中鋼構(gòu)協(xié)（空間函）[2018] 第(38)號

關(guān)于開展第十一屆“空間結(jié)構(gòu)獎”評審活動的通知

      茲定于2018年12月開展第十一屆“空間結(jié)構(gòu)獎”的評審工作。會員單位參與完成的國內(nèi)外空間結(jié)構(gòu)相關(guān)項(xiàng)目均可申報(bào)。根據(jù)分會“空間結(jié)構(gòu)獎評審辦法”，本次評審獎項(xiàng)分為工程類（設(shè)計(jì)或施工）和技術(shù)類。其中工程類設(shè)金獎和銀獎，旨在獎勵在設(shè)計(jì)或施工技術(shù)與質(zhì)量方面達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平的工程項(xiàng)目；技術(shù)類設(shè)技術(shù)創(chuàng)新獎，旨在獎勵在空間結(jié)構(gòu)的材料、設(shè)計(jì)、制造或安裝等方面具有突出的創(chuàng)新性、對推動空間結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展具有重要作用的專項(xiàng)技術(shù)成果。在申報(bào)的工程類項(xiàng)目中包含的相關(guān)技術(shù)，原則上不再申報(bào)技術(shù)創(chuàng)新獎。本屆評審范圍為2016年1月至2017年12月完工的項(xiàng)目（需竣工驗(yàn)收證明材料）。

      “空間結(jié)構(gòu)獎”的評審不收取任何評審費(fèi)用。為了使這次評審工作順利進(jìn)行，請申報(bào)單位將申報(bào)表逐項(xiàng)如實(shí)填寫清楚，并附相關(guān)材料及時寄交到分會秘書處，申報(bào)項(xiàng)目較多為四項(xiàng)。申報(bào)截止日期為2018年11月30日。

      本次評審后將繼續(xù)編印《大跨空間結(jié)構(gòu)獎匯編》，在2019年召開的技術(shù)交流會上作為資料發(fā)給參會代表，并頒發(fā)獲獎證書和獎杯。請各申報(bào)單位將申請表、照片（室內(nèi)外不少于三張且質(zhì)量較好）、技術(shù)內(nèi)容（工程概況、結(jié)構(gòu)體系、技術(shù)措施以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等，按照樣板文件格式）、主要平立剖面及節(jié)點(diǎn)圖等以電子文檔方式刻錄光盤，并與申報(bào)材料一起寄交分會秘書處。

相關(guān)文件、申報(bào)表格及樣板文件見附件。

      地  址：北京市朝陽區(qū)平樂園100號

      北京工業(yè)大學(xué)西校區(qū)基礎(chǔ)樓808

      郵編：100124

      Email: kongjian1993@126.com

      聯(lián)系人：張秀華、孫國軍

中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會空間結(jié)構(gòu)分會

2018年10月22                  

工程名稱：南通市體育會展中心體育場鋼結(jié)構(gòu)工程

建設(shè)地點(diǎn)：江蘇省南通市

竣工時間：2005年12月

申報(bào)單位：浙江精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司

一、工程概況

      南通市體育會展中心體育場工程位于南通市新城區(qū)內(nèi)。建筑面積48565平方米，為國內(nèi)第一個大型空間曲面屋蓋開合結(jié)構(gòu)。鋼屋蓋的幾何形狀為球冠，共分兩部分：固定屋蓋和活動屋蓋。固定屋蓋采用拱支單層網(wǎng)殼，其中的主拱、副拱、斜拱和內(nèi)圈桁架的上弦軸線的節(jié)點(diǎn)位于半徑為204米的球面上，下弦軸線節(jié)點(diǎn)位于半徑為200米的球面上；活動屋蓋采用由移動臺車多點(diǎn)支承的多跨單層網(wǎng)殼，其桿件軸線位于半徑為206.8米的球面上，臺車的軌道位于固定屋蓋的主拱上弦上。工程的特點(diǎn)有：

      1、屋蓋開口規(guī)模為迄今國內(nèi)較大，也超過世界上相同方式開合結(jié)構(gòu)屋蓋中的較大開口面積；開口越大，對設(shè)計(jì)、施工和開閉運(yùn)行的要求就越高。

      2、屋蓋開口部分的開閉運(yùn)動在球狀曲面上進(jìn)行，即活動屋蓋是在空間曲面上移動，既與平面移動方式不同，也與沿單曲率表面移動的活動屋蓋不同。例如沿柱面母線方向的移動沒有不等線速度、不等側(cè)向位移等問題。該工程的活動屋蓋運(yùn)動方式要求結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備間必須有非常好的精度配合。

