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上海浦东足球场钢结构及其屋面和幕墙综合施工技术

上海浦东足球场钢结构及其屋面和幕墙综合施工技术

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上海浦东足球场项目位于上海市浦东新区锦绣东路,是一座能够满足FIFA国际A级比赛要求的专业足球场。球场固定坐席数3.4万个,将成为上海海港足球俱乐部的新主场,更有望举办亚洲杯乃至更高级别的大型赛事。


浦东足球场的造型概念来自中国的传统瓷器,细腻匀净的白色金属材料作为建筑表皮,呈现出白瓷的清透圆润,如同一只精致的器皿,盛满一场场精彩的球赛。本工程由上海建工二建集团总承包,钢结构、屋面及立面幕墙工程由上海建工机施集团实施专业主承包。



上海建工机施集团发挥钢结构深化加工安装一体化和钢结构屋面幕墙一体化的优势,通过科技创新和精准施策成功建造了浦东足球场钢结构、屋面和立面幕墙等专业工程。


主体钢结构施工技术


本工程的主体结构是看台系统,其同时为钢结构屋盖系统的支承结构,采用了钢结构框架+屈曲约束支撑结构体系和预制清水混凝土装配式看台板,这也是国内体育场首次创新应用钢结构装配式看台系统。本工程共有2层看台,除下层四个转角区域及部分贵宾席下方局部看台采用现浇混凝土,其余部分均采用L型预制清水混凝土。



钢结构和预制看台单元板均采用履带吊综合节间吊装法进行高精度流水吊装,看台单元板支承连接件与主体钢构件进行工厂整体加工,确保质量和精度。



柔性钢屋盖施工技术


1  结构体系


轮辐式张拉结构体系因结构轻巧、空间受力结构效率高等特点被广泛应用在国内外顶级体育场的屋盖结构中。此结构体系一般由外压环、径向索和内拉环组成,其中外压环类似车轮的轮辋,径向索类似车轮的辐条,内拉环类似车轮的轮毂,三者形成自平衡,主要应用在圆形或类椭圆形体育场。



本工程根据类矩形的建筑造型要求,其钢屋盖的结构设计首创了中置压环张拉结构体系。下弦采用张拉索体系,上弦采用刚性结构体系,径向索水平分力通过刚性的上弦径向梁传递至中置压环,形成张拉自平衡体系,且刚性的上弦结构可以可靠支承直立锁边金属屋面。


屋盖钢结构共计设有46榀径向索桁架,通过主压环梁、环索和次环梁连成整体,整个系统通过钢立柱支撑在下部的看台钢结构上。中置压环张拉结构体系是一种柔性结构,内力和位形关系密切,需对整体结构进行分析、深化、加工、安装和张拉的一体化施工和成型控制,确保力与形同时达到设计要求。


2  结构分析及深化设计


本工程屋盖的中置压环张拉结构体系是需要通过施工张拉成型的刚柔组合结构,张拉施工的前后结构位形变化较大,需要通过结构分析确定构件下料和加工的精准尺寸。项目团队基于结构成型状态下的结构位形和索力分布,通过施工模拟分析得到结构的零应力状态,并以此为依据建立深化设计模型和构件初始状态的深化出图,从而为构件的精准加工提供可靠依据。



3  加工制作


中置压环平衡承载了46榀径向索桁架的径向压力,压环构件的加工和安装精度会直接影响整体张拉结构体系的力学形态。整体压环截面尺寸为1.5m×1.5m,总长约424m,共计分为46段,构件之间采用法兰盘进行机械连接,加工制作精度要求极高。在工厂制作时,46段压环梁均采用信息化模拟预拼装和分批实物总装进行双控确保精度标准。



8根环索通过索夹与径向索桁架相连,平衡承载了46榀径向索桁架的径向拉力。与传统的全铸钢索夹不同,本工程索夹创新采用“上下铸钢夹板+中间钥匙形钢耳板”新型索夹系统,上下铸钢夹板和中间耳板通过焊接连接,压索的盖板通过螺栓与索夹系统进行机械固定,安全可靠性得到较大提升,加工制作时派专业质控人员驻厂严控部件焊接质量和成品精度。径向索和环索均采用Galfan密闭索,提高了索系统的耐腐性。



