1  前言
   大跨度結(jié)構(gòu)系指跨度等于或大于60m的結(jié)構(gòu)。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)、文化的飛速發(fā)展及空間結(jié)構(gòu)的形式多樣化，大跨度鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展非常迅猛，并已廣泛地應(yīng)用于文化體育場館、會議展覽中心、機(jī)場候機(jī)廳等大型公共建筑以及不同類型的重型工業(yè)建筑中。大跨度鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r與施工技術(shù)水平已成為代表一個國家建筑科技水平的重要標(biāo)志之一。計算機(jī)的普及和有限元分析方法的廣泛運用為大跨度鋼結(jié)構(gòu)的加速發(fā)展創(chuàng)造了條件，大跨度鋼結(jié)構(gòu)造型越來越新穎，跨度也越來越大，結(jié)構(gòu)體系越來越復(fù)雜，施工也越來越難。目前，大跨度鋼結(jié)構(gòu)常用的安裝方法有高空散裝法、分段吊裝安裝法、滑移安裝法、雙機(jī)或多機(jī)抬吊吊裝法、整體提升法、整體頂升法等，各種安裝方法都有其優(yōu)缺點和一定的針對性。但是，為了體現(xiàn)建筑美學(xué)和設(shè)計師理念，大跨度鋼結(jié)構(gòu)往往是一個個性化的變異設(shè)計，無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可言，不同的結(jié)構(gòu)形式、場地條件及工程實際情況，所采用的施工技術(shù)也會有所差異。如南京奧體中心主體育場、國家體育場、五棵松體育文化中心籃球館的鋼屋蓋雖然均采用了大跨度鋼結(jié)構(gòu)，但由于采用的結(jié)構(gòu)形式各不相同，現(xiàn)場場地條件也不一樣，故在實施鋼結(jié)構(gòu)安裝時，采用的施工技術(shù)也迥然不同。

2  南京奧林匹克體育中心主體育場
   2.1工程概況
   南京奧體中心是一個大型綜合類體育中心。主體育場作為2005年江蘇省舉行第十屆全國綜合性運動會的主場館和舉行國際單項最高級別運動會的硬件設(shè)施，作為南京市的標(biāo)志性建筑，其屋蓋結(jié)構(gòu)體系十分復(fù)雜，主要由2榀與水平面成45°傾斜的、跨度為361.582m的三角形變斷面的鋼桁架拱和由104根鋼箱型梁形成的中空馬鞍形空間結(jié)構(gòu)組成，罩棚的徑向長度為68.14m～27m，覆蓋面積4萬多平方米。拱頂標(biāo)高達(dá)64.719m，鋼結(jié)構(gòu)總量約12153t。整個屋蓋結(jié)構(gòu)體系在各種不同荷載組合情況下，分別由主拱和鋼箱梁外端的“V”型支撐將荷載傳至下部結(jié)構(gòu)。45°傾斜主拱線條簡明，宛如飄帶（見圖1）。
   2.2工程難點及施工方案的選擇
   2.2.1工程難點
   南京奧體中心主體育場屋蓋結(jié)構(gòu)體系獨特，傾斜主拱通過前吊桿為箱型梁的懸臂端提供豎向約束，而箱型梁則通過后撐桿為主拱提供平面外的側(cè)向穩(wěn)定，兩者互相依托。在整個結(jié)構(gòu)體系未形成之前，屋面系統(tǒng)與主拱皆非獨立的結(jié)構(gòu)靜定體系。該組合結(jié)構(gòu)國內(nèi)尚無先例，國際上也實屬罕見。所以，無論是設(shè)計還是施工，都具有相當(dāng)大的難度。
   （1）結(jié)構(gòu)體系與節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜：主體育場屋蓋結(jié)構(gòu)體系是由鋼桁架拱、吊桿、馬鞍型屋面網(wǎng)格及支撐柱組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，與純拱結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)具有不同的受力特點和失穩(wěn)模式，體系異常復(fù)雜。同時，為避免以往慣用的焊接連接節(jié)點存在的焊接殘余應(yīng)力、多次熱影響使節(jié)點鋼材變脆以及次彎矩對節(jié)點的影響等一些難以定量分析的問題，本工程的關(guān)鍵節(jié)點設(shè)計采用了大量的鑄鋼節(jié)點，既有板式鑄鋼支座、錐形鑄鋼連接件，又有圓柱形鑄鋼節(jié)點和球形鑄鋼節(jié)點，還有H型鋼鑄鋼節(jié)點。
