摘要：本文着重从屋面管桁架拼装、吊装、测量、卸载等四个方面来阐述沈阳奥林匹克体育中心体育场工程钢结构施工工艺，并通过图文记载实际施工过程
关键词： 主拱管桁架、环拱、平行弦桁架、分段吊装、高空散装
1 工程概况
沈阳奥林匹克体育中心体育场工程是辽宁省、沈阳市乃至全国的重点工程，该工程是2008年奥运会足球小组赛的比赛场地，也是沈阳市申请全国十一运会的主要比赛场馆。位于沈阳市浑南新区浑南大道旁，犹如一座美丽的皇冠坐落在沈阳大地，主拱跨度为360m，最高点高为82m，钢结构总量为15000t，总投资13亿元。
图 1 沈阳奥林匹克体育中心体育场夜景
2 工程特点及关键技术
2.1工程特点
本工程主体钢屋盖呈双曲面，各点标高不一，主要构件超重、超长，主桁架跨度大、高度高，而且在屋盖内四周都是看台砼结构，在砼结构施工期间大型机械不能以常规方式在屋盖下进行作业，另外主桁架的最大安装标高达到82米左右，安装高度较高，吊装难度大，整个工程施工要求非常之高。
2.2工程难点及关键技术
2.2.1 钢管的弯曲加工
本工程主要杆件均为大口径钢管，最大的钢管直径达到φ1524，且按设计要求，所有拱架及外围轮廓杆件均需按照圆弧曲管加工和焊接，众所周知，目前国内的大口径弯管机只能弯制直径800mm左右的钢管，对于本工程钢管的弯曲将远远达不到加工要求，为此，如何选择大口径钢管的弯制设备，以及制订合理的钢管弯制工艺，在本工程加工过程中是一个关键技术。
2.2.2大口径钢管的相贯线切割
大口径钢管与钢管相接相贯节点的几何信息正确与否是相贯线切割的质量保证，由于本工程杆件均为大口径钢管，且连接节点均为相贯节点，所以如何采用合理的切割设备、切割工艺来确保钢管的相贯线切割精度将是整个工程质量的关键。
2.2.3主桁架现场拼装
由于主桁架外形尺寸较大，工厂无法整体拼装，需在现场进行拼装，如何保证现场拼装质量，协调好拼装及安装的交叉作业是本工程组织协调重点考虑的内容。
2.2.4主桁架现场安装
本工程构件吊装非常复杂，尤其是主桁架的吊装，由于主桁架长度长、吊装分段重量重，且为斜放的正三角形桁架结构，吊装高度最大达到82米，且受现场条件的限制，吊装难度极大，吊装方案的优劣直接影响到工程质量、工期和安全。因此选择经济可靠、快速并有可操作性的吊装方案，选择合适的吊装机械，确定合理的吊装顺序，就显得尤为重要。
2.2.5定位测量
为实现罩棚整体曲面效果，各构件的安装定位、标高测量控制及安装校正是现场安装能满足设计要求的前提。
3 施工方法
3.1现场拼装的施工方法及措施
3.1.1主体钢结构现场拼装方案说明：
本工程屋盖外形为东、西两个月牙形罩棚,为一空间大跨度曲面，整个屋盖的长度、宽度都非常之大，整个屋盖在现场若需进行整体拼装是不可能的。所以，确定合适的拼装方案将显得格外重要。
3.1.2主体钢结构现场拼装顺序及拼装内容：
根据拟定的施工进度计划,严格按施工计划的要求进行现场的拼装,具体节点拼装顺序及拼装内容按以下要求进行:
第一节点拼装顺序: 主拱桁架的拼装。
第二节点拼装顺序: 外围环拱杆件的拼装。
第三节点拼装顺序: 南北平行弦桁架的拼装
3.1.3 主体钢结构分段划分要求
主桁架分段的合理划分：
主桁架长度达到400多米，根据拟定的吊装方案，必须进行分段划分主桁架拟分为是十一个分段，具体分段划分见下图。
图 二 主拱分段示意图
外围轮廓杆件组装单元的划分原则和说明：
外围轮廓杆件分为径向和纬向二种杆件，主受力为径向杆件，由于径向杆件长度较长，最长的杆件长度达90米左右，且均为单根钢管结构，为保证杆件吊装的刚度，采用以每二根径向钢管与之间的纬向杆件组成一个独立的吊装单元，在地面拼装后，以单元构件的形式吊装，单元划分如下图所示。
图 三 环拱分段示意图
