三亞體育場(chǎng)罩棚臨時(shí)支撐體系的設(shè)計(jì)和BIM應(yīng)用

三亞市體育中心體育場(chǎng)項(xiàng)目為甲級(jí)大型體育場(chǎng)（圖1）。其平面為不規(guī)則的五邊形，下部為四層混凝土結(jié)構(gòu)看臺(tái)，上部為罩棚。罩棚內(nèi)圈采用輪輻式索桁架結(jié)構(gòu)+膜結(jié)構(gòu)組合形式，其上方屋面覆蓋PTFE膜材，外圍結(jié)構(gòu)為幕墻斜柱支撐+V型柱支撐的單層網(wǎng)殼屋面，上方為金屬屋面結(jié)構(gòu)。內(nèi)圈結(jié)構(gòu)由52榀輪輻式索桁架和剛性受壓環(huán)桁架組成自平衡結(jié)構(gòu)，其中剛性受壓環(huán)桁架內(nèi)外圈弦桿間距由15~20?m變化。圖1?體育場(chǎng)整體整體效果外圈鋼結(jié)構(gòu)主要包括內(nèi)環(huán)V型柱、受壓內(nèi)環(huán)梁、中柱、交叉梁、外幕墻斜柱、外環(huán)梁（圖2）。內(nèi)環(huán)V型柱和外幕墻斜柱沿環(huán)向按不同角度朝外傾斜，鋼柱上下節(jié)點(diǎn)均采用關(guān)節(jié)軸承連接形式，可雙向轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)環(huán)梁箱型截面規(guī)格為B?1?300×1?500×45~60，內(nèi)環(huán)V型柱圓管截面規(guī)格為P?1?200×20，外幕墻柱為魚腹式變截面B?900~1?500×600×20×20，外環(huán)鋼梁箱型截面為B?1?200×1?200×20×35，交叉鋼梁最大箱型截面為B?1?200×500×25×25，其最大跨度26.0?m。內(nèi)環(huán)鋼梁材質(zhì)為Q?345?GJC，其他材質(zhì)均為Q?345?B。圖2?體育場(chǎng)外圍鋼結(jié)構(gòu)軸側(cè)1?臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)難點(diǎn)（1）本工程外圍鋼結(jié)構(gòu)空間設(shè)計(jì)復(fù)雜，鋼柱平面向外傾斜角度不一（東西區(qū)內(nèi)環(huán)V柱傾斜約40°，南北區(qū)約15°，外幕墻柱傾斜約25°）受力復(fù)雜；構(gòu)件跨度及截面規(guī)格較大，支撐高達(dá)30?m且偏心受力，難以保證側(cè)向穩(wěn)定。（2）臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)需考慮施工、考慮卸載階段及臺(tái)風(fēng)荷載等不利受力組合，并考慮吊裝過程中構(gòu)件與胎架輕微碰撞、松鉤后同一胎架上不同支撐點(diǎn)瞬間受力不同步等偶然工況。臨時(shí)支撐點(diǎn)數(shù)量多，需分組分批次卸載，支撐胎架受力工況復(fù)雜。（3）臨時(shí)支撐體系頂部支撐點(diǎn)部位為結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜位置，其底部落在看臺(tái)結(jié)構(gòu)、V柱柱腳、樓梯、附屬結(jié)構(gòu)及樓板上，支撐體系設(shè)計(jì)階段的碰撞檢查和精細(xì)化建模施工仿真分析尤為重要。2?臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)2.1?設(shè)計(jì)思路本工程鋼柱整根吊裝，鋼梁按一跨一段分段吊裝，支撐點(diǎn)設(shè)在梁柱節(jié)點(diǎn)處以同時(shí)滿足鋼柱及環(huán)梁支撐要求。因外環(huán)幕墻斜柱傾斜角度較小，采用獨(dú)立支撐胎架。內(nèi)環(huán)東西區(qū)V柱平面外傾斜較大采用門式胎架，南北區(qū)傾斜較小采用獨(dú)立胎架。根據(jù)支撐受力及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)7種臨時(shí)支撐體系，共126個(gè)胎架（圖3）。