杭州奥体中心主体育场位于钱塘江与齐家江交汇处南侧。大楼占地面积82904平方米，总建筑面积210110平方米，地上6层，地下1层。主体育场是一座可举办洲际及全国综合性运动会和国际田径、足球比赛的超大型体育场，可容纳观众8万余人。杭州奥体中心主体育场采用优雅、富有张力的花瓣造型，将活力、奢华与美感完美结合。它像一朵白莲花，傲然矗立在钱塘江畔。
杭州奥体中心主体育场钢结构雨棚平面呈环形花瓣状（见图1）。整个冠层东西对称排列，由主、次花瓣组成的28片花瓣组成。树冠外缘南北长约333m，东西长约285m。冠层最大宽度68m，悬挑长度52.5m，冠层最高点海拔59.4m。雨棚通过上下支架支撑在钢筋混凝土看台和平台上。环形花瓣状悬挑雨棚由空间管桁架+弦支撑单层网壳钢结构体系组成。
图1 杭州奥体中心主体育场
深化设计中的结点和解决方案
根据杭州奥体中心主体育场的结构特点，并考虑工厂生产工艺、运输条件、现场拼装方案等技术要求，对各节点、杆件进行了实物放样，并具有代表性节点和支撑件进行了有限的测试。东南电网依据荟萃分析原理，查明节点、支撑的刚度变量和应力分布，了解其受力特征，对该项目钢结构工程进行了深入设计，并采取了针对性措施，聚焦重点难点进行深入设计。措施。
整体结构建模。本工程钢结构雨棚为空间钢管结构，主桁弦为空间曲线。如何保证主桁弦曲线的平滑性是成功实现建筑造型的关键。目前传统的空间曲线建模方法都是通过将空间曲线转换为多半径圆弧分量来实现。缺点是每个圆弧的连接处过渡不平滑，会看到明显的褶皱（见图2）。为了保证钢雨棚主桁架弦杆的平滑性，将弦曲线以节点为基点连接，采用样条曲线形成平滑的空间曲线，替代原来的折线弦杆部分。原腹杆位置不做调整，最后将完整的线模型制作成实体模型（见图3）。
图2 处理前肩桁架模型
图3 处理后的肩部桁架模型
空间弯曲圆钢管构件的详细设计。主体育场钢结构雨棚的主桁弦作为一条空间曲线，与普通的平面曲线不同。基本上没有可遵循的几何规则。如何在详细图中直观地表达弦杆的空间关系将是整个钢管桁架详细设计的重点。和困难。通过数学全微积分的概念，将整个不规则空间曲线划分为若干条平面曲线。为了达到外观的建筑效果钢结构圆管编号，曲线平滑过渡。同时，为了满足加工生产的要求，经过反复比较，最终确定了平面曲线。圆弧段长度确定为1.5m左右，既可以保证整个主桁弦空间曲线形状的平滑性，又可以将整个空间曲线简化为若干平面圆弧，满足加工生产。 。
结构变形预拱设计。结构变形是悬臂结构需要特别关注的问题。在结构自重作用下，如果结构变形过大，就会影响整个结构的形状、构件的几何尺寸和应力。因此，悬臂结构的变形可以通过结构反变形来解决。问题，通常采用策略来控制结构的刚度。一般情况下，结构抗变形设计是结构深化设计的重要组成部分。结构变形后，结构的定位坐标和杆件的几何尺寸都会发生变化。在详细设计中，通过对各阶段吊装工况的计算，确定 外倾值。
铸钢节点和钢管的对接加工。本工程主体结构为管桁架结构。圆周桁架贯穿主花瓣桁架的端部。主瓣内部空间桁架中间有一个交点。弦支撑和副花瓣的单层格壳也与主花瓣桁架有交点。节点均为多根钢管在同一位置相交，构件间夹角过小，导致焊缝过长，影响受力性能。因此，采用铸钢件来解决关键节点和多构件节点的问题。为了保证铸钢件与钢管之间的顺利连接，在深化铸钢件设计时，在铸钢件对接接口端部制作了30mm的阶梯长接头，如图4所示。钢管相应端在出厂前已有自然切口。这种对接形式可以降低加工难度，缩短生产周期，降低生产成本，保证钢管与铸钢件之间的牢固连接。
