杭州奥体网球中心开合屋盖施工关键技术

杭州奥体“小莲花”  

 

 

杭州奥体博览城网球中心屋盖开闭测试  

 

【摘要】   杭州奥体网球中心采用了首个支承千大悬挑结构上的旋转开合屋盖，其活动屋盖由8片花瓣式屋盖组成．施工中采用了地面拼装成段、场外分段吊装、高空对接合拢、卸载找平、地面模拟调试等施工工艺，通过这些技术的应用保证了安装精度、施工进度和质世安全要求，确保杭州奥体网球中心项目得以顺利实施，可为类似旋转开合屋盖工程施工提供良好参考．

【关键词】   杭州奥体网球中心；开合屋盖；大悬挑；施工技术

1 工程概况

杭州奥体网球中心是2022年杭州亚运会的主场馆之一，总建筑面积约3万㎡。网球中心整体造型为莲花状，活动屋盖采用8个花瓣式可开闭的旋转开合屋盖，开启过程犹如莲花含苞绽放，如图1所示。

 

图1 整体效果图

 
 

 
 

建成后，可以承办国际顶级网球赛事。整个屋盖由花瓣状固定屋盖钢结构、花瓣状活动屋盖钢结构以及位于固定屋盖与活动屋盖之间的8套机械传动系统组成。

固定屋盖钢结构外边缘直径约133m，场地中心开口直径约60m。每片花瓣钢结构均由两组倒三角空间立体桁架构成，悬挑16.9m。

固定屋盖上方设置8片大悬挑平面旋转活动屋盖，采用平面旋转45°开合，最大悬挑30m。8片活动屋盖中有1片屋盖带帽子，其余7片无帽子。固定屋盖与活动屋盖通过8套机械传动系统进行连接，每块活动屋盖由3榀固定屋盖桁架单元作为支撑。

每片活动屋盖设置1个转轴及3条同心旋转轨道，其中2条轨道固定在活动屋盖上，一条轨道固定在固定屋盖上。固定屋盖上的设备包括转轴组件、从动轮轨道梁、反力轮组件、主动轮组件及驱动装置。活动屋盖上的设备包括主动轮轨道、反力轮轨道、从动轮台车组件、转轴接头套、端部插销缓冲装置、中心封闭装置（有帽活动屋盖上），见图2。

 

图2 机械传动系统组成

2 施工难点分析

活动屋盖支撑于大悬挑结构上，悬挑段变形较大且下部结构自身刚度相对较弱。活动屋盖在旋转开合过程中固定屋盖的受力形式及结构变形均在发生变化，势必对整个开闭系统运行的自适应性、安装精度提出较高要求。钢结构在安装过程中的难点如下：

（1）钢结构吊装重量大，节点复杂，受现场环境、施工机具等影响，施工难度大。固定屋盖花瓣分2段吊装，最大吊装重量达260t，起吊定位、多口对接难度大；活动屋盖与设备整体吊装，最大重量约220t，安装定位难度大。

（2）固定屋盖上的设备平台精度控制难。机械传动设备作为固定屋盖和活动屋盖之间的连接机构，设备的安装精度、结构的变形差、设备平台的标高一致性等将直接影响活动屋盖能否顺利开合。

（3）活动屋盖调试及安装定位精度要求高。活动屋盖能否正常开启，受到固定屋盖、机械设备、活动屋盖三者安装精度影响，因此需要对活动屋盖及其相应的机械传动系统进行吊装前的地面调试和吊装完的高空调试，调试的边界条件要求高。

3 开合屋盖安装关键技术

屋盖工程安装包含固定屋盖安装、机械传动系统安装和活动屋盖安装三个阶段。安装总体流程为先完成下部固定屋盖的安装后拆撑卸载，然后进行机械传动系统的安装，最后进行上部活动屋盖的安装，如图3所示。根据现场吊装要求，采用一台1250吨CC6800履带吊为主要吊装机械在固定屋盖外围进行吊装作业。

 

图3 开合屋盖安装过程

3.1 固定屋盖安装技术

固定屋盖钢结构安装时，为了减少现场施工的累积误差及安装过程中的现场焊接变形、温度产生的应力以及现场拼装误差，钢结构分成2个施工区，设置2条合拢缝。依序顺时针对称施工，如图4所示。

 

图4 固定屋盖施工分区

固定屋盖总共有24片花瓣桁架，每3片花瓣桁架上部支撑一个活动屋盖，因此为了确保固定屋盖上设备平台精度的一致性，将3片花瓣桁架作为一个吊装组，吊装组由上段水平桁架单元和下段三个花瓣桁架单元组成，如图5所示。

 

图5 固定屋盖分段示意图

为了消除悬挑段下挠对设备平台精度的影响，固定屋盖安装前先进行深化设计预起拱。固定屋盖吊装如图6所示。

 