   （2）支撐胎架的設(shè)置：為保證安裝過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與施工的可操作性，屋面和主拱安裝時必須設(shè)立臨時支撐系統(tǒng)，安裝完成后屋面臨時支撐需進(jìn)行卸載和拆除，卸載過程中結(jié)構(gòu)體系逐步轉(zhuǎn)換，穩(wěn)步成型。但是，桿件內(nèi)力和臨時支撐的受力在卸載過程中發(fā)生變化，工況分析相當(dāng)困難。支撐系統(tǒng)的布置既要滿足施工階段結(jié)構(gòu)的受力性能，符合設(shè)計要求，又不能對下部混凝土看臺結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的影響，造成破壞，還要方便施工（包括安裝階段和卸載階段），保證安全。故支撐的布置、計算及設(shè)計十分復(fù)雜。
   （3）大跨重型結(jié)構(gòu)的安裝：主拱跨度大，高度高，節(jié)點復(fù)雜，高空拼裝難度大，不適合高空散裝，而應(yīng)分段吊裝。分段吊裝時，吊裝高度高，工作半徑大，施工困難。并且在主拱和屋面構(gòu)件全部安裝完成并形成結(jié)構(gòu)體系前，主拱和屋面均為不穩(wěn)定體系，主拱吊裝時需采取大量的臨時穩(wěn)定措施，以確保安全。同時，主拱施工時間長，會受溫度變化而產(chǎn)生收縮變形及溫度應(yīng)力，溫度變形及溫度應(yīng)力控制難度大。
   （4）鋼屋蓋系統(tǒng)整體卸載：卸載過程既是拆除支撐胎架的過程，又是結(jié)構(gòu)體系逐步轉(zhuǎn)換過程，卸載過程中，結(jié)構(gòu)本身的桿件內(nèi)力和臨時支撐的受力均會產(chǎn)生變化。由于主拱和屋面系統(tǒng)互相依托，結(jié)構(gòu)傳力途徑不明確，受力情況復(fù)雜，加之空間結(jié)構(gòu)體系平面外的剛度相對較小且各部位的強度和剛度均不相同，卸載時結(jié)構(gòu)體系的變形相對較大且不均勻，相鄰支撐在卸載過程中互相影響。卸載的先后順序、卸載方法及工藝都會對結(jié)構(gòu)本身和支撐胎架產(chǎn)生一定的影響，卸載難度大。
   2.2.2施工方案的選擇
   南京奧體中心主體育場鋼屋蓋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、構(gòu)件類型多樣、工期緊張、現(xiàn)場周邊環(huán)境復(fù)雜，根據(jù)這一實際情況，最終選用“一套支撐胎架，兩組吊機(jī)”的作業(yè)方案，“分區(qū)安裝、齊頭并進(jìn)”的施工原則。主拱根據(jù)吊機(jī)工作能力分成21段現(xiàn)場分段連續(xù)組裝，待屋面系統(tǒng)吊裝完成后再采用300t履帶吊和600t履帶吊分段吊裝。整個鋼屋蓋系統(tǒng)的吊裝順序為：支撐胎架——V形支撐前支撐柱——屋面鋼箱梁——V形支撐后支撐柱——環(huán)梁、連系梁——屋面支撐——M桿——主拱——檁條、天溝、馬道等，逐區(qū)間推進(jìn)，待屋面系統(tǒng)及主拱吊裝完成后，屋面系統(tǒng)分級、分區(qū)逐步卸載，最后拆除支撐胎架。
   2.3施工技術(shù)
   2.3.1支撐體系設(shè)置
