贊比亞盧薩卡體育場(chǎng)是一座長(zhǎng)軸300m，短軸250m的橢圓形體育場(chǎng)，可容納5萬(wàn)名觀眾。屋面由36榀懸挑30m的鋼結(jié)構(gòu)管桁架做為主要受力構(gòu)件，主桁架之間采用前、后環(huán)桁架連接，前后環(huán)桁架之間及桁架尾部為膜支撐結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)管桁架的安裝標(biāo)高根據(jù)建筑要求在23.131m~34.182m之間逐漸變化。鋼結(jié)構(gòu)屋面防水材料采用使用壽命超長(zhǎng)的房上防金屬屋面防水系統(tǒng),其屋面防水涂料源自韓國(guó)，用于解決鋼結(jié)構(gòu)屋面漏水問題，效果顯著，能徹底杜絕金屬屋面漏水問題。使用壽命長(zhǎng)達(dá)10年以上，成本低廉，施工簡(jiǎn)便。經(jīng)過本次工程檢驗(yàn)，不愧為“金屬屋面漏水的首選防水系統(tǒng)”，房上防實(shí)乃國(guó)際品牌，技術(shù)領(lǐng)先。

　　 構(gòu)件詳細(xì)概況 
　　屋面鋼桁架的總長(zhǎng)度約40m，為倒三角空間桁架，兩上弦桿之間中心間距為3m，桁架高度為變截面，端部高4m。單件重量約25噸。桁架采用鋼管進(jìn)行制作，所有連接節(jié)點(diǎn)均采用焊接連接節(jié)點(diǎn)。桁架后端為間距6m的兩個(gè)支座與勁性混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。桁架結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。
　　施工難點(diǎn) 
　　 （1）鋼結(jié)構(gòu)形式主要為三維空間管桁架形式，管桁架中管與管的連接，最復(fù)雜的形式為七根次管與主管同一部位、不同角度連接，對(duì)精度和質(zhì)量的控制比較困難。所有鋼管焊口均為異型焊口，加工精度要求高，需采用相貫線切割機(jī)加工管頭。屋面單元鋼管均為弧形，弧度各有不同，需要設(shè)計(jì)專用模具進(jìn)行弧度加工。
　?。?）本工程鋼結(jié)構(gòu)平面覆蓋范圍是長(zhǎng)軸300m，短軸250m的橢圓。鋼結(jié)構(gòu)施工覆蓋面大，單件重量重，安裝高度高，方案選擇對(duì)施工成本會(huì)造成較大影響。 
　?。?）工程結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜。本工程為大面積空間管桁架結(jié)構(gòu)，所有構(gòu)件均需要空間三維定位，測(cè)量復(fù)雜，精度要求高。 
　　總體施工方案的選擇 
　　根據(jù)以上工程特點(diǎn)難點(diǎn)，經(jīng)過仔細(xì)研究施工圖紙和進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，決定采用采用國(guó)內(nèi)制作廠構(gòu)件零件加工、部分組裝焊接，整體預(yù)裝、國(guó)外安裝現(xiàn)場(chǎng)單元組裝、焊接，桁架整體預(yù)拼裝再分段安裝的施工方式。
　　針對(duì)三維空間管桁架的結(jié)構(gòu)形式，采用CAD/CAM集成技術(shù)作為管桁架結(jié)構(gòu)制作加工工藝，以相貫線焊接為重點(diǎn)提高加工精度，保證質(zhì)量。 
　　以桁架組裝安裝結(jié)合，確保進(jìn)度。桁架因整體重量重吊裝困難的原因分為三段，又因運(yùn)輸原因分為組裝單元，保證桁架整體尺寸及安裝后的精度及施工進(jìn)度是關(guān)鍵。桁架在國(guó)內(nèi)加工廠制作時(shí)，對(duì)每一形式的桁架組裝一榀，進(jìn)行關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及桿件長(zhǎng)度和桁架整體精度確認(rèn)，無(wú)誤后再進(jìn)行批量生產(chǎn)，確保運(yùn)輸至國(guó)外安裝現(xiàn)場(chǎng)的構(gòu)件質(zhì)量，提高組裝、拼裝速度。
　　鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝 
主桁架構(gòu)件分段 