圖3?臨時(shí)支撐胎架布置支撐標(biāo)準(zhǔn)胎架尺寸為2?m×2?m×4?m/6?m/12?m，標(biāo)準(zhǔn)胎架通過法蘭連接，立桿為方管B?150×8，腹桿及水平桿為方管B?80×6，鋼平臺(tái)構(gòu)件截面為HW?350×350，材質(zhì)均為Q?345?B。2.2?內(nèi)環(huán)臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)東西區(qū)內(nèi)環(huán)V柱平面朝外傾斜的角度達(dá)40°，內(nèi)環(huán)梁先吊裝，V柱后塞裝，即不考慮V柱支撐。因內(nèi)環(huán)梁下翼緣節(jié)點(diǎn)區(qū)域設(shè)有大插板，無支撐空間，即在內(nèi)環(huán)梁兩側(cè)腹板底部增加臨時(shí)懸挑托座，胎架立桿支撐兩側(cè)托座，立桿底部為轉(zhuǎn)換鋼平臺(tái)，四個(gè)方向設(shè)斜撐，保證立桿穩(wěn)定。支撐胎架高22?m，為門式胎架形式。南北區(qū)內(nèi)環(huán)V柱朝外傾斜約15°，V柱吊裝后進(jìn)行內(nèi)環(huán)鋼梁吊裝時(shí)需使用V柱支撐，在胎架頂部設(shè)支撐固定懸挑鋼平臺(tái)，在平臺(tái)上焊接內(nèi)八字型鋼，V柱就位后與內(nèi)八字型鋼點(diǎn)焊固定，即形成平面內(nèi)三角穩(wěn)定體系。內(nèi)八字型鋼還可限制其平面外穩(wěn)定。支撐節(jié)點(diǎn)處設(shè)有索耳板時(shí)，由于耳板孔定位精度要求高，需額外搭設(shè)立桿進(jìn)行支撐。支撐胎架高約15?m，采用獨(dú)立支撐胎架體系如圖4、圖5所示。圖4?東西區(qū)內(nèi)環(huán)V柱梁支撐胎架圖5?南北側(cè)內(nèi)環(huán)V柱梁支撐胎架2.3?外環(huán)臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)由于外環(huán)幕墻斜柱朝外傾斜的角度較小，鋼柱吊裝后再吊裝外環(huán)鋼梁，故需考慮幕墻斜柱支撐，在胎架頂部鋼平臺(tái)上焊接兩根懸挑型鋼形成凹形卡槽，幕墻斜柱就位后與凹槽點(diǎn)焊固定，形成平面內(nèi)三角穩(wěn)定體系。凹槽還可限制斜柱平面外穩(wěn)定。在胎架頂部鋼平臺(tái)上焊接四肢格構(gòu)式小型支撐胎架，拉設(shè)兩道斜桿與鋼平臺(tái)固定。小型支撐胎架支撐在外環(huán)鋼梁下翼緣處，避開關(guān)節(jié)軸承節(jié)點(diǎn)部位。支撐胎架高約30?m（圖6）。圖6?外環(huán)梁柱支撐胎架3?安全技術(shù)措施（1）所有臨時(shí)支撐體胎架四個(gè)方向均拉設(shè)纜風(fēng)繩形成第二道安全防線。纜風(fēng)繩節(jié)點(diǎn)在混凝土梁上的預(yù)埋件拉設(shè)，或在看臺(tái)結(jié)構(gòu)上拉設(shè)。（2）支撐體系底部通過鋼平臺(tái)或轉(zhuǎn)換鋼梁將荷載傳遞至混凝土梁上，在混凝土梁上預(yù)設(shè)埋件。架空混凝土樓板，使其不參與受力。（3）提取胎架底部不利組合荷載，對(duì)底部混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全驗(yàn)算，對(duì)驗(yàn)算不滿足要求的混凝土梁采用圓管回頂加固[4]。（4）臨時(shí)支撐胎架施工過程中，對(duì)支撐外觀質(zhì)量、整體垂直度和平面彎曲偏差、對(duì)接處立桿錯(cuò)邊量、變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)記等進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。4?BIM技術(shù)應(yīng)用胎架設(shè)計(jì)總流程如圖7所示。圖7?胎架設(shè)計(jì)流程4.1?設(shè)計(jì)階段碰撞檢查（1）通過Navisworks和Rhino軟件，將各部分結(jié)構(gòu)模型和支撐胎架模型以統(tǒng)一的坐標(biāo)原點(diǎn)進(jìn)行模型整合。