   根據(jù)大跨度雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋的結(jié)構(gòu)特點，特別是結(jié)構(gòu)體系中屋面箱型梁與雙斜拱互相依托的特點，結(jié)合安裝時的工況分析、支撐胎架的整體穩(wěn)定性分析及受力計算，屋面系統(tǒng)箱型梁下設(shè)置150個支撐胎架（見圖2），待屋面系統(tǒng)安裝完畢后，再安裝主拱。主拱安裝時，出屋面部分主拱單獨設(shè)置12組支撐胎架， 屋面內(nèi)主拱部分，先將連接主拱和屋面箱型梁的M桿安裝就位，主拱安裝時直接支承在M桿上（見圖3），從而合理地應(yīng)用結(jié)構(gòu)本身當(dāng)作支撐，以降低主拱支撐的高度，確保主拱安裝時的穩(wěn)定性。根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的傳力要求，東西區(qū)屋面的支撐胎架均布置在箱型梁下對應(yīng)于主拱前吊桿和后撐桿位置處，以保證主拱的安裝精度及安裝時的主拱荷載通過箱型梁直接傳遞到支撐胎架上�？紤]到實際的資源情況，東區(qū)支撐胎架采用格構(gòu)式鋼架，下部通過H型鋼轉(zhuǎn)換梁將荷載直接轉(zhuǎn)移到混凝土柱上。西區(qū)則采用鋼管和腳手管組成的組合支撐，下部通過箱型轉(zhuǎn)換梁將荷載轉(zhuǎn)移到混凝土柱上。
   2.3.2大跨重型結(jié)構(gòu)的安裝
   屋面箱型梁均整根進(jìn)行吊裝，安裝定位后及時與V型支撐連接，并將其與先裝的屋面梁通過內(nèi)、中、外環(huán)梁連成整體，防止箱型梁的側(cè)向位移和下滑。
   主拱采用臥式連續(xù)拼裝法，通過三維建模來搭設(shè)組裝胎架并通過全站儀來進(jìn)行測量控制。主拱組裝完成后，分段吊裝就位。吊裝順序為：從兩端向中間，在中間合攏。
   對于大跨度拱，其溫度變形和溫度應(yīng)力是較大的，主拱在從兩端往中間安裝的過程中，勢必受溫度變化的影響而出現(xiàn)精度偏差，從而造成最后一段主拱無法順利安裝就位。同時，最后一段主拱的安裝、焊接將直接影響到主拱的質(zhì)量和受力情況，為此，施工時設(shè)置合攏段，合攏段的長度根據(jù)合攏時的實際測量尺寸來進(jìn)行下料。為保證合攏段的質(zhì)量，在從兩端往中間安裝主拱的過程中，逐段消除安裝誤差，合攏前要進(jìn)行連續(xù)觀測，確定溫差對拱身長度的影響，并根據(jù)理論計算的主拱溫度應(yīng)力情況，確定合適的時間及合攏溫度，低溫安裝就位，高溫定位焊接。焊接時氣溫需相對穩(wěn)定，并由兩人對稱連續(xù)施焊。
   2.3.3卸載技術(shù)
   本工程支撐塔架數(shù)量眾多，且分布范圍廣，整體同步卸載難度較大，為此，根據(jù)大跨度雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋結(jié)構(gòu)體系的受力特點及支撐胎架的布置與受力情況，通過工況計算分析，采用分批、分級同步卸載技術(shù)。即將支撐胎架分為9個區(qū)，每區(qū)分級同步卸載。卸載的分級大小和卸載順序根據(jù)結(jié)構(gòu)計算和工況分析得出的結(jié)果進(jìn)行，先小后大，先拆主拱支撐胎架，然后拆屋面支撐胎架，由高到低、由內(nèi)到外、東、西同步、共分20步進(jìn)行。卸載時，通過胎架下端安置的螺旋式千斤頂，按多次循環(huán)、反力控制與位移控制相結(jié)合的原則，來實現(xiàn)荷載的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。

3  國家體育場
   3.1工程概況
   國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區(qū)的南部，主體建筑緊鄰北京城市中軸線，并與國家體育館和國家游泳中心相對于中軸線均衡布置，是2008年奧運會的主體育場，主要承擔(dān)奧運會開幕式、閉幕式和田徑比賽。奧運會期間，可容納觀眾91000人，奧運會后，可容納觀眾80000人。
   國家體育場鋼結(jié)構(gòu)建筑頂面呈馬鞍型，長軸為332.3m，短軸為297.3m，最高點高度為68.5m，最低高度為40.1m。屋蓋中間開洞長度為185.3m，寬度為127.5m。主要由48榀主桁架圍繞屋蓋中間的開口放射型布置而成，主桁架與頂面及立面雜亂無章的次結(jié)構(gòu)一起形成了“鳥巢”的特殊建筑造型，大跨度空間鋼屋蓋支撐在周邊的24根桁架柱之上，并將荷載傳至基礎(chǔ)（見圖4）。為達(dá)到預(yù)定的視覺效果，編織鳥巢用的桿件均為箱型構(gòu)件。
