从临时支撑到体系转换：雄安体育中心环梁钢结构支撑胎架布置与拆除施工技术研究
 
摘要：大跨度环梁钢结构的施工核心难题不在于构件安装本身，而在于临时支撑体系与永久结构之间的“体系转换”过程——支撑胎架的布置方式决定了结构在施工期的受力状态，而拆除顺序则决定了内力重分布能否平稳完成。本文以雄安体育中心体育场为工程背景，系统分析了环形钢结构支撑胎架的分区差异化布置原则，阐释了看台区、场芯区及特殊节点处胎架设计的技术逻辑，并重点探讨了支撑体系拆除的卸载条件、分级对称拆除流程及实时监测方法。工程实践表明，该项目通过“反做法”施工与58台提升油缸整体卸载，实现了1.1万吨屋盖下部钢结构在约3小时内完成体系转换，各项应力、应变监测数据正常，验证了支撑胎架布置与拆除方案的合理性。研究还讨论了胎架布置与索结构整体提升之间的工序衔接关系，以及拆除过程中结构变形协调的控制要点。
 
关键词：环梁钢结构；支撑胎架；卸载技术；体系转换；施工控制
 
 
 一、引言
 
大跨度体育场钢结构施工中，临时支撑胎架扮演着“过渡结构”的角色：在永久结构尚未形成完整受力体系之前，胎架承担着结构自重和施工荷载，维持结构的空间位置和稳定性。雄安体育中心体育场屋顶采用张弦铝合金网壳结构，其网壳骨架由钢结构环梁和拱梁组成，施工过程中钢结构安装精度的控制及结构的稳定性对后期铝结构安装及索结构张拉有着至关重要的影响。该工程钢结构施工内容包括外环钢环梁、内环钢环梁、钢拱梁、钢撑杆及树形撑杆，总重量约1.7万吨，通过36个球铰支座进行连接，施工区域大，安装分布广。
 
支撑胎架的技术挑战来自两个方向。在布置阶段，胎架需要适应环形结构的空间曲线特征和不同区域的结构荷载差异——看台区的胎架需要穿过已有混凝土结构，场芯区的胎架需要在地面独立设置，而特殊节点处的胎架需要同时支撑多个方向的构件交汇。在拆除阶段，胎架拆除的本质是“结构体系转换”：结构从“胎架辅助承载”的状态过渡到“自身独立承载”的状态，内力在这一过程中发生重分布。拆除顺序不当可能导致局部构件应力超限或结构变形过大。因此，支撑胎架的设计不能仅考虑“搭起来”的问题，还需要预先考虑“拆下去”的路径。
 
本文以雄安体育中心体育场为研究对象，从胎架布置方案和拆除工艺两个维度展开分析，旨在回答以下问题：分区差异化布置原则在环形钢结构中的具体实施方式是什么？支撑体系的卸载条件如何确定、分级对称拆除流程如何设计？工程实践中的监测数据验证了哪些控制要点？
 
 
 二、工程概况与支撑胎架的分区布置
 
 （一）结构特征与胎架布置的整体约束
 
雄安体育中心体育场钢结构总重量1.6万吨，其中钢屋盖重4700吨，屋盖下部钢结构约1.1万吨，由32座高度约40米的胎架支撑。这一支撑体系的规模在同类工程中处于较高水平，其布置方案受限于三个基本约束。
 
空间约束是第一重约束。体育场呈“外方内圆”的造型，看台区已有混凝土结构就位，胎架的搭设需要在混凝土结构与钢结构之间寻找可行的支撑路径。场芯区为开阔地面，胎架可独立布置，但需要承受来自上部结构的不均衡荷载。荷载约束是第二重约束。环形钢结构在合拢前，不同区段的荷载分布存在显著差异——外环钢环梁的荷载较大但分布相对均匀，钢拱梁与钢撑杆交汇处的节点荷载集中程度较高。胎架的设计承载能力需要与各区段的实际荷载相匹配。工序约束是第三重约束。胎架的布置不是孤立的施工环节，它需要为后续的索结构整体提升预留空间和条件。有研究在分析该项目时指出，支撑胎架整体布置体系的优化需要“满足后期索结构整体提升的需求”。
 
 （二）分区差异化布置原则与实施方式
 
在上述约束下，项目采用了“分区差异化布置”的原则，将支撑胎架体系分为看台区、场芯区和特殊节点三个功能区域，各区域的胎架在结构形式、基础处理方式和连接构造上均有差异。
 
看台区胎架的核心技术难点在于“穿越已有结构”。看台区的混凝土阶梯结构已经就位，胎架无法从地面直接搭设，需要在混凝土看台板上设置转换梁或预埋锚固件来承接胎架的底部反力。这一做法的工程意义在于：它将胎架的荷载传递路径从“地面支撑”转变为“看台结构—转换构件—胎架”的传力链。胎架的固定方式采用预埋螺栓与转换梁连接，确保在风荷载和施工动荷载作用下不产生水平滑移。
 