平行弦桁架的分段划分
两榀主桁架之间的平行弦桁架为钢管平面桁架，由于其单榀长度较长，最短的也要达到95多，若采用整榀拼装和吊装，则对于桁架的平面外变形难以控制，故采用将二个平面桁架分段组装成立体分段的形式进行拼装和吊装，平面桁架分段划分如下图所示。 
图 四 平行弦桁架分段示意图
3.1.4 主体钢结构现场拼装方法及拼装机具的选择采用
所有主体钢结构的现场拼装均采用在胎架上分段立体拼装的方法进行拼装，以确保分段接口尺寸的正确。
现场拼装机具根据杆件的重量和分段重量，选择采用四台50吨履带吊进行分段的拼装。
3.2主桁架现场拼装方案
3.2.1现场拼装方法及拼装工艺流程
主桁架现场拼装在场内进行，分段拼装采用多个分段在胎架上连续以“3+1”的形式进行匹配拼装，即主桁架第一次多段拼装后，将最后一个分段留下，并以最后一个分段为基准，再进行第二次主桁架的多段拼装。
3.2.2主桁架现场拼装胎架设置
主桁架拼装胎架的设置应考虑桁架的几何线型要求，并考虑到实际胎架的设置高度，由于桁架整体线型在不断变化，所以胎架设置时应将桁架标高进行适当转换位置，以降低胎架高度便于实际操作，另外胎架设置时应充分考虑胎架的稳定性及强度，同时并设置高空走道脚手。
胎架设置时应先根据坐标转化后的X、Y投影点铺设钢箱路基板，并相互连接形成一刚性平台（注：地面必须先压平、压实），平台铺设后，进行放X、Y的投影线、放标高线、检验线及支点位置，形成田字形控制网，并提交验收，然后竖胎架直杆，根据支点处的标高设置胎架模板及斜撑。胎架设置应与相应的屋盖设计、分段重量及高度进行全方位优化选择，另外胎架高度最低处应能满足全位置焊接所需的高度，胎架搭设后不得有明显的晃动状，合格后方可使用。
为防止刚性平台沉降引起胎架变形，胎架旁应建立胎架沉降观察点。如有变化应及时调整，待沉降稳定后方可进行焊接。
图 五 主拱现场拼装
3.3外围轮廓杆件现场拼装方案
3.3.1外围轮廓杆件的现场拼装方法
外围轮廓杆件的现场拼装采用卧式单元分块拼装，考虑到外围杆件单元的外形尺寸过大，拟采用以每二个杆件单元进行整体拼装。
3.3.2 外围轮廓杆件的现场拼装细则工艺
a 胎架设置:
根据径向钢管的弧形尺寸设置胎架，胎架设置前必须划出径向和纬向杆件的投影中心线，并作好标记，作为杆件拼装定位的基准，胎架采用格构式支撑架。
b 杆件组装
组装时先吊上径向钢管杆件进行定位，定位必须定对地面中心线和接口位置线，径向钢管组装定位后即可进行钢管的对接焊接，焊接采用CO2气体保护焊进行对称焊接。
然后组装两根径向钢管之间的纬向钢管杆件，同样定对胎架底线和相对位置后与径向钢管进行定位焊接，焊接同样采用CO2气体保护焊对称焊接，形成初步的拼装单元。最后试装两个组装单元间的纬向嵌补杆件和组装单元上的局部牛腿杆件，组装后并进行对牛腿的对称焊接，焊接后进行整体测量校正。
图 六 环拱的现场拼装
3.4 主桁架间的平行弦桁架的现场拼装方案
3.4.1 平行弦桁架分段的拼装方法
平行弦桁架的现场拼装采用两次拼装的方法进行拼装，第一步先进行单榀平面桁架的整体拼装，每榀平面桁架在长度方向上均分成二段；第二步将两榀平面桁架在专用组装胎架上组装成立体分段。
3.4.2单榀平面桁架的拼装方法
a 平面桁架拼装胎架设置
平面桁架采用卧式拼装的方法进行，先按平面桁架的投影在地面划出各个杆件的投影位置线和分段线，然后设立胎架模板
b 平面桁架的组装细则工艺
先吊上桁架的上下弦杆与胎架进行定位，定位必须定对胎架底线和分段位置线，定位后先进行钢管的对接焊接，焊接采用CO2气体保护焊对称焊接。然后吊上腹杆与上下弦杆进行定位，腹杆安装从中间向两侧进行，腹杆注意在桁架分段处不焊接，腹杆安装后即进行对称焊接。
图 七 平行弦桁架的现场拼装