   3.2工程難點及施工方案的選擇
   3.2.1工程難點
   （1）支撐塔架設(shè)置難度大：根據(jù)國家體育場鋼結(jié)構(gòu)“散裝”總體方案，在進(jìn)行屋面主桁架的安裝時，其下方需設(shè)置大量的臨時支撐塔架，且支撐塔架的設(shè)置對整個工程的施工安全、質(zhì)量、工期及成本控制至關(guān)重要。由于國家體育場鋼結(jié)構(gòu)為大跨度空間巨型鋼桁架結(jié)構(gòu)，桁架截面高度及結(jié)構(gòu)高度高，節(jié)間距離大，重量重，風(fēng)載較大，支撐塔架受力情況復(fù)雜，設(shè)計難度大。同時，鋼結(jié)構(gòu)安裝時，其下方的混凝土看臺結(jié)構(gòu)已施工完畢，支撐塔架的布置受到一定程度的限制，支撐塔架設(shè)置難度較大。
   （2）構(gòu)件體型大、重量重、形體怪異，安裝難度大：本工程中，桁架柱的最大斷面達(dá)25m×20m，高度為67m，單榀最重達(dá)700t。主桁架高度12m，雙榀貫通最大跨度258.365m。構(gòu)件體型龐大，單體重量重。加之桁架柱和立面次結(jié)構(gòu)的形體怪異，吊裝難度大。
   （3）合攏難度大：國家體育場鋼結(jié)構(gòu)屬特大型大跨度鋼結(jié)構(gòu)，主桁架雙榀貫通最大跨度258.365m。由于結(jié)構(gòu)形成過程和使用過程存在較大的溫差，使用過程中，結(jié)構(gòu)中會產(chǎn)生較大的溫度變形和溫度應(yīng)力。因此，根據(jù)北京地區(qū)的極限最低溫度和極限最高溫度，設(shè)計上設(shè)置了嚴(yán)格的合攏溫度，即結(jié)構(gòu)體系最終形成時的溫度，以減少溫度變形和溫度應(yīng)力。為確保合攏線上的對接口按設(shè)計要求的合攏溫度同時合攏，需組織大量的人力和物力，且必須進(jìn)行嚴(yán)格的溫度監(jiān)測、周密的部署及施工安排，合攏難度大。
   （4）卸載難度大：國家體育場鋼結(jié)構(gòu)受力體系為中央大開口的斜交桁架雙層網(wǎng)殼，表現(xiàn)出很強的空間非幾何線性作用。根據(jù)總體施工方案，結(jié)構(gòu)安裝階段，整個屋蓋設(shè)置了80個支撐塔架，作為主桁架安裝時的臨時支撐，主結(jié)構(gòu)安裝完畢后，再進(jìn)行卸載和拆除。在進(jìn)行支撐塔架的卸載過程中，結(jié)構(gòu)體系逐步轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)本身和支撐塔架的受力均產(chǎn)生變化，卸載的先后順序、卸載等級及工藝都會對其產(chǎn)生影響，需進(jìn)行詳細(xì)的工況分析。對于如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，工況分析及同步卸載控制難度大。
   3.2.2施工方案的選擇
   針對國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程規(guī)模大、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、測量測控及安裝技術(shù)的挑戰(zhàn)性、工期緊迫以及與其它分項工程交叉作業(yè)復(fù)雜等特點，整個屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的安裝選用散裝方案，即所有構(gòu)件分成吊裝單元分段進(jìn)行安裝，下設(shè)支撐塔架，高空對接，結(jié)構(gòu)形成后進(jìn)行卸載。其中，主結(jié)構(gòu)共劃分為230個安裝單元，桁架柱最大吊裝單元重達(dá)360t，主桁架約250t，最大吊裝長度約45m。