场芯区胎架的技术特点在于“独立承载”。场芯区域为开阔地面，胎架可采用落地式格构柱形式，底部设置混凝土条形基础或独立基础。场芯区胎架的高度较大，长细比控制是设计的核心问题——需要通过设置水平剪刀撑和竖向系杆来保证胎架在压力作用下的整体稳定性。本工程32座胎架中，场芯区胎架构成了支撑体系的主体部分。
 
特殊节点胎架的设计需要回应“多向交汇”的荷载条件。在钢拱梁与内外环钢环梁的交汇处，构件在空间上呈现多向交叉，胎架需要同时为多个方向的构件提供支撑。这类胎架的设计采用了“一胎多用”的思路——不是为每个构件单独设置胎架，而是设计一个能够同时支撑多个构件的组合式胎架。这一做法与枣庄市体育中心项目的经验一致，后者针对拉花与环梁互为独立结构体系的特点，“设计了一种同时满足拉花与环梁安装的临时支撑”。
 
 （三）胎架与索结构提升的工序衔接
 
支撑胎架的布置方案需要与索结构整体提升的工序安排相协调。雄安体育中心体育场的施工采用了“反做法”——先进行屋盖整体提升，再安装屋盖下方的钢结构。这一工序逻辑意味着，胎架在布置时需要考虑屋盖提升到位后的空间关系：胎架顶部与屋盖钢结构底部之间需要保留足够的操作空间供焊工进行连接作业，同时胎架的位置不能与索结构的张拉通道发生冲突。
 
从工程组织的角度来看，这一“先提升、后安装、再卸载”的工序安排使支撑胎架的服务周期贯穿了从屋盖提升到整体卸载的完整过程。胎架不仅是“支撑构件”，还承担着为屋盖提升提供“定位基准”的功能——屋盖提升的最终高度需要通过胎架的顶面标高来控制，而这一标高需要在提升前精确设定。
 
 
 三、支撑胎架的拆除技术与卸载工艺
 
 （一）卸载条件与准备工作
 
支撑胎架的拆除不是一项“想做就可以做”的工序，其启动需要满足明确的先决条件。从结构安全的角度来看，卸载条件包括：屋盖下部钢结构全部安装完成并经验收合格、节点焊接质量检测合格、结构形成完整的受力体系。
 
本工程的卸载启动条件与“反做法”的工序安排密切相关。自2023年3月5日体育场屋盖整体提升以来，历时近3个月时间，项目团队完成了屋盖下方框架柱、梁、景观步道、入口处拱桁架共1.1万吨钢结构的安装。在这些构件全部安装到位、焊接检验合格后，结构才具备了“脱离胎架独立承载”的条件。
 
卸载前的准备工作还包括监测系统的布设。卸载过程中需要对结构的应力、应变和变形进行实时监测，监测点的布置需要覆盖受力最不利的构件和节点。有研究指出，在卸载过程中应“严格布设传感器，进行同步监测”。监测数据的实时反馈是判断卸载过程是否安全的直接依据。
 
 （二）分级对称拆除的流程设计
 
支撑胎架拆除的核心设计问题是“顺序”。如果所有胎架同时释放，结构将在瞬间承担全部荷载，可能产生动力冲击效应；如果拆除顺序不当，可能导致结构在某一阶段出现受力最不利状态。因此，拆除流程需要在“缓慢”和“有序”两个维度上进行设计。
 
本工程采用了分级对称拆除的方案。卸载过程中，项目采用58台提升油缸整体卸载，经过近3小时的精细施工，完成了支撑胎架的卸载工作。58台油缸的配置意味着卸载不是“逐点释放”而是“多点同步控制”——所有油缸按照预设的分级荷载步长同步下降，使结构荷载在可控的速率下从胎架向永久结构转移。
 
从卸载的对称性来看，环形钢结构的卸载需要遵循“对称、同步”的原则。与三亚体育中心体育场轮辐式索桁架结构的拆撑方案对比，后者最终采用“先拆除中柱胎架，然后从长轴方向附近开始逐步拆除南北侧的内外环胎架，最后从短轴方向附近开始逐步拆除东西侧的内外环胎架，内外环同步拆撑”的方案。这一“先中后边、先长轴后短轴”的顺序设计逻辑是：先释放对整体结构约束最小的部位，使结构逐步适应荷载重分布，最后再释放关键的支承部位。
 
 （二）监测数据与结构响应验证
 
卸载过程的安全判断依赖于监测数据。本工程卸载完成后，应力、应变等各项监测数据正常，验证了卸载方案的合理性。
 
监测数据的“正常”判断需要参照卸载前的理论分析结果。在卸载方案设计阶段，通常需要通过有限元仿真分析来计算卸载过程中各工况下的结构响应，确定应力和变形的允许范围。施工监测数据与理论分析结果的对比，是判断卸载过程是否“按预期进行”的依据。双向大跨度悬挑结构拆撑方案的研究经验表明，“通过理论数据与施工实测数据对比，进一步验证了方案的合理性”。
 
