援柬埔寨国家体育场项目是中国政府迄今为止对外援助中规模最大、等级最高的体育场。项目位于柬埔寨首都金边，占地面积约16.22hm²，总建筑面积8.24万m²，是一座设计可容纳6万名观众的特大型体育场 (见图1) 。该体育场建成后将成为柬埔寨最大的综合体育场，并将作为柬埔寨承办2023年东南亚运动会的主会场。

　　 体育场罩棚体系是由人字形吊塔、径向索桁架、环索、稳定索、斜拉索、背索、环梁和环柱组成，是世界首座柔性斜拉索桁空间结构罩棚，南北各有1座人字形吊塔，跨度约278m，东西向跨度约270m，最大悬挑跨度约65m。人字形吊塔、周圈环柱和双曲环梁均为饰面清水混凝土结构，环柱与水平面夹角67.01°～77.31°，柱距约10m，设计为长悬挑大倾斜混凝土柱，部分环柱内配有钢骨;环梁在环柱顶部环体育场一周，整体呈中部高、两端低的弧形线形，弧顶标高在26.000～39.900m，设计采用现浇钢筋混凝土结构。

　　 体育场周圈布置有70根环柱，东、西两侧各35根，环柱顶端以双曲环梁相连，环梁两端与人字形吊塔相连，整个环柱、环梁结构闭合成环，如图2所示。

　　 环梁、环柱与人字形吊塔共同构成整个体育场罩棚结构的支撑体系。本项目罩棚为柔性斜拉索桁结构，该结构通过拉索施工以输入预应力、建立结构刚度，使整个罩棚在施工过程中从全柔性状态逐步变化至刚性状态。由于罩棚结构内力在施工过程中不断发生变化，环柱和环梁作为罩棚支撑结构，在施工过程中受力状态也会随之发生变化，使环柱、环梁结构的成型过程与设计状态存在较大差异。如何有效控制环柱、环梁结构从施工到使用阶段全过程中的变形和应力，从而保证结构安全、美观，将是本工程施工的重难点之一。

　　 环柱截面尺寸为800mm×2 500mm，环梁截面尺寸为1 200mm×2 800mm，均为钢筋混凝土结构，部分环柱内设计有钢骨，混凝土强度等级均为C50。其中环梁设计为双曲线形，顶部标高在26.000～39.900m，弧线中间高、两边低;环柱结构1/4对称，均为大倾角、长悬挑外斜混凝土柱，倾斜角度为67.01°～77.31°，悬挑长度为18.1～32.0m，如图3所示。

　　 环柱施工全过程变形如图4所示，Δ₁为环柱和环梁在施工完成后，环柱在重力作用下产生的径向向外的变形;Δ₃为环柱结构在罩棚支座节点反力作用下发生的位移;Δ₂为环柱结构施工完成后，罩棚支座反力与环梁、环柱重力共同作用下所产生的柱顶位移。

　　 环柱、环梁施工方案的制订必须充分考虑本工程结构形式和受力特点，在安全可靠、经济合理的条件下，结合施工全过程分析结果，以环柱结构在施工全过程中的应力和变形控制为准则，进行施工方案的设计和比选。

　　 针对本工程环柱设计特点和要求，提出3种施工方案: (1) 方案1全满堂脚手架方案 ^[3]; (2) 方案2

　　 部分满堂脚手架+钢管支撑方案 ^[4]; (3) 方案3部分满堂脚手架+挂架+钢管支撑方案。

　　 环柱结构采用满堂脚手架进行混凝土结构施工。由于环柱结构在罩棚体系张拉前不能完全自稳，故在罩棚结构张拉完成前始终需以满堂脚手架作为支撑结构，架体总量预计高达7 000t。

　　 在不改变环梁、环柱结构原设计的前提下，结构在施工过程中的支撑体系采用满堂脚手架+钢管支撑方案。环柱结构混凝土施工分段进行，每段高度取3.6～4.5m，支撑体系为扣件式钢管脚手架和钢管支撑相结合。其中，钢管支撑一端设置在每根环柱悬臂段的中点处，另一端通过预埋件与看台结构?～○W轴线上首层柱柱顶相连。

　　 环柱结构施工过程中，以“五柱四跨”为一个单元进行施工作业，如图5所示。当钢管支撑标高以下环柱混凝土强度均达80%后，拆除钢管支撑标高以下满堂脚手架支撑;当环柱、环梁结构施工完成且强度达100%后，拆除所有支撑脚手架，仅保留钢管支撑。

　　 本方案中，每榀环柱混凝土施工使用挂架法与满堂支架法相组合的方式分段进行，每一分段高度取2.8～4.5m，如图6所示。考虑在结构标高11.600m处，环柱间设计有连梁，故在结构标高6.700m (环柱底部标高) 至11.600m (连梁顶部标高) 间，使用满堂脚手架进行混凝土施工;环柱标高11.600m以上部分采用挂架 (见图7) 进行混凝土结构施工，并在施工至环柱中点处时，加设钢管支撑;环柱施工完成后，采用满堂脚手架法进行环梁施工，如图8所示。环柱施工过程中，以“五柱四跨”为1个单元进行施工作业。

