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上海浦東足球場鋼結構及其屋面和幕墻綜合施工技術

上海浦東足球場鋼結構及其屋面和幕墻綜合施工技術

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上海浦東足球場項目位于上海市浦東新區錦繡東路,是一座能夠滿足FIFA國際A級比賽要求的專業足球場。球場固定坐席數3.4萬個,將成為上海海港足球俱樂部的新主場,更有望舉辦亞洲杯乃至更高級別的大型賽事。


浦東足球場的造型概念來自中國的傳統瓷器,細膩勻凈的白色金屬材料作為建筑表皮,呈現出白瓷的清透圓潤,如同一只精致的器皿,盛滿一場場精彩的球賽。本工程由上海建工二建集團總承包,鋼結構、屋面及立面幕墻工程由上海建工機施集團實施專業主承包。



上海建工機施集團發揮鋼結構深化加工安裝一體化和鋼結構屋面幕墻一體化的優勢,通過科技創新和精準施策成功建造了浦東足球場鋼結構、屋面和立面幕墻等專業工程。


主體鋼結構施工技術


本工程的主體結構是看臺系統,其同時為鋼結構屋蓋系統的支承結構,采用了鋼結構框架+屈曲約束支撐結構體系和預制清水混凝土裝配式看臺板,這也是國內體育場首次創新應用鋼結構裝配式看臺系統。本工程共有2層看臺,除下層四個轉角區域及部分貴賓席下方局部看臺采用現澆混凝土,其余部分均采用L型預制清水混凝土。



鋼結構和預制看臺單元板均采用履帶吊綜合節間吊裝法進行高精度流水吊裝,看臺單元板支承連接件與主體鋼構件進行工廠整體加工,確保質量和精度。



柔性鋼屋蓋施工技術


1  結構體系


輪輻式張拉結構體系因結構輕巧、空間受力結構效率高等特點被廣泛應用在國內外頂級體育場的屋蓋結構中。此結構體系一般由外壓環、徑向索和內拉環組成,其中外壓環類似車輪的輪輞,徑向索類似車輪的輻條,內拉環類似車輪的輪轂,三者形成自平衡,主要應用在圓形或類橢圓形體育場。



本工程根據類矩形的建筑造型要求,其鋼屋蓋的結構設計首創了中置壓環張拉結構體系。下弦采用張拉索體系,上弦采用剛性結構體系,徑向索水平分力通過剛性的上弦徑向梁傳遞至中置壓環,形成張拉自平衡體系,且剛性的上弦結構可以可靠支承直立鎖邊金屬屋面。


屋蓋鋼結構共計設有46榀徑向索桁架,通過主壓環梁、環索和次環梁連成整體,整個系統通過鋼立柱支撐在下部的看臺鋼結構上。中置壓環張拉結構體系是一種柔性結構,內力和位形關系密切,需對整體結構進行分析、深化、加工、安裝和張拉的一體化施工和成型控制,確保力與形同時達到設計要求。


2  結構分析及深化設計


本工程屋蓋的中置壓環張拉結構體系是需要通過施工張拉成型的剛柔組合結構,張拉施工的前后結構位形變化較大,需要通過結構分析確定構件下料和加工的精準尺寸。項目團隊基于結構成型狀態下的結構位形和索力分布,通過施工模擬分析得到結構的零應力狀態,并以此為依據建立深化設計模型和構件初始狀態的深化出圖,從而為構件的精準加工提供可靠依據。



3  加工制作


中置壓環平衡承載了46榀徑向索桁架的徑向壓力,壓環構件的加工和安裝精度會直接影響整體張拉結構體系的力學形態。整體壓環截面尺寸為1.5m×1.5m,總長約424m,共計分為46段,構件之間采用法蘭盤進行機械連接,加工制作精度要求極高。在工廠制作時,46段壓環梁均采用信息化模擬預拼裝和分批實物總裝進行雙控確保精度標準。



8根環索通過索夾與徑向索桁架相連,平衡承載了46榀徑向索桁架的徑向拉力。與傳統的全鑄鋼索夾不同,本工程索夾創新采用“上下鑄鋼夾板+中間鑰匙形鋼耳板”新型索夾系統,上下鑄鋼夾板和中間耳板通過焊接連接,壓索的蓋板通過螺栓與索夾系統進行機械固定,安全可靠性得到較大提升,加工制作時派專業質控人員駐廠嚴控部件焊接質量和成品精度。徑向索和環索均采用Galfan密閉索,提高了索系統的耐腐性。



