年度好文推荐 | 首钢滑雪大跳台项目钢结构安装关键技术
作者：马冬豹
作者单位：北京首钢建设集团有限公司
国家重点研发计划（2018YFF0300201）
全文刊登于《施工技术》2020年第10期
摘要
Abstract
针对首钢滑雪大跳台钢结构安装施工工期紧、场地受限、结构复杂、安装定位难度高、精度要求高等难点， 采用大单元模块现场地面拼装、大单元吊装技术，临时支撑关键技术、精密测量技术、同步分级卸载技术、BIM 信息 化及二维码应用等综合施工技术，主体结构安装精度满足要求，顺利完成安装。
Part 01
工程概况
首钢滑雪大跳台中心位于北京首钢园区旧址，主体结构为钢结构，主要由钢柱、赛道桁架、飘带和丝带桁架等结构组成，主要构件有箱形框架柱、V形钢柱、钢桁架等;结构总长约156.206m，最大宽度为34.141m，最大高度为 60. 302m。本工程建成后将是首钢工业园内重要建筑之一，作为 2022年第24届冬季奥林匹克运动会比赛场馆使用。首钢滑雪大跳台中心如图1所示。
a 建筑效果
b结构立面
c 结构平面
图1首钢滑雪大跳台中心平立面及建筑效果
Part 02
模块化深化设计
钢结构安装采用将主体结构各主要部分分成若干段，结合现场各专业施工实际情况分段吊装的方式。各主体结构模块化深化设计分段如图2所示。在工程施工准备阶段采用Tekla软件建模进行深化设计，综合考虑制作、运输、安装等因素，根据大跳台主体结构特点，进行模块化设计，做到工厂标准化制作、现场模块化拼装，合理设计构件预起拱值，保证工程实体质量。
a 赛道桁架
b V形柱
c 滑道桁架单元
d 顶部丝带结构
e 下部丝带结构
f 赛道及抗风柱
图 2 各主体结构分段示意
Part 03
主体结构安装技术
首钢滑雪大跳台项目为空间异形桁架结构，结构总用钢量达4 100t，主要钢构件的连接形式为焊接刚性连接。在项目初期对结构的安装顺序及工艺流程进行策划及论证，为保证赛道成型进度及工程施工质量，采用多项施工关键技术，保证安装顺利进行。
3.1 施工部署
工程整体施工原则为：以主体钢结构安装为主导，运输与制作相结合，实施统一管理，合理穿插工序。各工序施工时，遵循先下后上、先主结构后次结构，保证结构整体稳定性，保证施工全过程结构安全为基本原则，先安装临时支架和钢柱，再施工上部滑道钢桁架、顶部飘带桁架、下部丝带桁架，综合起重机械行走路线、构件现场拼装场地布置，保障运输路线畅通，结合构件安装设备的性能和工作效率，按照总体施工流程部署钢结构安装。
由于现场②～③轴线柱位置上方有高压线，不能按常规施工顺序进行施工，结合施工现场实际情况、土建基础施工及工期要求，先安装钢柱地埋柱部分，再安装各轴线地上柱部分；赛道钢桁架由跳台②轴线开始向①轴线安装并预留合龙段最后安装，然后再进行④轴线向③轴线、③轴线向②轴线间的桁架安装，最后进行赛道桁架整体合龙；顶部飘带桁架在地面整体拼装并安装完成装饰铝板后进行整体吊装；下部丝带管桁架结构现场局部拼装后进行大部件吊装。
3.2安装工艺流程
3.2.1临时支架体系安装
自①轴线向④轴线依次安装临时支架。钢支架各部位连接主要采用高强螺栓和栓焊组合连接方式。临时支架立面如图3所示。
图3 临时支架立面
3.2.2地埋柱安装
V形柱安装根据构件质量、长度、宽度3个方面综合考虑，由2部分组成：埋地部分和地上部分，如图4所示。
图4 V形柱分段示意
V形柱地面以上部分安装时现场回填，道路和场地全部进行硬化，拆移高压线。
3.2.3斜箱形格构柱安装
钢柱安装前应在钢柱底板、柱身和顶板上分别画出立柱的中心线和标准基准线。定位时应按原有定位基准线进行测量定位。吊装时，应保持钢柱的平稳和倾斜角度。钢柱柱身接口位置提前安装操作平台和防护栏杆，便于高空操作，之后根据柱的分段进行依次拼装（见图5）。
a格构柱地埋柱安装
b 格构柱安装
图5斜箱形格构柱安装
3.2.4跳台赛道桁架安装
跳台赛道桁架分为主桁架和次桁架。主桁架在工厂加工制作，沿纵向分为11段（见图2a）；赛道次桁架制作沿纵向分段与主桁架相同，但须将2榀组装形成口字形整体出厂。赛道桁架在施工现场胎架上组装成分段整体的大部件桁架进行吊装。
跳台赛道桁架安装顺序为：①安装中间次桁架；②安装主次桁架间的横向钢梁、斜腹杆、竖向腹杆；③安装两侧主桁架和上、下弦水平支撑；④安装主桁架两侧三角支撑和纵向梁。