3.5 现场吊装的施工方法
3.5.1 主拱吊装方案的选择和确定
本工程安装选择方案为：采用高性能大型吊车从场内场外同时吊装相结合的高空分段散装的安装方案。将超长、超重的桁架合理进行分段划分，根据现场吊车能力划分成需要的吊装分段。
(1) 吊装机具的选择
根据拟定的吊装方案，本工程罩棚主桁架的吊装采用二台LR1750型600吨大型履带吊进行钢结构的安装，按钢结构吊装特点，吊装采用重型主臂加轻型副臂的塔式工况（SDWB）进行吊装。（选用63米主臂，35米副臂）
⑵ 吊车进行全面检查，达到最佳状态，确保吊装时无故障，检查吊装工具的完好性，特别是钢丝绳、卸扣、葫芦等吊装工具。
⑶ 重新复测柱顶标高和支座中心偏差，符合要求后方可吊装。
⑷ 临时支架设置后必须检查支架的稳定性是否良好和定位是否正确。
3.5.2主桁架吊装分段的划分
主拱吊装分段划分成11个吊装分段，如下图所示： 
图 八 主拱吊装分段示意图
3.5.3临时支架设置
(1) 临时支架设置说明
根据吊装要求，主桁架吊装需设置临时支撑，以便桁架就位，按主桁架的重量进行计算，确定临时支架的形式采用框架体系，并根据受力的不同，进行每只临时支架的合理设计。
(2) 临时支架的设置要求
临时支架在整个罩棚的结构吊装过程中起着十分重要的作用，在结构吊装阶段，所有重量都将有临时支架承担，吊装结束后，又通过临时支架对结构进行卸载，所以临时支架的设置将按吊装要求严格设置，临时支架的设置和连接加强措施如下图所示。
3.5.4桁架吊装方法
主桁架根据其超长、超重、安装高度高等特点，采用大型750吨履带吊机进行分段吊装，把每榀主桁架分为11个吊装分段，直接采用750吨履带吊从两端向中间进行吊装。
图 九 主拱十一分段现场吊装图
图 十 主拱一分段空中合拢
环拱采用分段拼装，在主拱合拢后对称的从中间向两端安装。共划分为56个分段。
图 十一 环拱现场吊装
平行弦桁架共分为8个分段，分别在体育场内外进行吊装。
图 十二 平行弦桁架现场吊装
图 十三 钢结构安装完成的沈阳奥体
4 测量控制方法
4.1 放线、测量说明
在结构形式日趋复杂的情况下，在施工过程中采取实时监测的信息化施工措施是十分必要的。这也是现代结构施工区别于传统施工的特点之一。
4.2 放线、测量定位精度保证
放线、测量工作是一项繁琐而重要的工作，是关系整体钢结构安装精度和施工进度的大问题,为此应以先进合理的放线、测量方案来满足设计对结构安装的精度要求。
(2) 放线、测量定位的难度及特点:
难度大: 由于本工程施工范围广,作业面大,施工机械、高空胎架、人为影响等都给放线、测量控制点的利用和保护带来一定的困难。
工作量大: 由于钢结构是分段、散装吊装的工况，所以应对安装全过程进行跟踪监测，直致整个结构系统稳定。
精度高: 本工程结构线形复杂,一点能影响整个面,所以对放线测量定位的精度要求高。
4.3施工平面控制网建立
(1) 控制网测设遵循“先整体，后局部”的二次布网原则。 根据移交的点位和设计图中规定的定位条件，将罩棚建筑的纵横主轴线，向施工场区外围四周平移，形成建筑物矩形控制网的四个主角点I-1~I-8点。
(2) 选点时保证平面控制点两两通视，同时选择土质坚硬稳固，便于点位长期保存的空地，埋设预制的混凝土标桩埋设深度约80cm，并在标桩四周1.5m2范围打好测量标杆，用红白油漆涂刷成间隔20cm醒目的标志杆，围上铁丝保护，有利于长期使用。如下图所示:
图 十四 平面控制点标桩做法示意图
(3) 根据施工测放需要，将建筑物的纵横轴线和和穹体建筑的径向轴线与建筑矩形控制网轴线的交点，用内分法在控制网轴线上标出作为二级加密的平面控制点。
4.4高程控制网测设
