确保索塔结构顺利实施。选取最优的钢支撑塔设计方案，减少临时设施措施费用的投入，同时，根据设计完成的钢支撑塔反算索塔的变形值和支撑塔的安全性。

　　2.2 设计方法

　　1)建立索塔和钢支撑塔Auto CAD三维模型。

　　2)将三维模型导出dxf格式。

　　3)将dxf格式文件导入MIDAS Gen软件中建立三维空间有限元计算模型。

　　4)进行施工模拟计算分析。

　　5)优化设计方案，重复1)～4)步骤进行试算和再优化，确定最终设计方案。

　　6)形成钢支撑塔的设计成果，出具钢结构加工图。

　　2.3 设计方案

　　2.3.1 结构变形控制

　　为解决索塔施工过程中的变形问题，在索塔的外倾侧设置高54m，平面尺寸为5m×10m的钢支撑塔。支撑塔钢柱截面为H500×500×20×30，钢梁截面为HN400×200×8×13,H750×350×20×30,HW200×200×8×12,HN400×200×8×13，钢斜撑截面为2根[25a，钢材材质均为Q345B，如图5所示。

　　图5 支撑塔结构立面  

　　基础采用桩基承台，主塔采用钢格构柱，节点全部采用螺栓连接，便于安拆和回收利用。

　　钢支撑塔分别在标高26.000,45.000,54.000m处通过钢梁与索塔的预埋件连接固定，如图6所示。

　　图6 45.000m标高处连接节点设计  

　　2.3.2 物料及人员通道

　　钢支撑塔沿全高设置楼梯，平台板与踏步板采用厚4mm花纹钢板铺设，54m高度以上设置人员上下的施工电梯，施工电梯附着于支撑塔外侧钢梁上，通过预埋件与钢梁焊接固定，支撑塔每节高度应考虑施工电梯附墙架的设置要求，以保证施工电梯的安全性，如图7所示。根据现场实际情况设置可随时安装和拆卸的钢平台梁通道作为人员水平通道，人员可通过此通道到达索塔施工的作业平台上，如图8所示。

　　图7 人员竖向通道设计  

　　图8 人员水平通道设计  

　　2.3.3 临时水电管线敷设及泵管布置设计

　　临时水电沿钢支撑立柱敷设至结构施工操作面上，满足用电和用水需要，如图9所示。

　　图9 水电管线敷设设计  

　　竖向泵管57m以下沿钢支撑塔中柱设置，泵管固定通过固定件与焊接在钢柱上的锚板连接;57m以上通过支撑塔54m钢平台搭设固定架体到达索塔内部中空部位，通过固定件与预埋在索塔结构内的预埋件连接。

　　3 钢支撑塔施工

　　3.1 施工模拟分析

　　钢支撑塔实施前，根据现场实际工况再次进行施工模拟分析，计算结果如图10所示。通过设置钢支撑塔，索塔结构最大整体倾角为1/2 616<1/1 000，满足变形要求，索塔最大y向位移为37.83mm，钢支撑塔可承受的最大应力为95.56MPa，受力满足规范要求。

　　图1 0 实际工况下索塔受力及变形情况  

　　3.2 施工流程

　　钢支撑塔施工流程为:施工准备→平面放线定位→技术复核→桩基础施工→承台基础施工(预埋首节钢柱锚板)→安装前复测，调整螺栓上螺母→首节钢柱吊装，对中安装就位后校正→首层钢梁吊装，就位后与柱焊接，次梁与主梁焊接同步完成，校正完毕→地脚二次注浆→第2节钢柱吊装，通过安装耳板固定，安装连接螺栓，校正后进行高强螺栓连接→第2层钢梁吊装完成，重复首层钢梁安装流程→完成以上各层的钢支撑塔结构施工→楼梯及栏杆安装，木质踢脚板安装→各层平台安全防护栏杆安装，安全验收→联合验收。

　　3.3 施工注意事项

　　1)钢支撑塔实施前，精确分析钢支撑与塔式起重机、施工电梯立面的位置关系，如图11,12所示;保证独立式塔式起重机的基础和吊装不受钢支撑塔的影响，同时，施工电梯向上与索塔结构附着在安全距离以内。

　　图1 1 塔式起重机与索塔基础位置关系(单位:m)  

　　图1 2 钢支撑塔首道支撑与塔式起重机及索塔位置关系(单位:m) 

　　2)钢支撑塔基础施工前，确保桩基础中心点位严格按照给定的坐标点位放线，并做好复核工作，避免后期因位置偏差造成竖向通道不畅通或引起安全隐患。

　　3)首节钢柱吊装应复核2遍，安装前复核中心点位是否对中，安装完成后再次复核。

　　4)上部钢柱安装与首段钢柱安装的不同点在于柱脚的连接固定方式，首段钢柱为柱脚连接，需进行二次灌浆处理，上部钢柱安装方式为高强螺栓连接耳板。

　　5)上节钢柱吊装时要考虑反向偏移回归原位的处理，逐节进行纠偏，避免累积误差过大。

　　6)主梁与柱焊接时，需搭设柱梁焊接操作平台架;主梁与次梁安装时，需在主梁上挂吊篮进行次梁安装连接。

　　7)钢梁安装顺序遵循“同平面钢构件吊装，采用由里向外、对称吊装;立面钢构件吊装，采用由下至上顺序安装”的原则。

　　8)钢支撑塔变形控制连接位置定位难度大，应用BIM空间坐标测量法，精确定位空间坐标位置，保证计算分析模拟与实际工况一致。

　　9)人员水平通道随结构分段施工需求而设置，安、拆前后须通过安全验收，确保人员安全。

　　10)索塔结构施工完成后，每月定期进行变形监测，形成监测成果。

　　4 结语

　　以援柬埔寨体育场超高异形索塔结构设置的钢支撑塔工程为例，创新设计变形控制的钢支撑塔结构，同时，将其作为施工电梯、临时水电敷设、应急通道等设施的附着平台，实现“一塔多用”的功能，形成功能齐全的垂直运输系统，在超高异形索塔结构及类似构筑物的施工中有较大的实用价值。