关于体育馆钢结构技术应用

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摘要：在体育场馆建设中钢索结构成为主要结构形式,其跨度越来越大,技术难度越来越高,新技术应用也越来越多,钢索结构技术发展到一个新时期。

关键词：工程技术 钢结构跨度 张拉

1 工程概况

某体育馆为大型多功能综合体育馆,上部为钢筋混凝土框架结构,屋面采用钢索结构,地上5层,地下2 层,总建筑面积近40000，,可容纳观众人数1万左右。屋面钢结构部分是由比赛馆和训练馆两部分组成,两部分都采用了张弦梁结构,钢结构部分总长200m ,横向最大宽110m,其中比赛馆和训练馆长中间有1000mm的伸缩缝,从结构上讲,两部分相对独立。比赛馆拉索最大跨度85m，沿7 榀张弦梁纵向布置,下弦拉索型号为Φ7×163 ,并且在每榀桁架之间通过Φ32 的钢拉杆连接;训练馆长拉索最大跨度53m ,沿8 榀张弦横向布置,下弦拉索型号为Φ5×151。每一榀的张弦梁主要是由桁架、撑杆及拉索等构成，

2 施工方案

训练馆和比赛馆主桁架采用厂内下料、弯管、喷砂除锈、油漆；主弦弯管在厂内进行侧卧匹配拼装。在考虑了钢结构特点的情况下,确定了构件的安装方案为：搭设主桁架满堂脚手架,在脚手架上安装拼装定位胎架,桁架构件散件吊上胎架进行安装。

3 施工工艺流程（如图1所示）

4 施工方法和步骤

4.1体育馆钢结构安装施工步骤

施工测量网点布控完成和预埋件检查验收完毕之后进行各阶段施工。

4.1.1训练馆安装施工

第一阶段:主桁架拼装脚手架架设就位。

第二阶段：主桁架拼装定位胎架支撑点在脚手架上依次安装调整定位。

第三阶段：主桁架的下弦管、上弦管、斜撑管和水平撑管依次安装定位并按焊接程序进行施焊。

第四阶段：屋面主桁架结构整体拼装焊接完毕,再进行张拉索的压杆安装。

第五阶段：张拉索的压杆安装就位后,再依次逐根安装张拉索。在结构自重作用下对每根张拉索分级、多次的施加预张力,直至张拉至指定的预张力为止。

第六阶段：进行屋面主桁架结构之间的水平支撑和边桁架安装,然后安装屋面檩条系统。

第七阶段：进行外侧幕墙主钢结构安装。

4.1.2比赛馆安装施工

第一阶段：主桁架2 至3榀(不少于2榀)拼装脚手架架设就位,主桁架拼装脚手架两榀之间的连接脚手架架设就位。

第二阶段:主桁架拼装定位胎架支撑点在脚手架上依次安装调整定位,再进行另几榀桁架的拼装脚手架架设。

第三阶段:主桁架的下弦管、上弦管、斜腹管和水平腹管依次安装定位并按焊接程序进行施焊。

第四阶段:屋面主桁架结构整体拼装焊接完毕,再进行张拉索的压杆安装。

第五阶段:张拉索的压杆安装就位后,再依次逐根安装张拉索。在结构自重作用下对每根张拉索分级、多次的施加预张力,直至张拉至指定的预张力为止。

第六阶段:进行屋面主桁架结构之间的水平支撑和外环桁架安装,再安装屋面檩条系统。

第七阶段:进行屋面系统外环桁架外侧的曲桁架安装。

第八阶段:进行检修马道钢结构安装。

第九阶段:进行外侧幕墙主钢结构安装。

4.2钢索张拉施工

4.2.1拉索两端与耳板安装过程

先将牵引端的索头安装就位,再安装另一端。在索头离耳板比较远时,用一个2t 导链将索头位置吊起,微调至耳板孔内,同时使用另一个5t导链慢慢牵引索头,当索头孔与耳板孔重合时,将销轴插入并使用丝钉固定即可。

4.2.2索体就位及撑杆下节点安装

拉索索头固定后,将两端套筒拧紧至两端索体拉杆最边缘到支座的距离相等。沿索体设置若干个导2t链,具置在相应撑杆附近。利用导链将索吊起至各撑杆节点下,组织施工人员按索体上标识的位置进行索体就位并安装撑杆下节点(具置经过计算,在出厂前已标识在索体上)。在安装下节点前剥去索夹段的缠裹包装,这时下节点螺母第一次拧紧(用测力扳手监控拧紧力矩),因为索体在安装和张拉时有变形,索球螺栓会变松,还需拧紧两次。第二次拧紧是在张拉结束后,第三次拧紧是屋盖结构形成后。