根據(jù)吊裝單元的重量和作業(yè)半徑，桁架柱和主桁架吊裝采用2臺800t履帶吊和2臺600t履帶吊進(jìn)行吊裝，800t布置在場外，600t在場內(nèi)。立面次結(jié)構(gòu)、頂面次結(jié)構(gòu)及樓梯馬道采用4臺300t履帶吊和4臺150t履帶吊分吊裝單元進(jìn)行吊裝。
主結(jié)構(gòu)總體安裝順序分為三個階段六個步驟，先安裝南北方向桁架柱，后安裝東西方向桁架柱，內(nèi)外主桁架的安裝穿插進(jìn)行。立面次結(jié)構(gòu)與樓梯則隨桁架柱的安裝進(jìn)度一起進(jìn)行安裝，頂面次結(jié)構(gòu)待卸載完畢再進(jìn)行安裝。
   3.3施工技術(shù)
   3.3.1支撐塔架設(shè)置
   國家體育場屋蓋鋼結(jié)構(gòu)屬大跨度空間巨型桁架結(jié)構(gòu)，為實施屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的安裝和施工，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)特點、吊裝分段形式和下部混凝土看臺結(jié)構(gòu)的布置情況，在主桁架下弦交叉節(jié)點的位置共設(shè)置了80個3×3m格構(gòu)式支撐塔架。為提高支撐塔架的整體剛度和穩(wěn)定性，防止支撐塔架的沉降，支撐塔架的頂部設(shè)置桁架式水平支撐體系，底部設(shè)置6×6m的樁基承臺。同時，根據(jù)主結(jié)構(gòu)的安裝方案，將整體支撐塔架分成四大塊，長短軸各兩個區(qū)塊，四個區(qū)塊所有支撐塔架連成整體（見圖5）。
   為方便現(xiàn)場加工制作和安裝，提高其經(jīng)濟(jì)性，支撐塔架和柱頂連系桁架的設(shè)計均采用標(biāo)準(zhǔn)段模數(shù)化的方式。支撐塔架的柱肢采用螺旋焊管，水平腹桿采用雙角鋼十字形布置，斜腹桿采用角鋼X形交叉體系。為提高支撐塔架柱身的抗扭剛度，在每節(jié)標(biāo)準(zhǔn)段的兩端和中間區(qū)域設(shè)置角鋼交叉橫隔。柱頂連系桁架的設(shè)計方式與支撐塔架基本相同。同時，為便于主桁架的安裝和支撐塔架的整體卸載，支撐塔架頂部設(shè)置十字形箱型梁和H型鋼支頂裝置。
   3.3.2巨型鋼桁架吊裝技術(shù)
   根據(jù)桁架柱的特點、現(xiàn)場場地條件及工期要求等實際情況，桁架柱采用就近整體拼裝、分段吊裝的方法，分段雙機(jī)抬吊、低空起吊直立、單機(jī)回轉(zhuǎn)就位。為便于平衡調(diào)節(jié)和空間角度調(diào)節(jié)，桁架柱下柱采用三點吊裝，上柱采用四點吊裝。下柱吊裝時，內(nèi)柱設(shè)置主吊點和圓管吊耳，以便于起吊直立過程中鋼絲繩的轉(zhuǎn)動；兩外柱設(shè)置副吊點和板式吊耳，以便于桁架柱吊裝時的平衡調(diào)節(jié)。上柱吊裝時的吊點均設(shè)置在外柱彎扭段頂面，靠內(nèi)柱一側(cè)的主吊點盡量靠近外柱內(nèi)側(cè)腹板位置，且主吊繩采用走通方式，以確保主吊繩的受力，避免吊裝過程中出現(xiàn)三點受力甚至兩點受力的情況及鋼絲繩的滑動磨損。為確保受力平衡，加快桁架柱吊裝時空間角度調(diào)節(jié)速度和精度，副吊繩上設(shè)置滑輪組，并通過電動葫蘆和導(dǎo)向滑輪來調(diào)節(jié)副吊繩的總體長度。同時為確保安裝過程中的穩(wěn)定性，桁架柱安裝時，下柱上端設(shè)置剛性拉撐，上柱頂端設(shè)置穩(wěn)定風(fēng)繩。剛性拉撐和穩(wěn)定風(fēng)繩均連到混凝土看臺結(jié)構(gòu)中的預(yù)埋件上。
   除內(nèi)圈立體主桁架外，主桁架均采用平拼法。根據(jù)主桁架的分段形式，吊點設(shè)置總體分為兩種：外圈和中圈的平面主桁架采用兩點吊裝，局部牛腿較長的桁架增設(shè)一個穩(wěn)定吊點；內(nèi)圈立體主桁架采用三點吊裝，一個主吊點和兩個輔助吊點。所有吊點均設(shè)在桁架上弦節(jié)點區(qū)域?qū)��?yīng)內(nèi)加勁或靠近內(nèi)加勁的位置，以確保桁架上弦的局部受力要求。主桁架安裝時，對接口設(shè)置卡馬，自由端設(shè)置側(cè)向穩(wěn)定風(fēng)繩，桁架下弦下翼緣板與支頂裝置焊接固定。對于首件吊裝的主桁架，待所有固定措施和側(cè)向穩(wěn)定措施做好后，再進(jìn)行緩慢松鉤，以確保首件吊裝的主桁架的安全和支撐塔架的安全。