4  安装与张拉


针对本工程力与形同步控制的结构特征,项目团队研发了基于拉压控制支架的轮辐式索网施工技术。该拉压控制支架在径向索张拉前支架承托中压环,在径向索张拉后可通过支架中的竖向控制索拉住中压环。整个张拉过程中压环始终位于设计初始态标高。待次结构和部分屋面施工完成,释放支架中的竖向控制索,完成结构整体卸载,达到力与形的双控要求。



屋盖钢结构施工主要分为六个阶段。(1)采用拉压控制支架安装46榀径向梁、V撑外肢、压环梁、外侧圈梁下的立柱。(2)16段环索地面展开首尾相连,形成8根环索,并与索夹固定。利用已安装的屋盖结构提升索夹以及与之相连的环索,就位后索夹与已经安装的V撑外肢通过销轴固定。(3)径向索一端与索夹相连,另一端通过张拉工装与径向梁外端的耳板连接。同步张拉径向索,就位后穿销轴固定。(4)补缺压环梁外侧的次环梁形成完整圈梁,安装屋面支撑和柱间支撑。(5)安装V撑内肢、径向悬挑梁及压环梁内侧的圈梁和屋面支撑等次结构,至此屋盖钢结构形成。(6)待部分屋面施工完成,释放支架中的竖向控制索,进行结构整体卸载。




屋面施工技术


屋面工程由上下两个面层构成,面积共约5万多平方米。上面层主要由聚碳酸酯阳光板采光带、铝蜂窝板双层金属屋面系统(阶梯区)、铝蜂窝板双层屋面系统(曲面区)组成、中天沟及外天沟系统;下面层主要由铝复合板内外檐口系统、膜结构及环向装饰带组成。



下层膜结构为反吊张拉膜,是体育场屋盖的吊顶结构。考虑到施工安全及膜材成品保护等因素,待金属屋面闭水后再进行膜结构吊顶的施工。膜结构吊顶采用单元式安装。膜材与单元框架在地面组装成膜结构单元,通过特殊设计的提升设备送至安装位置,与主体结构通过螺栓连接。



立面幕墙施工技术


本工程外立面幕墙面积约4万多平方米,主要为曲面单元式复合板、肌理板等系统。外立面整体效果呈碗状,其分格横向水平、纵向垂直檐口边缘,使外立面幕墙板块呈现单曲与双曲交错分布。



为确保曲面单元板的建筑效果,项目团队创新运用信息化模型模拟技术和钢结构幕墙一体化施工技术,在“深化、加工和安装”各个阶段的质量和精度进行施工全生命周期的数字化管控。



在深化设计阶段采用参数化建模和钢结构幕墙合模技术,分析空间关系和优化系统布局,并根据幕墙外表皮与板块的建筑分格,快速生成钢系统骨架、铝型材龙骨、单元板块和三维可调的转接件系统,并根据算法自动提取材料规格和数量,精准下单。在构件加工和单元组装阶段,采用信息化模拟预拼装技术,通过对单元板块控制点位理论与实测值偏差检测和控制,确保单元板块加工精度。在现场安装阶段,通过模型提取三维控制坐标对从内至外的各工序进行空间测量定位,并在单元板块施工前对已经安装完成的龙骨系统和后续安装的单元板块进行大数据模拟预拼,确保单元板块的施工质量。



另外,为确保曲面复合单元板的外观效果,跟随曲面板块的弧线变化,立柱及横梁龙骨系统均采用弧度一致的拉弯铝合金型材,用精准的工艺控制提升了工程品质。



上海浦东足球场设计首创了中置压环轮辐式张拉结构体系以及瓷碗造型立面幕墙。面对工程建设难题,上海建工机施集团科技团队发挥两个一体化的优势,创新研发了基于拉压控制支架的轮辐式索网施工成套施工技术、钢结构装配式看台体系施工技术、双层屋面施工技术以及曲面铝塑板幕墙施工数字化成型控制技术等一系列专项施工技术,实现了浦东足球场钢结构屋面幕墙工程的精益建造。


(编辑:奚雅青)


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