“安全生产 文明施工”管理细则
“岭南明珠”体育馆屋盖钢结构制作与施工技术
杨志明 徐静 胡冬军 徐蕾
江苏沪宁钢机股份有限公司
摘 要：本文介绍了佛山“岭南明珠”体育馆屋盖钢结构工程的节点深化设计、构件制作、整体拼装与施工安装全过程，重点阐述了该工程钢结构制作与施工中所采取的工艺措施及相应的技术方案。工程实践表明，通过对钢结构制作施工方案的合理制定与正确实施，能够较好地实现此类异形空间结构的设计与施工目标。
关键词：深化设计 节点制作 分层 整体提升 一.工程概况
“岭南明珠”体育馆位于广东省佛山市禅城区季华五路（电视塔北侧），毗邻规划中的城市景观轴，占地22.3公顷，总建筑面积约75182m2（其中地下室建筑面积约23640 m2，地上建筑面积约51612 m2）。项目包括6000个座位的综合体育馆以及附属体育馆、全民健身广场、地下停车场等。主体建筑结构体系由一个主馆和两个副馆（训练馆和大众馆）组成，主体育馆直径为128.4m，建筑高度为35.48m，地上4层；训练馆和大众馆直径为78.4m，建筑高度约26.4m。主馆与副馆通过3个穹顶连为一体，优美的圆弧外形如同一颗熠熠生辉的明珠，其结构图如图1所示。作为佛山市的标志性建筑，该体育馆自2005年建成以来，承担了广东省第12届运动会的闭幕式及篮球、体操比赛等重大文体活动。
本工程构造独特，结构设计灵感来源于中国古老的建筑形式－斗拱，是世界首例真正大跨度空间结构。钢结构总重量10,000余吨，包含5000多个复杂节点，20600多根杆件。
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二.钢结构深化设计与节点、构件加工制作
本工程主体钢结构的杆件数量达22000多根，节点数量5000多个。考虑工程独特的结构形式，大部分节点采用H型钢直接交汇节点或板节点，部分采用了铸钢节点，主体结构总用钢量为12500吨，附属结构重约1400多吨。在工程中大量采用的H型钢直接交汇节点构造非常新颖，如5、6根平面加空间扭曲的H型钢构件直接交汇的节点做法等，在国内外同类工程中尚属罕见；部分典型节点形式如图2所示。结构构件、节点数量繁多，构造复杂，加工制作难度大，是本工程深化设计与钢结构制作的最大特点。
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1.各工序制作难度 1）.结构深化设计难度
正确详尽的钢结构深化设计是结构构件精确加工的先决条件。本工程钢结构施工详图的制作流程是先将设计图形转化为空间模型，通过不同工作面对空间模型进行切割、投影，将将其转化为适宜于构件加工的平面尺寸。建立工程的空间模型之前，需经过多次校核以确保构件截面尺寸及轴线的正确性。由于本工程构件种类、数量多，此项工作显得尤为重要和繁杂。针对本工程的结构特点，在中央穹顶大球和小球的过渡位置，部分工作点不能通过图纸来确定。因此，在建立模型之前，通过对照MIDAS计算模型进行多次的CAD模型校对，确定最终的整体空间模型，保证各工作点的位置精准。
由于本工程节点构造较为复杂，特别是H型钢斜向交汇处钢板的厚薄度处理措施比较复杂，容易出现间隙导致装配不能紧贴，达不到理想的焊接质量；需要进行多次放样，以求达到较好的效果。如某些节点汇交了12根杆件，杆件数目较多，节点受力复杂，节点设计难度较大。为此，在空间模型建立后，需对各种类型的节点进行汇总，与设计方协商确定做进一步分析验算的节点及受力工况；经ANSYS验算后，对不满足规范要求的节点重新设计出图。
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2）.放样难度
由于结构是空间任意的穹顶结构，图纸标注尺寸均仅能反映平面投影尺寸，很难反映构件的真实外形尺寸，就必须通过计算机放样，各个构件节点都必须通过CAD实体建模，然后根据实体模型绘制出各零件图。特别是H钢斜交于H钢上钢板厚薄度处理比较复杂，稍处理不当，就会出现间隙，装配不能紧帖，达不到理想的焊接质量。 3）.胎架制作
所有构件节点均为空间不规则布置，每个节点在组装前必须找准安装基准面，并且按此基准面将其余杆件坐标转换成该基准面同一坐标系。在地面上弹出该节点的相关底线，然后搭设临时组装胎架上，以便于装配定位。
2.节点与构件制作
所有零件均通过计算机精确放样，下料采取数控精密切割。腹板及其连接板孔群加工采用数控钻孔钻制。节点采用空间定位，每个零件组装时，须根据图纸上所反映的长度和角度进行吊线定位。为精确定位，定位点选2个以上；每个零件定位，须测量8个甚至更多数据。零件定位时，还应根据构件的特点选择装配和焊接的顺序，避免焊缝操作空间小和焊缝收缩不均匀的情况。结构装配完后进行整体测量，对不符合要求的零件采用火焰矫正方法进行矫正。典型构件节点的制作流程如下。 1）.环向桁架上弦节点A制作工艺流程
为便于控制节点连接的断面尺寸，该节点上、下环板制作时分为3段进行下料。将对应各段的上、下环板分别与其腹板组装成部件，组装中严格控制断面尺寸精度及腹板垂直度要求。为便于结构的组装和测量，结构装配前先在钢管上划出装配线，并将钢管置于可旋转滚轮胎架上进行定位。钢管定位后按装配线进行部件Ⅰ的装配，装配时严格控制其空间角度与位置关系。接着依次进行部件Ⅱ和部件Ⅲ的装配，同时严格控制环板对接错边量。组装完成后进行焊接时，先焊环板对接焊缝，再焊接腹板角焊缝。焊后经复测、矫正后装配斜向撑杆、连接腹板及加强环加劲板。复测所有连接腹板空间角度关系并矫正，装配下侧撑杆并焊接；对于结构重点焊缝要求进行超声波检测。主要制作流程如图3所示。
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2）.环向桁架下弦节点制作工艺流程
结构装配前先在划线平台上标记连接腹板定位线。在H型钢自动组立机上进行H型钢组装，采用埋弧自动焊在H型自动埋弧焊机上进行焊接。焊后进行矫正，装焊腹板加劲板、封板；依次分步装焊中间两侧的连接节点、部件，装配时要严格控制组装间隙。焊接时从中间向外侧退焊施工，并要求上、下对称施焊。组装、焊接中间连接节点时重点控制节点空间夹角及其断面尺寸精度，除结构空间狭小位置采用手工焊外，其它部位均采用二氧化碳气体保护焊进行焊接。为控制连接节点端口断面尺寸精度，将外端连接节点组装成部件后再整体与节点主体进行装焊，组装中严格控制其空间夹角。连接节点焊接时要求双数焊工对称施焊，以防止产生过大的焊接变形。主要制作流程如图4所示。
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