      3、該工程完全依靠國內(nèi)自己技術(shù)力量實(shí)施，在國內(nèi)鮮有大型開閉式建筑的具體條件下，必須創(chuàng)造性地解決許多挑戰(zhàn)性課題。

      該工程由同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行設(shè)計(jì)，由浙江精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司進(jìn)行深化設(shè)計(jì)、制作及安裝。工程于2005年12月竣工。

二、結(jié)構(gòu)體系

      固定鋼屋蓋由6榀主拱桁架、10榀次拱拱桁架、2榀斜桁架、2榀內(nèi)環(huán)桁架和單層網(wǎng)殼組成，拱與桁架均采用空間管結(jié)構(gòu)。

      主拱桁架較大跨度262米，矢高55.4米，其主要以承受軸向力為主，主拱桁架中部約100米范圍無側(cè)向支撐。主拱桁架中距約40米，主拱與次拱桁架中距約20米。

      主拱桁架支承著整個屋蓋的大部分重量，又作為滑移軌道的支承結(jié)構(gòu)。

      斜桁架作為次拱結(jié)構(gòu)的上部支承，起著調(diào)整各主拱桁架間的內(nèi)力分配，同時作為主拱桁架的側(cè)向支撐，傳遞側(cè)向水平荷載、提高整體結(jié)構(gòu)的側(cè)向穩(wěn)定性。次拱桁架起到分散主拱桁架受力與拱腳推力、減少屋面檁條跨度的作用。

      內(nèi)環(huán)桁架作為活動屋蓋完全閉合時的收邊支撐桁架，調(diào)整主拱桁架間的內(nèi)力分配，加強(qiáng)屋蓋剛度，同時起到建筑美學(xué)作用。

屋面單層網(wǎng)殼可加強(qiáng)屋面剛度，承擔(dān)并均化屋蓋面荷載。

      活動鋼屋蓋共兩片，每片屋蓋平面呈月牙形，為單層網(wǎng)殼內(nèi)嵌于周邊的鋼桁架上，結(jié)構(gòu)面外剛度較差。通過機(jī)械傳動與控制系統(tǒng)支承于固定屋蓋的六條軌道上，每片屋蓋的支承臺車數(shù)為22個。每片活動屋蓋的移動由4個牽引點(diǎn)、共16根鋼纜繩牽拉。

固定屋蓋結(jié)構(gòu)平面圖

固定屋蓋南北向立面圖

活動屋蓋平面圖

主拱、臺車、活動屋蓋互連示意圖

 主拱及節(jié)點(diǎn)詳圖

軌道梁節(jié)點(diǎn)詳圖

三、技術(shù)措施

      1. 總體安裝步驟

      該工程安裝包括了固定屋蓋拱架、固定屋蓋網(wǎng)殼、軌道梁、活動屋蓋、機(jī)械控制系統(tǒng)、屋面板及膜結(jié)構(gòu)等幾大部分。總體安裝步驟為：固定屋蓋拱架（主拱、副拱、斜拱、內(nèi)環(huán)拱）綜合吊裝→固定屋蓋網(wǎng)殼吊裝→固定屋蓋整體卸載→軌道梁安裝→檁條安裝→活動屋蓋安裝→活動屋蓋卸載→開閉系統(tǒng)機(jī)械部分安裝→開閉系統(tǒng)機(jī)械調(diào)試→活動屋蓋膜結(jié)構(gòu)安裝→固定屋蓋屋面板安裝

      拱架在工廠加工后散件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場拼裝，現(xiàn)場拼裝采用兩臺35t龍門吊進(jìn)行。

      體育場內(nèi)外各設(shè)置一臺400t履帶吊分段吊裝固定屋蓋拱架，下部設(shè)置臨時支撐架。吊裝共分五個施工分區(qū)進(jìn)行。拱架吊裝完成后進(jìn)行固定屋蓋網(wǎng)殼的吊裝。屋蓋網(wǎng)殼在地面拼裝成不同形式的分塊后利用150t履帶吊進(jìn)行分區(qū)吊裝。固定屋蓋部分施工完成后進(jìn)行屋蓋的整體缷載。

      軌道梁在固定屋蓋缷載完成后進(jìn)行分段吊裝。軌道梁在安裝時應(yīng)進(jìn)行預(yù)偏及標(biāo)高調(diào)整。固定屋蓋檁條與軌道梁安裝同步進(jìn)行。