　　主桁架采用后支撐懸臂桁架，桁架總長(zhǎng)度40m，整體拼裝后總重量25噸，所有鋼結(jié)構(gòu)均需要看臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行安裝。若采用拼裝后整體吊裝勢(shì)必需要大型起重機(jī)械進(jìn)行吊裝，大大增加吊裝機(jī)械使用費(fèi)。經(jīng)綜合考慮，采用地面拼裝后將主桁架解體成三段進(jìn)行吊裝的施工方法，具體分段位置及單件重量如圖3。
　　施工機(jī)械選擇 
　　根據(jù)桁架分段安裝的特性，選擇一臺(tái)行走式、臂長(zhǎng)50m的C7027塔吊作為主要吊裝機(jī)械。根據(jù)塔吊性能表，C7027塔吊當(dāng)臂長(zhǎng)為50m時(shí)，半徑18.1m，吊裝重量為16噸，能夠滿足第一段吊裝；半徑為27m時(shí)，吊裝重量為9.98噸，滿足第二節(jié)構(gòu)件吊裝；半徑為40m時(shí)，吊裝重量為6.86噸，滿足第三節(jié)構(gòu)件的吊裝（第三節(jié)雨溝單獨(dú)吊裝）。
　　C7027塔吊布置在H軸線外側(cè)11.5m處，軌道間距6m，根據(jù)吊裝范圍劃分軌道長(zhǎng)度設(shè)定為120m，隨桁架的安裝過程翻轉(zhuǎn)使用。塔吊與主體結(jié)構(gòu)相對(duì)位置見圖4。
　　屋面結(jié)構(gòu)吊裝 
　　整個(gè)屋面結(jié)構(gòu)分為36個(gè)單元進(jìn)行吊裝，每個(gè)單元由1榀主桁架（分三段進(jìn)行吊裝）、前環(huán)桁架、后環(huán)桁架、膜支撐結(jié)構(gòu)和尾部結(jié)構(gòu)等七部分組成。這七部分構(gòu)件均在地面進(jìn)行拼裝后進(jìn)行吊裝。主桁架吊裝過程中為了使兩段桁架之間的焊接在不受力狀態(tài)下進(jìn)行，在主桁架第二段和第三段吊裝時(shí)，采用臨時(shí)吊架將結(jié)構(gòu)臨時(shí)固定后焊接。
　　一個(gè)單元的安裝流程為：主桁架第一節(jié)安裝→后環(huán)桁架安裝→安裝臨時(shí)門型框架→安裝第二段主桁架→安裝端部次桁架→安裝第三段主桁架及后端膜支撐結(jié)構(gòu) → 安裝前環(huán)桁架→安裝前端膜支撐結(jié)構(gòu)。
　　桁架吊裝順序是從與勁性柱連接的端桁架分段開始按順時(shí)針方向進(jìn)行安裝，先安裝相鄰兩段端桁架，再安裝它們之間的外環(huán)支座桁架，然后安裝相應(yīng)的次桁架，調(diào)整就位后與勁性柱連接牢固，安裝第一榀主桁架的第二段、第二榀主桁架的第二段，焊接后安裝第一榀、第二榀的第三段，然后安裝內(nèi)環(huán)支座桁架后，安裝相應(yīng)的次桁架，如此循環(huán)安裝，安裝至三分之一圓周，整體調(diào)整達(dá)到精度后，焊接主桁架與次桁架之間的連接系桿。馬道、天溝在相應(yīng)桁架吊裝前即組裝于桁架上，與桁架整體吊裝。
　　安裝施工安全措施 
　　桁架在吊裝前已經(jīng)將馬道及天溝組裝在上面，可兼做安全通道，另外在桁架端頭及焊接處兩側(cè)各掛一安裝吊籠及直爬梯，在頂部主天溝一側(cè)設(shè)置活動(dòng)的安全欄桿，形成環(huán)形通道。構(gòu)件起吊前，所有安全設(shè)施全部安裝到位，隨構(gòu)件同時(shí)吊裝到指定位置。
　　安裝施工階段安全驗(yàn)算 
　　構(gòu)件懸臂狀體計(jì)算按照單獨(dú)一榀桁架懸臂受力（實(shí)際安裝過程中這種情況不存在），兩榀桁架同時(shí)懸臂受力和三榀桁架同時(shí)懸臂受力三種情況進(jìn)行計(jì)算。 
　　第一種情況，安裝主桁架，除支座外側(cè)向沒有任何支承，經(jīng)計(jì)算懸臂端最大豎向位移為87.91mm，為跨度的87.91/30000=1/341<1/200，滿足規(guī)范要求。懸臂端側(cè)向位移為53.732mm，為跨度的53.732/30000=1/558<1/500，滿足規(guī)范要求。應(yīng)力計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。
　　第二種情況，兩榀主桁架安裝就位，端部側(cè)向桁架與其連接安裝完成以后，經(jīng)計(jì)算懸臂端最大豎向位移為60.843mm，為跨度的87.91/30000=1/493<1/200，滿足規(guī)范要求。懸臂端側(cè)向位移為3.609mm，為跨度的53.732/30000=1/8312<1/500，滿足規(guī)范要求。應(yīng)力計(jì)算均滿足規(guī)范要求。