   3.3.3合攏技術(shù)
   國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程量大，結(jié)構(gòu)安裝需經(jīng)歷較長的時間跨度，為控制安裝過程的變形，減少結(jié)構(gòu)使用過程中的極限溫度變形和溫度應(yīng)力，在安裝主桁架的過程中，采用了分塊安裝法，即先將各分段主桁架在高空依次拼接為四個對稱、均勻布置的獨立板塊，然后再將各獨立板塊連成一個整體，這一分塊連成整體的過程就叫做合攏。為確保合攏段施工過程中的安全，合攏段安裝就位后，除設(shè)計要求的合攏口不進(jìn)行焊接連接外，其它接口部位均及時焊接完畢，以增強結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。同時，為確保合攏口在施工過程中因溫度變化而自由伸縮，合攏口采用卡馬搭接連接，卡馬的大小和數(shù)量根據(jù)該接口部位的受力計算確定。
根據(jù)現(xiàn)場實際情況，結(jié)合設(shè)計提出的先行合攏構(gòu)件需納入后續(xù)合攏線合攏溫度要求范圍這一基本原則，國家體育場鋼結(jié)構(gòu)的合攏按合攏線依次進(jìn)行合攏，先進(jìn)行主桁架的合攏，再進(jìn)行立面結(jié)構(gòu)的合攏，主桁架合攏時，先進(jìn)行兩大施工區(qū)域內(nèi)部合攏線的合攏，再進(jìn)行兩大施工分區(qū)間合攏線的合攏，同一合攏線的各合攏口同時、同步合攏。為防止合攏時因溫度變化而產(chǎn)生過大的溫度變形和溫度應(yīng)力，選擇氣溫相對穩(wěn)定的情況下進(jìn)行合攏，即合攏安排夜間進(jìn)行。由于合攏口數(shù)量多，焊接量大，要在短時間內(nèi)將合攏口焊接完畢，難度較大。為此，實際合攏時，先將合攏口的所有卡馬焊接固定，然后再進(jìn)行合攏口焊縫的焊接。
   3.3.4卸載技術(shù)
   國家體育場鋼結(jié)構(gòu)受力體系為中央大開口的斜交桁架雙層網(wǎng)殼，表現(xiàn)出很強的空間非幾何線性作用。根據(jù)總體施工方案，結(jié)構(gòu)安裝階段，整個屋蓋設(shè)置了80個支撐塔架，作為主桁架安裝時的臨時支撐，主結(jié)構(gòu)安裝完畢后，再進(jìn)行卸載和拆除。國家體育場支撐塔架的卸載具有卸載總噸位大（達(dá)14000t）、卸載點分布廣、點數(shù)多、同比卸載量變化大及單點卸載噸位大等特點，為確保結(jié)構(gòu)的安全和整體外形，需控制各點同步下降。為此，采用液壓同步控制系統(tǒng)來進(jìn)行卸載。液壓同步控制系統(tǒng)采用一泵2頂方案，可多點同時頂升，也可單點動作，控制精度高，達(dá)2-5mm。該系統(tǒng)主要由兩部分組成：液壓系統(tǒng)和電子監(jiān)控系統(tǒng)。開始工作前，首先將要控制的78個點分成10個區(qū)域，分別由10個區(qū)域控制器來進(jìn)行集中監(jiān)控，工作過程中，通過人來直接操作預(yù)裝在泵上的3位4通手動換向閥來控制油液的流向（即負(fù)載的升降）。同步頂升控制器接收安裝在油缸邊上的與重物相連的傳感器所發(fā)出的信號，并將其送至區(qū)域控制器上，10個區(qū)域控制器再將處理后的結(jié)果送至中央控制器，直接顯示在顯示器上并提示每一個泵站的操作員進(jìn)行修正。
   對于大跨度空間結(jié)構(gòu)，卸載順序直接影響到支撐塔架的受力變化和結(jié)構(gòu)本身的受力轉(zhuǎn)換。不同的結(jié)構(gòu)形式，卸載順序也會有所區(qū)別，但總體原則是確保支撐塔架的受力不超出預(yù)定要求和結(jié)構(gòu)成形相對平穩(wěn)。根據(jù)多次計算分析的結(jié)果，最終確定由外向內(nèi)的卸載總順序，分七大步和35小步進(jìn)行卸載，并且在外、中、內(nèi)三圈支撐塔架各圈卸載過程中保持同步，三圈支撐每次卸載的位移同各點的最終總位移保持等比關(guān)系。