      軌道梁及固定屋蓋檁條安裝完成后吊裝活動屋蓋單層網(wǎng)殼。活動屋蓋網(wǎng)殼在全開位置高空分塊散拼。安裝由中間開始，東西側(cè)、南北側(cè)對稱安裝。

      活動屋蓋網(wǎng)殼安裝過程中插入進(jìn)行開閉系統(tǒng)機(jī)械臺車的吊裝，但臺車在活動屋蓋安裝過程中完全處于自由狀態(tài)，不承擔(dān)任何外部荷載。活動屋蓋網(wǎng)殼安裝完成后連接臺車，活動屋蓋支撐缷載。

      活動屋蓋膜結(jié)構(gòu)及固定屋蓋屋面板工程在開閉系統(tǒng)機(jī)械調(diào)試完成后進(jìn)行施工。首先使活動屋蓋處于全開狀態(tài)下進(jìn)行活動屋蓋膜結(jié)構(gòu)的安裝，之后至全閉狀態(tài)再進(jìn)行固定屋蓋屋面板的安裝。

 主拱桁架地面拼裝

軌道梁、活動屋蓋安裝

      2. 適應(yīng)性分析

      開合結(jié)構(gòu)有別于其他建筑體系的核心問題是移動屋蓋能否安全、平穩(wěn)、持久地運(yùn)行，以保證相應(yīng)建筑功能的實(shí)現(xiàn)。本工程施工重點(diǎn)、難點(diǎn)是如何保證活動屋蓋順利開合、機(jī)械開合系統(tǒng)與鋼結(jié)構(gòu)相適應(yīng)問題。解決由于機(jī)械開合系統(tǒng)與鋼結(jié)構(gòu)的性能、要求不匹配所產(chǎn)生的設(shè)計(jì)、制作、施工中的問題。

      通過計(jì)算變形與反力及安裝誤差引起的適應(yīng)性問題，深刻把握結(jié)構(gòu)的變形特征及其影響因素，確定施工過程優(yōu)化調(diào)整及結(jié)構(gòu)預(yù)偏等施工措施，制定詳盡的施工方案，達(dá)到順利開合的目的。

      變形與反力計(jì)算表明，A拱臺車運(yùn)行過程適應(yīng)性變形產(chǎn)生的側(cè)向卡軌力基本與臺車的水平調(diào)節(jié)能力相同，臺車運(yùn)行過程的變形占臺車側(cè)向變形調(diào)整能力的93%，結(jié)構(gòu)施工誤差等對適應(yīng)性變形的不利影響不能超過適應(yīng)性變形調(diào)整能力的7％，即5毫米，對結(jié)構(gòu)安裝的精度要求，對理論分析的準(zhǔn)確要求都極為苛刻。

      安裝誤差引起適應(yīng)性問題的預(yù)測分析表明：固定屋蓋及活動屋蓋安裝誤差對開合屋蓋的適應(yīng)性變形及反力影響，軌道局部位置變形對開合屋蓋的適應(yīng)性反力影響，軌道局部區(qū)域變形對開合屋蓋的適應(yīng)性反力影響，臺車軌道不同球變形對開合屋蓋的適應(yīng)性反力影響均不大。

      據(jù)此，確定適應(yīng)性施工的關(guān)鍵為：減小總變形差；確定位移變幅的中軸線；確保臺車安裝安全可靠；利用施工順序消除固定屋蓋自重變形對臺車運(yùn)行的影響，消除活動屋蓋安裝位置處的自重變形對運(yùn)行的影響；利用軌道梁曲線偏位及臺車直線偏位的預(yù)調(diào)節(jié)確保軌道梁處于位移變幅中軸線。

      3. 固定屋蓋施工過程分析

      通過固定屋蓋施工過程分析確定是否要預(yù)拱以及確定卸載順序。

      計(jì)算表明，固定屋蓋在自重作用下的豎向位移較大值出現(xiàn)在C拱跨中，為67mm；在開合過程中固定屋蓋豎向位移較大值亦出現(xiàn)在在C拱跨中，較大值為250mm，可見活動屋蓋行走過程中產(chǎn)生的變形量遠(yuǎn)大于固定屋蓋安裝過程中的變形量，所以結(jié)構(gòu)在施工過程中不預(yù)拱。