4  安裝與張拉


針對本工程力與形同步控制的結構特征,項目團隊研發了基于拉壓控制支架的輪輻式索網施工技術。該拉壓控制支架在徑向索張拉前支架承托中壓環,在徑向索張拉后可通過支架中的豎向控制索拉住中壓環。整個張拉過程中壓環始終位于設計初始態標高。待次結構和部分屋面施工完成,釋放支架中的豎向控制索,完成結構整體卸載,達到力與形的雙控要求。



屋蓋鋼結構施工主要分為六個階段。(1)采用拉壓控制支架安裝46榀徑向梁、V撐外肢、壓環梁、外側圈梁下的立柱。(2)16段環索地面展開首尾相連,形成8根環索,并與索夾固定。利用已安裝的屋蓋結構提升索夾以及與之相連的環索,就位后索夾與已經安裝的V撐外肢通過銷軸固定。(3)徑向索一端與索夾相連,另一端通過張拉工裝與徑向梁外端的耳板連接。同步張拉徑向索,就位后穿銷軸固定。(4)補缺壓環梁外側的次環梁形成完整圈梁,安裝屋面支撐和柱間支撐。(5)安裝V撐內肢、徑向懸挑梁及壓環梁內側的圈梁和屋面支撐等次結構,至此屋蓋鋼結構形成。(6)待部分屋面施工完成,釋放支架中的豎向控制索,進行結構整體卸載。




屋面施工技術


屋面工程由上下兩個面層構成,面積共約5萬多平方米。上面層主要由聚碳酸酯陽光板采光帶、鋁蜂窩板雙層金屬屋面系統(階梯區)、鋁蜂窩板雙層屋面系統(曲面區)組成、中天溝及外天溝系統;下面層主要由鋁復合板內外檐口系統、膜結構及環向裝飾帶組成。



下層膜結構為反吊張拉膜,是體育場屋蓋的吊頂結構??紤]到施工安全及膜材成品保護等因素,待金屬屋面閉水后再進行膜結構吊頂的施工。膜結構吊頂采用單元式安裝。膜材與單元框架在地面組裝成膜結構單元,通過特殊設計的提升設備送至安裝位置,與主體結構通過螺栓連接。



立面幕墻施工技術


本工程外立面幕墻面積約4萬多平方米,主要為曲面單元式復合板、肌理板等系統。外立面整體效果呈碗狀,其分格橫向水平、縱向垂直檐口邊緣,使外立面幕墻板塊呈現單曲與雙曲交錯分布。



為確保曲面單元板的建筑效果,項目團隊創新運用信息化模型模擬技術和鋼結構幕墻一體化施工技術,在“深化、加工和安裝”各個階段的質量和精度進行施工全生命周期的數字化管控。



在深化設計階段采用參數化建模和鋼結構幕墻合模技術,分析空間關系和優化系統布局,并根據幕墻外表皮與板塊的建筑分格,快速生成鋼系統骨架、鋁型材龍骨、單元板塊和三維可調的轉接件系統,并根據算法自動提取材料規格和數量,精準下單。在構件加工和單元組裝階段,采用信息化模擬預拼裝技術,通過對單元板塊控制點位理論與實測值偏差檢測和控制,確保單元板塊加工精度。在現場安裝階段,通過模型提取三維控制坐標對從內至外的各工序進行空間測量定位,并在單元板塊施工前對已經安裝完成的龍骨系統和后續安裝的單元板塊進行大數據模擬預拼,確保單元板塊的施工質量。



另外,為確保曲面復合單元板的外觀效果,跟隨曲面板塊的弧線變化,立柱及橫梁龍骨系統均采用弧度一致的拉彎鋁合金型材,用精準的工藝控制提升了工程品質。



上海浦東足球場設計首創了中置壓環輪輻式張拉結構體系以及瓷碗造型立面幕墻。面對工程建設難題,上海建工機施集團科技團隊發揮兩個一體化的優勢,創新研發了基于拉壓控制支架的輪輻式索網施工成套施工技術、鋼結構裝配式看臺體系施工技術、雙層屋面施工技術以及曲面鋁塑板幕墻施工數字化成型控制技術等一系列專項施工技術,實現了浦東足球場鋼結構屋面幕墻工程的精益建造。


(編輯:奚雅青)


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[責任編輯:Susan]

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