图4 铸钢节点与钢管对接过程
多管交叉问题。本工程主瓣主要采用空间倒三角桁架形式，同时连接单层网壳和端环桁架。主要的连接方式是管与管相交连接。该连接节点必须是多管相贯，这直接影响节点的受力性能，也影响现场组装和焊接顺序。甚至可能出现支管无法组装、存在焊接死角的情况。因此，保证多根管道交叉顺序的准确性是本项目的难点之一。深化设计时，将所有相交的圆管按照主管贯穿、小管贯穿大管、薄壁管贯穿厚壁管的原则依次编号。圆管的相贯线按照圆管的编号顺序依次数控切割。力求次管与主管尽可能连接，增加次管与主管焊缝长度，使节点受力更加合理（见图5）。
图5 多管相贯构件相交顺序
现场组装的钢管之间的角度太小。本工程弦支撑单层格壳处径向分量与周向分量相交处的局部二面角较小，最小角度约为7°。根据《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002和美国国家标准《钢结构焊接规范AWSD1.1》规定，圆角T、Y、K节点的最小有效局部二面角15°管材的焊接难度极大，保证这里的焊接质量极为重要，为此，严格按照《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002，减少值Z。在根部（D区）添加角焊缝加固，如图6所示，并进行相关焊接工艺评价，保证焊接质量。
图6 角焊缝补强
现场吊装时弦杆连接问题。主体育场为钢管桁架结构。现场钢管对接一般是各吊装段之间的弦杆连接。由于本工程桁架弦杆均为空间不规则曲线，各吊装段弦口的大小、位置和方向均一致。不规则，安装时保证各吊装节的对接精度是一个难题。除了保证对接接口在加工和运输过程中不变形以及在装配过程中保证单个吊装节的装配精度外，深化设计时还考虑在弦杆末端临时吊装连接耳板，既方便了现场吊装钢结构圆管编号，又保证了钢管对接的准确性。
空间弯曲钢管的加工与检测
主体育场钢结构雨棚的28片主次花瓣的最大特点是花瓣形结构中的主桁架沿长度方向呈现空间弧线。这种空间弧是利用空间弧弦来实现的（见图7、8）。空间弯曲钢管广泛应用于水电、锅炉、空调等机械设备制造行业。这是它们首次广泛应用于建筑钢结构主体。而且，它们与平面弯曲钢管有本质的区别。因此，必须开发新的工艺来加工空间弯曲钢管。 ，新技术。
图7 钢结构雨棚整体轴线侧
图8 花瓣形标准单元轴向侧面
空间弯曲钢管加工方法。为了更好地确定空间弯曲钢管的加工方法，东南电网技术人员首先找出其显着特征，根据特征找到规律，再根据规律确定合适的加工工艺。从雨棚主桁架弦详图可以看出，沿空间弧弦方向各弧段的曲率半径为2.9~231.0m。根据弦杆各圆弧和沿弦长方向的圆的曲率半径，由于圆弧段的几何和数学关系的特点，最终确定本工程空间弯曲钢管采用两种处理方法：
①对于圆弧曲率半径R≤10m的空间弯管，采用中频（热弯）弯曲成形加工方法；
②对于圆弧曲率半径R>10m的空间弯管，采用液压机“双面”弯曲成形加工方法。
该技术将成型设备与专用设计软件相结合，不仅解决了圆钢管空间弯曲成型问题，而且开创了国内大口径厚壁圆钢管空间弯曲冷成型技术。