　　 经对比分析，施工方案3综合效果明显优于方案1和方案2。方案3作为前两项方案的优化方案，能节约施工措施费及缩短项目工期，具有显著的技术经济效果。

　　 针对方案3，采用有限元分析软件MIDAS/Gen进行模拟计算，模型中钢管支撑的一端位于环柱悬臂段中点位置，另一端位于一层框架柱柱顶位置。

　　 计算环柱选取为悬挑长度最长的HZ-1，施工分段取3m一段，模型中所有单元均采用梁单元进行模拟，其中钢管支撑的两端释放梁端约束，所有框架柱下端边界均为刚接。结构构件按设计截面取用，钢管支撑选用□500×300×16，材料为Q235钢材。分析过程考虑混凝土材料收缩与徐变效应。由于环梁在环柱施工完成后采用“满堂支架法”进行施工，故在环柱分析模型中并未建立环梁。环柱施工过程分析模型如图9所示。

　　 环柱施工过程中的恒荷载主要为结构自重、挂架自重，活荷载主要为挂架上施工活荷载和模板自重。钢材重度取为78.5kN/m³，混凝土材料重度取为25.0kN/m³，挂架自重为50kN，施工活荷载取为4.5kN/m³，模板自重为0.3kN/m³。

　　 考虑施工过程中荷载以恒荷载为主，为计入钢筋和混凝土结构表面模板的荷载，计算过程中结构自重荷载取1.05倍的放大系数;爬架、物料堆载、施工活荷载等折算为节点荷载施加于环柱相应节点处。

　　 根据荷载规范，荷载组合取max{1.35G+1.2×0.7Q, 1.2G+1.4Q}，恒荷载为挂架自重G=50kN;施工活荷载合计为Q=131.4kN。根据荷载组合规定，可得到集中力基本组合值为243.96kN;标准组合值为181.4kN。

　　 根据施工方案3的设计，将施工全过程分析划分为15个施工步进行: (1) 施工步1施工完成首层框架结构; (2) 施工步2采用满堂脚手架法施工第1环柱分段; (3) 施工步3～6, 7采用爬模法施工第2～7环柱分段; (4) 施工步8安装钢支撑; (5) 施工步9～14采用挂架法施工第8～13环柱分段; (6) 施工步15拆除爬模，环柱施工完成。

　　 施工全过程结构分析数据如表2所示。

　　 由表2可知，环柱 (HZ1) 在施工过程中，x向最大水平变形为22.69mm, z向最大变形为10.13mm，最大变形<L (L为环柱高度) /300;钢管支撑最大应力为48.37MPa，小于Q235钢材屈服强度，满足要求。

　　 环柱、环梁结构施工以“五柱四跨”为一施工单元进行。环梁在环柱施工完成后以满堂支架法进行施工，所以环梁在施工过程中的荷载均由满堂脚手架承受;环梁施工完成，并拆除下部支撑脚手架后，其自重荷载转由环柱及钢管支撑承受。计算模型中对荷载和荷载组合的设定同5.1.2节。

　　 1) 分析施工步根据施工方案3的设计，将“五柱四跨”单元施工全过程分析划分为2个施工步进行: (1) 施工步1环柱施工完成，搭设满堂脚手架进行环梁施工; (2) 施工步2拆除满堂脚手架。

　　 2) 模拟结果及分析“五柱四跨”施工单元施工全过程模拟分析结果如表3所示。

　　 根据分析，环柱 (HZ1, HZ2) 在施工过程中，x向最大水平位移为63.07mm, z向最大位移为28.16mm，承载力满足要求。

　　 根据施工方案3的设计，环柱结构施工完成后，将进行罩棚结构的预应力张拉，在拉索施工过程中，罩棚结构对环梁支座节点处的反力不断增大，环柱结构在拉索预应力作用下逐渐向内产生变形。建立1/2结构分析模型，模型中对荷载和荷载组合的设定同5.1.2节。

　　 在拉索预应力施工过程中，为防止因环柱柱顶位移过大而导致钢管支撑受拉，从而对拆撑产生不利影响，钢管支撑和环柱之间的连接节点设计为仅受压节点。故有限元计算过程中，钢管支撑为仅受压的桁架单元，并且在压应力接近0时拆除。根据拉索施工专业分包方提供的反力数据，将罩棚结构张拉过程中产生的支座反力以节点集中力的形式分级施加在对应的梁柱节点处，通过MIDAS有限元软件计算，得到半跨整体结构在罩棚结构支反力作用下的施工全过程分析结果，如表4所示。

　　 在施工分析步10中可得到的环柱柱顶位置在x, y, z向位移值 (图4中的Δ₂) 可作为环梁、环柱在施工时预起拱值的参考值 (包含混凝土收缩与徐变的变形值) ，如表5所示。

　　 1) 施工方案3，即部分满堂脚手架+挂架+钢管支撑法具有显著的综合效益，该方案经济合理、安全可靠，对施工成本、项目工期、现场管理等方面都有有利效果。

　　 2) 单榀环柱在施工过程中，最大变形发生在HZ1处，其东西径向最大水平位移为22.69mm，最大竖向位移为10.13mm，钢管支撑最大应力为48.37MPa，满足要求。

　　 3) “五柱四跨”单元施工过程中，环柱结构东西径向最大水平位移为63.07mm，最大竖向位移为28.16mm。

　　 4) 罩棚结构张拉施工过程中，环柱结构整体发生径向向内变形。根据计算结果，环柱柱顶的最大位移量达215.77mm，故罩棚结构在预应力施工时，应当考虑施工过程中支座位移对施工质量产生的影响。