从结构变形协调的角度来看，卸载过程中需要关注的不仅是绝对变形量，还包括不同区域之间的相对变形。环形结构的对称性意味着，如果某一侧胎架先于另一侧卸载，结构可能出现不对称的变形趋势。分级对称拆除流程的设计目的，正是在于将这种不对称变形控制在可接受的范围内。
 
 
 四、工程实践效果与经验分析
 
 （一）“反做法”施工的体系转换效率
 
雄安体育中心体育场采用的“反做法”施工方案是国内首个体育场钢结构反做法施工的成功应用。这一施工方案的核心创新在于改变了传统的“先安装下部结构、再安装上部结构”的工序逻辑，改为“先整体提升屋盖、再安装下部结构”。
 
从支撑胎架的角度来看，这一工序逻辑的转变带来了体系转换效率的提升。传统做法中，胎架需要在结构安装的全部过程中持续承载，服务周期长且承载状态复杂。反做法中，屋盖通过整体提升到位后，下部钢结构的安装可以在胎架支撑下有序进行，当全部下部结构安装完成并形成完整受力体系后，胎架才进入卸载阶段。这意味着胎架的承载状态从“持续复杂”变为“分阶段明确”。
 
 （二）胎架布置方案的可借鉴性
 
本工程支撑胎架布置方案的核心经验可以概括为“分区适配”。环形钢结构的不同区段在荷载特征、空间条件和施工工序上存在显著差异，统一的胎架设计方案难以适应这种差异。看台区需要解决“穿越已有结构”的问题，场芯区需要解决“高长细比稳定性”的问题，特殊节点区需要解决“多向交汇荷载”的问题。将胎架按功能区域进行差异化设计，使每个区域的胎架方案都能针对其特定的约束条件进行优化。
 
这一原则的推广价值在于其“通用性”。任何具有环形或弧形平面特征的大跨度钢结构工程，都可能面临类似的分区需求。从“江西建材”领域对体育场馆钢结构施工技术的研究视角来看，区域化、差异化的临时支撑设计方法已经成为此类工程的主流技术路径。从“建材发展导向”领域对施工过程力学分析的研究经验来看，胎架布置方案的设计依据应当来自对结构在施工各阶段受力状态的分析，而非简单的经验类比。
 
 （三）拆除过程的风险控制要点
 
从本工程的实践中可以提炼出支撑胎架拆除的三个风险控制要点。同步性控制是首要风险控制点——58台油缸的同步下降需要精确的位移控制，任何一台油缸的异常都会导致局部荷载的突变。监测反馈的实时性是第二控制点——卸载过程中结构的内力重分布是动态过程，监测数据需要实时采集和分析，以便在出现异常时及时暂停卸载。应急预案的完备性是第三控制点——卸载方案的制定需要包含“如果监测数据异常应如何处置”的预案，包括暂停卸载、恢复胎架承载等措施。
 
 
 五、结语
 
雄安体育中心体育场环梁钢结构的支撑胎架施工，其技术核心可以概括为“精确布置、有序拆除”。布置阶段的“精确”体现在分区差异化设计对环形结构空间特征和荷载分布的适配，拆除阶段的“有序”体现在分级对称流程对内力重分布过程的控制。
 
本工程采用的“反做法”施工方案为支撑胎架的设计和使用提供了一条新的思路：当永久结构的安装可以采用“从上到下”的逆向工序时，临时支撑体系的功能定位也需要相应调整——从“全程承载”转变为“阶段性承载”，从“独立支撑”转变为“与提升系统协同”。这一转变对胎架的布置方案和拆除工艺都提出了新的要求，也为同类工程的技术选择提供了参照。
 
从工程实践的角度来看，支撑胎架方案的合理性最终需要通过监测数据来验证。本工程卸载完成后应力应变监测数据正常，1.1万吨屋盖下部钢结构在约3小时内完成了从“胎架承载”到“结构自承”的体系转换。这一效率数据和安全性验证，为大型体育场环形钢结构的支撑胎架设计与施工积累了可参考的工程经验。
 
 
参考文献：
 
[1] 卢光宇，李玉龙，吕亚琴，等. 雄安体育中心环梁钢结构支撑胎架布置与拆除施工技术研究[J]. 建设机械技术与管理，2026(3)：179-181.
 
[2] 姚文博，方国良，罗惠平，等. 体育场大跨异形钢结构施工关键技术研究[J]. 建筑技术，2025，56(7)：776-779.
 
[3] 雄安新区体育中心体育场钢环梁首吊成功[EB/OL]. 北京城建集团，2023-11-29.