空间弯曲钢管加工技术。中频弯曲加工的原理是利用中频电流将待弯钢管断面快速加热并达到热加工温度，然后在下将待弯钢管按设计要求的曲率半径进行弯曲。外力的作用。中频弯曲加工的特点是：动力消耗大、生产效率低、加工成本高。工程主桁弦钢管空间圆弧弯曲的原理与钢管平面圆弧弯曲的原理基本相同。不同的是，沿弦长弯曲每个圆弧段后，需要先弯曲待加工的圆弧段，然后才能进行下一个圆弧段。将弯曲钢管段绕中心线沿预定方向旋转二面角，同时改变旋转臂的位置一次，然后进行圆弧弯曲加工。以此类推，完成钢管各圆弧段的圆弧弯曲加工，使钢管空间圆弧形成，且各圆弧沿空间弯曲方向必须平滑、平滑过渡。
液压机进行“双面”弯曲成型加工。将压制模具放置在大型液压机的工作平台上，调整固定，将需要弯曲的钢管吊至预定位置并固定在模具上；打开液压机，根据钢管上的标记位置，进行空间弯管各圆弧的投影。平面II中位置关系线的压制成型；将压制好的钢管绕原中心线按给定方向（顺时针或逆时针）旋转90°，并重新调整压制模具的位置，依次在I平面内进行空间弯曲每条弧形弯曲弧，加工过程为如表1所示。
空间弯曲钢管的检测和校正。为有效解决空间弯管钢管的各项检验项目，保证工程中空间弯管的加工精度满足设计要求，根据本工程空间弯管几何形状的数学规律，东南电网设计生产了专用检测支撑架——“双层可调”检测轮胎架。
应用“双层可调”支撑检测轮胎骨架上空间弯曲钢管空间控制点坐标的方法如表2所示。 ①释放空间弯曲钢管检测地面图案线在平台上，将各空间控制点坐标在空间曲线钢管上的投影点位置标记在地面图案线上； ② 根据投影点位置设置“双层可调”支撑检测轮胎。 ③ 将空间圆弧弯曲后的钢管放置在支撑检测架上进行检查。通过观察支撑板与钢管空间控制点表面的接触情况，判断钢管的弯曲精度是否满足设计图纸要求。如果接触紧密， ，说明空间弯曲钢管加工准确；如果接触面之间存在较大间隙或明显光带，则说明存在偏差，需要修正。
修正方法。 ① 空间弯曲钢管采用热校正工艺要求，准确保证空间弯曲钢管的加工精度； ②空间弯曲钢管采用局部火焰加热校正的工艺要点。加热时火焰温度应控制在750～850℃之间，最高不超过900℃。 ;加热时，管壁温度较高时，不得用水淬火；建议采用楔形加热方式。楔形火圈（即三角形火圈）的高度应根据钢管的厚度而定。本项目中的三角形顶角为25至30度。 °，加热起点应从该角度开始。各加热区的火焰烘烤部位不宜太近，一般以100~200mm为宜，且前后加热不得在同一地点进行； ③空间弯曲钢管的检验项目除空间控制点坐标外，还应满足以下要求：外观质量无裂纹、明显皱纹、鼓泡等缺陷；拉伸后外圆弧壁厚减薄不应超过0.2mm；外形尺寸包括钢管管口的圆度，管口垂直度检验项目应符合设计和国家现行有关规范的规定。
空间弯曲钢管加工试验。为了验证上述空间弯曲钢管加工技术的可行性，东南电网技术人员选取了钢结构雨棚花瓣状主桁架结构上的一段弦杆进行测试。
空间弯曲钢管按上述方法加工成型后，采用“双层可调”支撑检测轮胎架测量各空间控制点的坐标。通过对各空间控制点的数据与设计给出的数据进行对比分析，可以得出：若各空间控制点的实际位置与理论要求的精确位置偏差在3mm以内，则可以判断空间弯曲钢管的空间形状符合设计要求，表明该技术方法可行、可操作。