      分析表明，卸載后在A拱產(chǎn)生了25mm的水平位移，B拱產(chǎn)生了11mm，C拱產(chǎn)生了4mm水平位移，此水平位移不能傳遞給臺車，必須消除固定屋蓋自重變形產(chǎn)生的水平變形對臺車的影響，采取在活動屋蓋安裝前先釋放該水平位移的方法，所以拆撐順序選擇在活動屋蓋安裝前，先卸載釋放該部分水平變形。

      4. 活動屋蓋施工過程分析

      由于活動屋蓋通過臺車連接固定屋蓋，采用怎樣的順序安裝活動屋蓋及臺車，如何消除活動屋蓋安裝對臺車及屋蓋開合的影響成為確定安裝方案的關(guān)鍵。

      針對活動屋蓋的布置條件及特點(diǎn)，有兩種方法安裝活動屋蓋，分別為高空散裝法及高空累積滑移法，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，累積滑移法利用現(xiàn)有的牽引和滑移裝置，可以在安裝過程中完成初次滑移，同步實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)施工與機(jī)械系統(tǒng)的調(diào)試，拼裝操作在低空完成，有效降低施工難度，但不能消除屋蓋安裝過程中的自重變形對臺車的影響；而高空散裝法雖然支撐量較大、高空焊接量大，但可以利用臨時支撐將整個活動網(wǎng)殼支撐住，而不利用臺車支撐，在整個活動網(wǎng)殼拼裝完成，水平位移發(fā)生后，再安裝臺車，這樣保證了活動網(wǎng)殼的水平位移不對臺車產(chǎn)生影響，基于這一點(diǎn)，較終選擇高空拼裝方案。較終消除活動屋蓋自重變形產(chǎn)生的適應(yīng)性變形，A拱消除20mm，B拱消除9mm，C拱消除3mm。

      安裝活動屋蓋共設(shè)置了320個支撐胎架，卸載順序不合理將導(dǎo)致活動屋蓋發(fā)生較大的水平位移，引起固定屋蓋和活動屋蓋變形不協(xié)調(diào)，荷載傳遞路徑發(fā)生變化，較終導(dǎo)致活動屋蓋開啟不順利。計(jì)算結(jié)果表明，活動屋蓋和固定屋蓋相對變形A拱較大，B拱次之，C拱較小，確定拆撐順序?qū)ΨQ進(jìn)行，從邊上向中間拆除拱間支撐，然后拆除拱上支撐，較后拆除臺車位置支撐。臺車位置的44個支撐從A拱開始拆除，拆除一個支撐馬上在相應(yīng)位置連接一臺臺車。

      計(jì)算表明活動屋蓋在每次拆除過程中豎向位移均勻變化，較大豎向位移值為-38.5mm，水平位移成對稱分布，較大水平位移為28.3mm。從應(yīng)力比分布圖看到，桿件較大應(yīng)力比均小于0.4，絕大部分桿件應(yīng)力比小于0.3，說明卸載過程安全可行。實(shí)測結(jié)果證明達(dá)到了預(yù)想效果，消除了活動屋蓋安裝帶來的不利水平位移及內(nèi)力對臺車的不利影響。

      5. 軌道梁及臺車預(yù)偏位確定

      考慮到活動屋蓋開合過程中活動屋蓋相對于固定屋蓋的變形量接近于臺車的調(diào)整能力，A拱臺車相對水平位移變化幅度為65mm，而臺車側(cè)向變形調(diào)整能力為70mm。為保證結(jié)構(gòu)順利開合，需要施工過程中將軌道梁曲線預(yù)偏位。通過確定臺車行走位移變幅的中軸線，A拱軌道梁向外曲線預(yù)偏位36mm，減少卡軌力。

      同時，考慮到B拱處活動屋蓋與固定屋蓋的相對變形在整個屋蓋運(yùn)行過程中為相向變形，因此將B拱4部臺車向外直線預(yù)偏位29mm，通過臺車預(yù)偏減小開合過程中的兩者間的適應(yīng)性變形。

      通過軌道梁預(yù)偏位或臺車預(yù)偏位，使臺車沿軌道行走過程中的側(cè)向位移變幅較小，變形處于彈簧自適應(yīng)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。

臺車吊裝、 臺車就位并保護(hù)