4  北京五棵松體育文化中心籃球館
   4.1 工程概況
   五棵松體育館為北京2008年奧運會籃球比賽場館。體育館結(jié)構(gòu)地上6層（含1個夾層），地下1層，檐高高度為37.3 m，主體結(jié)構(gòu)為多層混凝土框架，屋架結(jié)構(gòu)為120m雙向正交魚腹式空間鋼桁架體系（見圖6）。
   鋼屋面桁架為雙向?qū)ΨQ布置，間距為12m，共有26榀。桁架截面形式為上弦水平、下弦魚腹式雙向受力桁架。桁架共有7種形式，支座處高均為6.3m，跨中高度從6.3m～9.3m不等，桁架設(shè)計要求起拱150mm。桁架中最重的一榀為163t，最輕的一榀為48t。桁架上下弦和腹桿桿件截面為箱形和H型。鋼屋架材質(zhì)為Q345C，最大板厚為50mm。屋面桁架有20個支座，其中屋架結(jié)構(gòu)四角的支座為固定鉸支座，其余16個支座為滑動球鉸支座。
   4.2  工程難點及施工方案選擇
   4.2.1工程難點
   五棵松體育館屋面桁架為120m雙向正交魚腹式空間鋼桁架體系，單榀桁架跨度及重量都相當(dāng)大，施工難度大。由于建筑結(jié)構(gòu)以及地基承載力等現(xiàn)場條件不宜使用大型吊機(jī)，為保證鋼結(jié)構(gòu)桁架施工質(zhì)量、工期及結(jié)構(gòu)安全，采用了高空累積滑移的施工方法安裝。其主要施工難點如下：
   （1）桁架結(jié)構(gòu)雙向布置、下弦存在空間關(guān)系：由于桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計為雙向受力體系，且下弦為魚腹形狀存在空間受力關(guān)系，地面拼裝、高空拼裝的空間關(guān)系控制難度較大，施工時要盡量保證空間的整體性。
   （2）施工時結(jié)構(gòu)受力體系變化大：本工程屋面桁架是由雙向正交的平面桁架組成的空間桁架體系。構(gòu)件在安裝滑移過程中，由于空間體系尚未形成，原雙向受力體系在安裝過程中為單向受力體系，對結(jié)構(gòu)的受力體系有所改變。另外，三滑道滑移施工使得中滑道（跨中）位置的桿件由原來的拉桿變?yōu)閴簵U，原設(shè)計中的部分桿件出現(xiàn)了失穩(wěn)情況，因此施工時必須采取相應(yīng)加固措施，保證施工過程中結(jié)構(gòu)桿件的應(yīng)力與撓度在許可的范圍內(nèi)。
   （3）滑移胎架設(shè)計難度大：桁架總滑移重量3500t，支撐胎架單點最大荷載達(dá)到3000kN，且滑移施工荷載為非固定荷載，滑移施工胎架設(shè)計分析難度較大。另外滑移措施結(jié)構(gòu)多與混凝土框架結(jié)構(gòu)存在關(guān)系，相關(guān)措施設(shè)計較為復(fù)雜。
   （4）桁架滑移同步控制難度大：由于桁架總長120m，分為十次滑移，滑移同步控制難度較大。因此，桁架整體尺寸累積誤差控制難。
   4.2.2施工方案的選擇
   五棵松體育館屋面桁架為120m雙向正交魚腹式空間鋼桁架體系，構(gòu)件體型及自重大，受力復(fù)雜，同時綜合考慮工期緊迫、現(xiàn)場施工條件等因素，鋼結(jié)構(gòu)桁架安裝采用高空三滑道逐條累積滑移從北向難滑移方案。桁架弦桿分12m段加工制作，現(xiàn)場先地面拼裝成12m或24m桁架段，再在高空拼裝平臺上將南側(cè)三榀桁架組裝成120m跨整體，形成第一個滑移單元由北向南滑移，然后組裝下一榀桁架并將其與前面單元拼裝成整體，用三滑道六條軌道同步液壓推進(jìn)滑移法向南滑移12m，依次將10榀桁架高空組裝并累積滑移到位。
   4.3 施工技術(shù)
   4.3.1支撐體系設(shè)置
   由于滑移過程具有的力學(xué)特殊性—對于支撐體系來說滑移過程的荷載是一個變大小而且變位置的不確定量，支撐體系的設(shè)計考慮了可能出現(xiàn)的各種工況下的荷載組合。在建筑物北側(cè)設(shè)置的由兩排胎架支撐柱支撐的拼裝胎架用于高空拼裝。兩邊滑道支撐利用混凝土結(jié)構(gòu)中的柱頂圈梁改造而成，中滑道支撐胎架采用格構(gòu)柱與桁架結(jié)構(gòu)組成。胎架支撐柱的設(shè)計按照桁架的節(jié)點間距確定，每12m設(shè)置一個支撐立柱（見圖7）。