图6 固定屋盖吊装

固定屋盖安装时在下部设置3圈临时支撑架，分别为外圈、中圈和内圈支撑架，如图7所示。

 

图7 支撑架布置图

固定屋盖合拢后临时支撑架卸载分为两个阶段进行，第一阶段先进行外圈和中圈支撑架的拆撑卸载，第二阶段进行内圈支撑架的分区同步卸载，如图8所示。

 

图8 支撑架分级同步卸载

现场实时监测结构变形及杆件应力，如图9所示。

 

图9 现场摄影测量

3.2 机械传动设备定位技术

机械系统的安装难度大、精度要求高，为了消除安装过程的施工误差，机械传动系统采用“活动屋盖单元地面分片调试，工位分部安装，单机试验，整体联动”的安装方法进行安装，主要分为设备平台精校和设备安装定位工装设计两部分。

（1）设备平台精校

机械传动系统安装前，将固定屋盖卸载后各备平台的实际测量值与计算机模拟数据进行比较分析，根据设备平面位置的设计要求测量确定，对标高超差部位采用特制专用钢垫块进行找平处理与校正，如图10所示。

 

图10 轨道及设备平台调整

（2）设备安装定位工装设计

根据屋盖的开合特点，转轴的位置度及轨道相对转轴的同心度控制是设备安装的重点。针对转轴组件的整体定位设计了专用的定位机构，定位机构设有一个精确的定位轴套，此定位轴套作为定位基准，在装配工序中，使定位件装配到定位轴套上，以控制定位，保证转轴的位置度误差不超过2mm，如图11所示。其余固定屋盖端设备采用全站仪放样，标高找平后安装就位，如图12所示。

 

图11 定位机构及转轴现场调整

 

图12 驱动装置安装就位

3.3 活动屋盖地面调试和就位技术

活动屋盖采用CC6800履带吊单机整体吊装就位，每个活动屋盖在正式安装前须在地面旋转调试胎架做旋转调试，模拟结构形成后的开闭工况，确定转轴、从动轮台车、弧形轨道梁的连接节点位置。

（1）调试技术

a）地面调试场地布置。调试场地模拟高空实际运行工况，设置设备平台埋件，如图13所示。

 

图13 调试场地设备平台埋件

施工时，由现场1台履带吊将活动屋盖从拼装胎架吊运至旋转胎架上。吊装前，先在调试场地安装所有机械传动组件，轨道梁下部设置可调支撑，如图14所示。

 

图14 轨道梁调整胎架示意图

在确认所有机械部件安装无误，安装质量符合设计要求后，再将活动屋盖吊装至调试场地，按设计要求进行连接，全部连接完毕后进行旋转模拟调试。调试结束后吊运至旁边的堆放场地，然后进行下一块活动屋盖的调试工作。

b）调试技术措施。机械传动系统安装前，活动屋盖需与机械设备在地面进行调试，地面调试流程如下：

①在调试地面上安装预埋件，浇筑混凝土地面；

②在调试场地上绘制地样线；

③机械传动组件安装，轨道梁下部需设置临时调整胎架；

④安装活动屋盖并调整与轨道梁的连接。

⑤解除临时调整胎架，进行调试；

⑥用履带吊将活动屋盖吊装到堆放场地上；

⑦拆除该套机械传动设备，进行下一个活动屋盖的调试。

现场调试如图15所示。

 
 

图15 活动屋盖地面调试

（2）活动屋盖就位技术

活动屋盖采用对称安装可保证结构变形的一致性。活动屋盖安装时需统一基准面和参照点，即以固定屋盖卸载、设备平台精校后的平面为基准面。活动屋盖吊装时，最后吊装有帽活动屋盖，8片活动屋盖对称施工，施工顺序为③→⑦→④→⑧→②→⑥→⑤→①，如图16所示。

 
 

图16 活动屋盖吊装顺序

活动屋盖在开启状态下整个结构受力最合理，结构变形最小，同时由于电机在启动前无法确定正转还是反转，这样势必造成开合屋盖无法进行整体调试。电机反转超限位值会造成设备破坏，因此要为设备调试预留一定角度，在开启42°状态下安装。

活动屋盖在地面调试合格后，为确保轨道、转轴等设备之间的相对位置，将活动屋盖及主动轮轨道梁、反力轮轨道梁、从动轮台车、转轴组件作为一个整体一同吊装就位。现场吊装如图17所示。

 

图17 活动屋盖吊装示意图

4结论  

杭州奥体网球中心项目作为首座支撑于悬挑结构上的旋转式开合屋盖，施工中采用了地面拼装成段、场外分段吊装、高空对接合拢、卸载找平、地面模拟调试等施工技术。通过这些技术的应用保证了安装精度、施工进度和安全质量要求，确保了杭州奥体网球中心项目得以顺利实施，可为类似旋转开合屋盖工程施工提供良好参考。