根据移交的水准基准点，建立水准基点组。为了便于施工测量，水准基点组可选5-6个水准点均匀地布置在施工现场四周，水准点采用预制水准桩，桩内置φ=20mm，L=550mm的钢筋，外露20mm。如下图所示:
图 十五 水准控制点标桩做法示意图
水准基准点组成闭合路线，各点间的高程进行往返观测，闭合路线的闭合误差应小于±4N1/2 mm（N为测站数）。
4.5支座预埋板的检测及相应措施
支座预埋板安放尺寸与水平度的精度直接影响桁架安装的精度,所以此项工作应在桁架拼装前预先进行,并反馈到技术部门。
利用原有控制网,在主加径桁架、网壳杆件投影控制点上用全站仪测出轴线的坐标中心点,在安装构件投影中心点两侧300左右各引测一点,此三点应在一直线上。
在主桁架外侧，设置控制点，利用主桁架中心点坐标与控制网中任意一点的相互关系，进行角度、坐标转换。依据上述方法测放出十字中心线，并检测。
利用高程控制点，架设水准仪及利用水平尺，测量出支座中心点及中心点四角的标高。
4.6 主桁架及网壳构件的吊装就位控制
由于本工程采用分段高空散装吊装的方法。所以，吊装前应对支承架的定位进行控制。
根据主桁架及网壳杆件的吊装分段尺寸，划出支承架的十字线，将预先制作好的支承架吊上支架基础，定对十字线。
把十字线驳上支承架的顶端面和侧面，敲上洋冲，并加以明显标记。主桁架及网壳杆件的吊装定位全部采用全站仪进行精确定位。
5 钢结构卸载
5.1概述
5.1.1在保证临时支撑体系安全并使主体结构由安装状态安全的过渡到设计状态的前提下，结合本工程的吊装方案，卸载方案将遵循变形协调、卸载均衡、多次循环微量下降来实现。
5.1.2 根据本工程的结构特点，临时支架分为主拱支架、环拱支架及南北桁架支架三个部分。
5.1.3 卸载方案分析首先完成安装完成未卸载及全部支架拆除两种状态下计算分析，并以此两种状态下主体结构的应力分布、位移情况及支架的应力分布、位移情况、柱反力作为基础，对整个卸载方案进行逐步分析，验证其安全合理性。
5.2分析计算模型
5.2.1在进行钢结构卸荷分析计算时，钢结构柱脚处采用刚接计算模型。
5.2.2临时支撑胎架只在Z向（竖向）约束，其他方向自由。
5.3荷载条件
根据本工程的特点，在钢结构卸荷阶段，考虑了以下荷载工况：
1）结构自重：计算机自行考虑
2）施工活载：0.20自重（包括动力系数）
3）温度：15摄氏度
4）风荷载： ，地面粗糙度：B类
5.4 设计软件
本工程计算分析采用MIDAS（迈达斯）通用有限元设计软件分析。
5.5 卸载部分计算步骤
序号 说明
Step0 全部安装就位阶段
Step1 南北桁架支撑卸载10% （10mm）
Step2 主拱支撑卸载10% （10mm）
Step3 环拱支撑卸载10% （10mm）
Step4 南北桁架支撑卸载10% （10mm）
Step5 主拱支撑卸载10%（10mm）
Step6 环拱支撑全部卸载
Step7 南北桁架支撑卸载20%（20mm）
Step8 主拱支撑卸载20%（20mm）
Step9 南北桁架支撑卸载20%%（20mm）
Step10 主拱支撑卸载20%（20mm）
Step11 南北桁架支撑卸载20%（20mm）
Step12 主拱支撑全部卸载
第末步 支撑全部卸载
5.7结论
通过简化卸载计算和整体建模计算，此卸载方案安全可靠、经济实用。
6 结束语
本工程在钢结构施工技术上充分利用了体育场内部的看台混凝土结构，这样既保证了钢砼结构临时支架的稳定性又为钢结构工序的开展提供作业面，减少了结构体系的不稳定性因素，确保了工程的整体工期及经济效益。它不但创造了民用建筑跨度之最，也对我国大跨度体育场馆的建设提供了宝贵的经验，对同类工程有指导和借鉴意义。
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