　　第三種情況，三榀主桁架安裝就位，端部側(cè)向桁架與其連接安裝完成以后，經(jīng)計(jì)算懸臂端最大豎向位移為60.843mm，為跨度的63.243/30000=1/474<1/200，滿足規(guī)范要求。懸臂端側(cè)向位移為4.755mm，為跨度的4.755/30000=1/6309<1/500，滿足規(guī)范要求。應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。
　　焊接質(zhì)量控制 
　　根據(jù)運(yùn)輸條件，構(gòu)件在廠內(nèi)分段制作，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，組裝，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作平臺(tái)上焊接。本工程鋼桁架安裝焊接特點(diǎn)與難點(diǎn)有：主桁架跨度大，鋼管管徑大、管壁厚，焊接量大，焊接變形難以控制；均為單面焊，焊接位置復(fù)雜，焊接難度大；部分空中安裝接口無(wú)法加襯墊，必須確保單面焊雙面成型；焊接難度大，且返修困難。針對(duì)以上特點(diǎn)與難點(diǎn)，采取以下措施進(jìn)行施焊，以控制焊接質(zhì)量：
　?。?）采用合理的安裝、焊接順序球節(jié)點(diǎn)就位固定后，再焊接弦桿對(duì)接焊縫，同一管兩端焊縫焊完一端后再焊另一端，使其可自由收縮，這樣既可減小應(yīng)力，又可保證精度。主弦管焊接完后再安裝腹桿。
　　（2）主弦管管徑大，每個(gè)管口由兩名焊工同時(shí)同步對(duì)稱焊接，采用多層多道焊，以防發(fā)生角變形。腹桿與弦桿的對(duì)接或相貫焊縫由多名焊工由中間往兩端對(duì)稱施焊，以防發(fā)生扭曲等變形。
　　（3）采用合理的焊接工藝參數(shù)焊接時(shí)，控制線能量。要求焊工采用的焊接工藝參數(shù)盡可能一致。由于現(xiàn)場(chǎng)大多數(shù)為全位置焊縫，焊接難度大，對(duì)焊工的技能要求高。焊工不僅要持證，且必須通過現(xiàn)場(chǎng)模擬考試方可上崗。
　?。?）焊接設(shè)備檢查處于良好狀態(tài)。加強(qiáng)焊接材料管理。焊接材料嚴(yán)格按規(guī)定保管、烘烤、發(fā)放。 
　　（5）加強(qiáng)工序管理。正式焊接前，分別對(duì)裝配質(zhì)量、坡口清理、臨時(shí)支撐或固定設(shè)施、預(yù)熱、焊條烘烤等焊前準(zhǔn)備工作逐項(xiàng)確認(rèn)。 
　?。?）露天作業(yè)，做好防風(fēng)防雨措施。 
(7)贊比亞體育場(chǎng)的中國(guó)施工方)選中房上防彩鋼屋面防水材料，因?yàn)樗哂泻芎玫臍鉁剡m應(yīng)性，能在-50℃-80℃內(nèi)正常使用，適用于全球各個(gè)氣候區(qū)；防水涂料及縫織型聚酯布本身為無(wú)毒材料，施工安全、簡(jiǎn)便、無(wú)污染；之所以房上防鋼結(jié)構(gòu)防水施工可以保持超長(zhǎng)的使用壽命，與以下原因密不可分：金屬屋面防水涂料內(nèi)加有透氣顆粒，形成的防水層具有良好的透氣性，能及時(shí)有效的排出因溫度變化而形成的水汽，從而防止防水層起泡；而且，房上防鋼構(gòu)防水材料具有優(yōu)秀的彈性，斷裂延伸率能達(dá)到350，施工后屋面踩踏不會(huì)影響防水層。特別針對(duì)體育場(chǎng)金屬屋面的防水施工不限工場(chǎng)，在任何規(guī)則或不規(guī)則開頭基面上刷、刮都能形成連續(xù)不斷的防水層；
　　本工程利用鋼結(jié)構(gòu)CAD技術(shù)可以保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，提高設(shè)計(jì)效率，CAM技術(shù)則可顯著提高鋼結(jié)構(gòu)加工效率、節(jié)省鋼材，這兩個(gè)技術(shù)的集成應(yīng)用對(duì)于提高設(shè)計(jì)與施工速度和精度，降低工程成本有積極意義。針對(duì)非洲地區(qū)的施工條件，采取主桁架的分段安裝的方法，取得了良好的施工效果，經(jīng)過驗(yàn)算，施工安全也得到了保證。結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r，通過贊比亞體育館屋面鋼結(jié)構(gòu)懸臂主桁架加工制作及金屬屋面板防水施工技術(shù)的研究與實(shí)踐，我們獲取了很多在非洲地區(qū)施工的寶貴經(jīng)驗(yàn)。