      6. 施工控制測量

      由于該工程對精度的高要求，采用了多階段、高精度、高密度的三維測量技術(shù)。多階段主要表現(xiàn)在固定屋蓋拱桁架安裝過程的定位測量、固定網(wǎng)殼安裝測量、固定屋蓋拆撐卸載測量、軌道梁安裝測量等一系列主要階段的鋼結(jié)構(gòu)測量；高精度則是通過采用先進(jìn)、高精度的測量儀器、測控網(wǎng)布設(shè)及相應(yīng)的測量精度控制措施來保證；高密度就是在屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的主拱、副拱及單層網(wǎng)殼上布置密集的測量點(diǎn)。通過高精度、高密度、多階段的三維測量技術(shù)，得到屋蓋鋼結(jié)構(gòu)在各個主要施工階段中完整、精確的變形情況，并采取相應(yīng)措施來減少各種變形所導(dǎo)致活動屋蓋與固定屋蓋間的偏差。

      7. 高精度制作安裝

      主拱結(jié)構(gòu)采用大直徑鋼管截面，拱桁架主弦桿鋼管較大截面Φ630×30，需要按照其圓弧度精確彎制，采用大型的日本生產(chǎn)的相貫線切割機(jī)、三軸輥圓機(jī)，完全保證彎弧精度要求。

      該工程多管相貫的節(jié)點(diǎn)很多且形式復(fù)雜，較多的達(dá)到9根圓管相貫，復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的相貫順序直接影響節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場裝配和焊接順序，嚴(yán)重時甚至可能裝配不上和出現(xiàn)焊接死角。因此必須對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)相貫順序嚴(yán)格控制。制定了多管相貫原則：主管貫通，支管與之相貫；兩支管相貫，壁厚較小支管相貫在壁厚較大支管上；后安裝的管件相貫在先前安裝的管件上。同時現(xiàn)場嚴(yán)格按照順序拼裝，確保相貫節(jié)點(diǎn)質(zhì)量。

      軌道梁安裝質(zhì)量精度控制是本工程的重中之重。臺車與軌道梁有三處接觸面，主車輪與方形軌道接觸，導(dǎo)向輪與掛板接觸，反勾輪與封板接觸。因此制作時的必控項(xiàng)目為：軌道梁上翼板弧度和封板的弧度、現(xiàn)場拼裝對接口的匹配精度；軌道梁上翼緣板寬度方向平面度的控制；掛板的直線度；箱型截面對角線和軌道梁整體直線度；軌道梁整體制作精度。軌道梁制作完成并單個構(gòu)件檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行整榀預(yù)拼裝，檢驗(yàn)必控項(xiàng)目指標(biāo)，對于超標(biāo)的軌道梁采取火工進(jìn)行矯正。較終使軌道梁精度滿足要求。另外，由于6條主拱在拆除支撐后將出現(xiàn)不同程度的下?lián)希瑸楸ＷC了臺車的正常運(yùn)行和活動屋蓋的正常開合對軌道梁支座進(jìn)行了標(biāo)高調(diào)整。

      8. 現(xiàn)場剛度試驗(yàn)

      在施工過程中進(jìn)行了固定屋蓋的剛度試驗(yàn)。剛度測試主要測量加載位置點(diǎn)處主拱的豎向與側(cè)向位移，并與計(jì)算分析結(jié)果相對比，從而確定結(jié)構(gòu)的剛度與設(shè)計(jì)的吻合程度。剛度試驗(yàn)利用未安裝的軌道梁加載，在B、C拱跨中三點(diǎn)加載。剛度試驗(yàn)中利用同一全站儀測量，同時保證變形測試的溫度條件基本相同以減小測量誤差。

      剛度加載試驗(yàn)的測量結(jié)果同結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的對比分析表明：實(shí)際完成結(jié)構(gòu)的剛度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)剛度基本一致。因此結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性分析，包括適應(yīng)性變形分析與適應(yīng)性反力分析的結(jié)果可以用來指導(dǎo)施工，從而保證結(jié)構(gòu)的順利開合。

      該工程在結(jié)構(gòu)、機(jī)械交替施工的復(fù)雜條件下，從鋼結(jié)構(gòu)安裝到屋蓋開閉試運(yùn)行，總工期僅為14個月。經(jīng)過這些變形仿真分析、安裝措施及高精度控制，較大限度消除了安裝過程中有可能帶來的變形及臺車反力不適應(yīng)變形，使活動屋蓋開閉運(yùn)動在球狀曲線上進(jìn)行得以順利實(shí)現(xiàn)。開閉調(diào)試一次成功。自2006年10月正式使用以來，以每日開閉一次的頻率運(yùn)行，未發(fā)生任何運(yùn)行故障。

四、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

該工程結(jié)構(gòu)總用鋼量10342.24t，單位用鋼量195kg/m2。

主要材料表：

五、工程照片

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