   4.3.2 高空累積滑移技術(shù)
   由于采用三滑道累積滑移施工時，原雙向受力體系變?yōu)閱蜗蚴芰�，原跨端支撐桁架變�(yōu)榭缍撕涂缰腥�點支撐，中滑道支座附近桁架腹桿發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。為解決桁架失穩(wěn)，在桁架詳圖轉(zhuǎn)化時對相應(yīng)腹桿進(jìn)行了加強設(shè)計，并對施工工況分析計算，對桁架進(jìn)行起拱。
   邊滑道各使用11個箱形梁制成的滑移托梁承托桁架結(jié)構(gòu)，中滑道由于各榀桁架下弦標(biāo)高不等，采用了11個不等高的滑移托座支撐桁架結(jié)構(gòu)。同時在滑移方向設(shè)計安裝了拉桿以及穩(wěn)定支撐以控制桁架下弦受力和變形。
滑移控制采用了油缸行程自動控制結(jié)合榕柵位移傳感器閉環(huán)監(jiān)控人工測量映證的同步控制方法，結(jié)構(gòu)位移不同步值超過20mm時停止滑移，單動油缸調(diào)平后繼續(xù)滑移。
應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)采用了光纖傳感器即時監(jiān)控屋面桁架弦桿、腹桿及滑道結(jié)構(gòu)計算應(yīng)力偏大桿件。并且為了方便觀測以及真正起到監(jiān)控作用，特別設(shè)計開發(fā)了一套監(jiān)控系統(tǒng)軟件，在滑移及卸載施工中起到了有效的指導(dǎo)預(yù)警作用。
   4.3.3 同步卸載技術(shù)
   采用分區(qū)域分步驟的同步卸載施工，卸載步驟是中滑道先卸載50mm，然后邊滑道卸載50mm,最后中滑道完全卸載。卸載全過程均采用位移控制。卸載過程中通過應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)檢控桁架結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化，以防止千斤頂超頂造成桁架結(jié)構(gòu)破壞。
5  結(jié)束語
   近年來，各國在研究大跨度鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式的同時，也在不斷地研究和提高大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)。目前，國內(nèi)外已有很多先進(jìn)的大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，我們應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場條件及工期安排選擇相應(yīng)的施工技術(shù)。選擇方案時，總體原則可參照如下：
   （1）對于跨度大，施工區(qū)域面積大且不規(guī)則的大跨度場館鋼結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場施工條件允許情況下，優(yōu)先采用分段吊裝方案，下設(shè)支撐塔架，結(jié)構(gòu)形成后整體卸載。對于桿件重量較輕的大跨度鋼結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場場地條件允許下和高空穩(wěn)定有保證的條件下，可采用高空散裝方案。
   （2）對于整體形狀規(guī)則及構(gòu)件種類單一的大跨度鋼結(jié)構(gòu)，優(yōu)先采用地面組裝、定點吊裝、整體滑移方案。
   （3）對于空間剛度較大，結(jié)構(gòu)體系內(nèi)部高差不大的大跨度超高鋼結(jié)構(gòu)，可采用地面拼裝與整體提升方案。
   （4）根據(jù)實際情況，可將幾種方案綜合利用，形成綜合安裝法，不同部位采用不同的施工方案。