钢梁吊装时采用两点对称绑扎起吊，起吊后距桁架上、下弦杆基准面100mm时放慢速度，待钢梁吊装就位后调整校正，然后固定连接。赛道桁架及钢梁安装时，需先搭设满堂脚手架作为施工人员操作平台。
赛道桁架吊装时先安装V形钢柱间的桁架，再在临时支架上依次安装①轴线与②轴线间的赛道桁架，然后安装剩余部分赛道桁架。
本项目其他结构如支撑、钢梯等零散结构件在安装支撑前，先安装焊接节点板，然后采用汽车式起重机或倒链配合完成框架及支撑安装。钢支撑安装时，先将支撑用卡环固定好。焊接支撑时，应严密观察和校正柱的垂直度及桁架水平度，以防止发生永久性的超验收标准的误差。
3.2.5上飘带及下丝带安装
桁架顶部飘带安装采用大单元吊装技术，现场整体在胎具上进行模块化拼装，完成后进行整体吊装，保证拼装质量的同时大大减少高空作业时间。
桁架下部丝带根据其结构特点与安装需要分成11个吊装单元进行吊装（见图6），丝带安装前先搭设安装支撑脚手架，架体与主体结构脚手架拉结在一起。架体支撑做法与主体相同。
图6丝带分段平面
Part 04
安装关键技术
本工程涉及大跨度异形结构临时支撑体系设计、大部件模块化地面拼装技术、Q345GJD高强度钢80mm厚板焊接、空间复杂结构吊装施工等关键技术。
4.1临时支撑体系设计
大跳台主体结构电梯井桁架倾斜75°，滑道桁架为大跨度空间异形桁架，结构自重大，滑道支撑柱为空间异形柱，结构定位难。为解决安装支撑定位及安装作业问题，设计钢管格构柱支架和脚手架相结合的临时支撑体系，保证结构安装受力、定位及作业安全要求，如图7所示。
a 钢管格构柱支架搭设示意
b 脚手架搭设示意
图7 大跳台临时支撑体系
4.2大部件模块化地面拼装与大单元吊装技术
根据构件结构特点，在施工现场采用大部件单元模块现场地面拼装及大单元吊装技术，减少高空作业，提高施工质量及效率，保证施工安全。
4.3高强钢厚板焊接技术
主体结构钢板材料涉及Q345GJC高强钢50，80mm厚板焊接。施工前进行焊接技术攻关，选择合适的坡口形式、焊接材料，对焊接参数、预热温度、层间温度、后热温度及时间做出明确规定，制定焊接工艺并经焊接工艺评定合格。对不同结构构件制定消除焊接应力、预防焊接收缩变形的预控与纠正措施，施工时严格控制焊接工艺，保证现场焊接质量。
4.4临边防护措施
为保障施工安全，通过分析结构安装时临边作业特点，特别研制便于施工应用的临边防护装置，保证施工安全（见图8）。
a 作业平台
b 防护栏杆
图8安全防护装置
4.5合龙段设计及施工
根据赛道桁架结构特点及受力情况分析，确定设置1处合龙段（见图2a），并根据合龙段位置优化设计合龙段结构形式及节点特征，形成对称Z形接口，保证合龙段从上部顺利安装就位。控制合龙在（15±5）℃环境下进行，以保证整体结构合龙精度。
4.6同步分级卸载
根据大跳台主体结构受力特点及临时支架体系设置，采用同步分级卸载技术，保证桁架安全卸载。采用机械千斤顶进行同步分级卸载，卸载位置布置如图9所示。分级卸载步骤为：①结构安装完成，机械、人员、检测设备准备就位后卸载开始，用千斤顶顶住桁架底部；②切割一定高度（10mm）桁架下原支撑型钢，缓慢回落千斤顶至切割高度，结构静置2h；③经检查无异常后进行循环分级卸载；④主体结构最终脱离临时支撑体系，结构自身承重。
图9卸载位置
4.7精密测量技术
通过三维模型确定构件相对坐标，采用智能全站仪精密测量技术，全过程进行构件安装定位跟踪测量，保证了复杂异形空间结构安装精度。
采用3D激光扫描技术对赛道结构线形及表面平整度进行测量，将扫描生成的实测模型与理论模型进行对比，确认赛道平面建造精度达到厘米级。
4.8BIM技术及二维码技术应用
大跳台施工全过程应用BIM技术及二维码技术，进行构件安装模拟推演、验证及优化施工方案，实现构件工厂加工、运输、现场安装等施工全过程实时可视化管理和钢结构全生命周期管理。
Part 05
结语
首钢滑雪大跳台项目系统运用大部件模块化分段技术、空间异形桁架结构制造技术、大部件单元模块现场地面拼装技术、大单元吊装技术、临时支撑体系关键技术、精密测量技术、同步分级卸载技术、BIM信息化及二维码应用等综合施工技术，施工质量好，焊接一次性合格率达到99.53%，安装过程中采用智能全站仪跟踪测量，主体结构合龙口精度、轴线偏差、标高误差均不超过容许值，赛道面板平面度误差达到厘米级精度。
（参考文献略）