整合后的模型分為土建結(jié)構(gòu)、支撐胎架、鋼結(jié)構(gòu)三個(gè)組別。（2）分別對(duì)土建結(jié)構(gòu)與支撐胎架、鋼結(jié)構(gòu)與支撐胎架進(jìn)行碰撞檢查，查找各部分結(jié)構(gòu)間的碰撞問題并生成報(bào)告。（3）針對(duì)上述問題，生成碰撞檢查統(tǒng)計(jì)表，從位置、問題圖示、問題描述、解決方案、復(fù)核及二次復(fù)核等方面，對(duì)每個(gè)碰撞點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)與多次校核檢查。通過對(duì)模型的修改、校核最終生成支撐胎架施工圖。4.2?BIM管理平臺(tái)應(yīng)用（1）將模型載入到管理平臺(tái)內(nèi)，即可在PC端或移動(dòng)端進(jìn)行實(shí)時(shí)快速的模型瀏覽，查看各階段模型狀態(tài)，包括設(shè)計(jì)完成、成品出廠、進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、計(jì)劃安裝、支撐胎架驗(yàn)收、安裝完成等。配合平臺(tái)內(nèi)的進(jìn)度計(jì)劃規(guī)劃工廠制作與發(fā)貨時(shí)間。每個(gè)構(gòu)件均貼有不同的二維碼標(biāo)識(shí)識(shí)別與之配套的構(gòu)件，以防現(xiàn)場(chǎng)拼裝及安裝階段發(fā)生錯(cuò)亂。（2）將支撐胎架設(shè)計(jì)圖及計(jì)算分析等數(shù)據(jù)上傳至管理平臺(tái)，供管理人員實(shí)時(shí)查看比對(duì)?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)支撐胎架進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳至管理平臺(tái)，與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行擬合，依據(jù)設(shè)計(jì)圖及方案進(jìn)行檢查，提高施工精度。文件資料及影像素材可在管理平臺(tái)內(nèi)統(tǒng)一收集與管理，方便后續(xù)使用。5?精細(xì)化施工仿真分析5.1?模型處理將支撐胎架精細(xì)模型放入零狀態(tài)的分析模型中，考慮胎架剛度及鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)起拱，將部分與主體桿件重合的部分設(shè)置為剛性桿，保證受力的真實(shí)性，進(jìn)行全過程施工仿真分析計(jì)算。根據(jù)不同的胎架設(shè)計(jì)類型可分為1~7號(hào)胎架，內(nèi)環(huán)分別選取獨(dú)立和雙支撐胎架兩種胎架，外環(huán)支撐胎架按最不利受力工況進(jìn)行分析。精細(xì)化模型處理見表1。表1?精細(xì)化計(jì)算模型施工仿真分析結(jié)果如下。（1）結(jié)構(gòu)的安全和精度滿足設(shè)計(jì)要求及規(guī)范要求，施工全過程和精細(xì)化分析中胎架強(qiáng)度均滿足要求，施工工序安排合理。（2）精細(xì)化的胎架模型需與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工保持一致，由數(shù)據(jù)比對(duì)可知卸載時(shí)胎架桿件的應(yīng)力大于精細(xì)化分析中荷載組合下的胎架應(yīng)力，即單獨(dú)設(shè)計(jì)胎架時(shí)應(yīng)考慮足夠的強(qiáng)度余量，一般將應(yīng)力比控制在0.8以下，以保證胎架可靠。（3）若不考慮深化模型實(shí)際重量及支撐胎架整體剛度影響，會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工過程仿真分析的結(jié)果造成很大偏差，難