4.2.3预应力钢索施工、张拉工艺

根据索力,选用YCW60型千斤顶4台,及拉索千斤顶相配的张拉杆,撑脚,工具螺母等设备。

(1)预应力钢索张拉前标定张拉设备。张拉设备采用相应的千斤顶和配套油泵。根据设计和预应力工艺要求的实际张拉力对千斤顶、油压传感器进行标定。实际使用时,由此标定曲线上找到控制张拉力值相对应的值,并将其计算打印成表格,以方便操作和查验。

(2)张拉分级及张拉力值根据设计图纸和仿真计算结果,比赛馆分3级张拉到设计张拉力,分别为30%设计张拉力、70%设计张拉力、105%设计张拉力;训练馆长分2级张拉到设计张拉力,分别为50%设计张拉力、105%设计张拉力。根据设计预张力并且考虑预应力损失。

(3)张拉顺序。

比赛馆总体张拉顺序为：第1级是从中间向两边依次进行,第2级由两边向中间依次进行,第3级由中间向两边依次进行。具体顺序为:1号2号3号4 号。

训练馆总体张拉顺序为:第1级是从中间向两边依次进行,第2级由两边向中间依次进行。具体顺序：4、5号同时张拉3 、6 号同时张拉1、8号同时张拉2、7 号同时张拉。

预应力钢索张拉采用双控,以张拉力控制为主,伸长值和结构变形为辅。预应力钢索张拉完成后,应立即测量校对。如发现异常,应暂停张拉,待查明原因,并采取措施后,再继续张拉。

4.2.4张拉操作要点

张拉设备安装:由于本工程张拉设备组件较多,因此在进行安装时必须小心安放,使张拉设备形心与钢索重合,以保证预应力钢索在进行张拉时不产生偏心;

预应力钢索张拉:油泵启动供油正常后,开始加压,当压力达到钢索设计拉力时,超张拉5% 左右,然后停止加压,完成预应力钢索张拉。张拉时,要控制给油速度,给油时间不应低于0.5min。

4.3主结构的卸载

主结构的卸载采用千斤顶根据结构起拱要求分多次进行。主结构的卸载时间和强度需要有关张拉设计人员通过分析验算。

桁架开始张拉施工前,将脚手架支撑点与桁架钢管点焊部分全部割开。

桁架张拉施工完后,由于桁架张拉加力使桁架向上拱起变形,因而在张拉施工过程中,张拉力的增加,则脚手架支撑力就减小;当有些桁架张拉后上拱离开了脚手架支撑点,则此处脚手架支撑就自然卸载了;当有些桁架张拉后上拱没离开脚手架支撑点,则此处脚手架支撑力已减小,在此脚手架支撑点处加千斤顶顶牢,割除或拆除一段支撑点型材,再统一协调慢慢下降千斤顶,最后使千斤顶与桁架钢管脱离,达到卸载目的。

5注意事项

(1)本工程有大量的销轴连接,对构件的制作精度特别是销孔的精度和定位要求极高,因此在工厂预拼和现场胎架拼装阶段均应将销孔的定位作为一个重要的控制指标。

(2)构件在制作和预拼装过程中必须设置基准点、基准线及洋冲眼作为构件复查验收及测量定位。

(3)由于张拉力较大(最大的约94t),所以对张拉设备、张拉工装和操作人员的要求都较高。张拉顺序、张拉分级、超张拉、张拉补偿方案,如何使预应力损失最小和索力补偿次数最少等问题,需要在理论计算和实际施工操作中予以解决。

(4)钢结构和混凝土结构有所不同,在施加预应力的过程中整个结构会表现出比较强的几何非线性特征。张拉其中某一榀或几榀时其他部位的索力也会发生一定的变化,因此必须对结构进行整体计算分析,利用有限元程序对结构的施工过程进行仿真模拟,并将之用于指导施工作业。

6 总结

根据此方案,顺利完成了体育场馆钢索结构的施工,节约了工期,保证了工程质量和安全,满足设计要求和效果,积累了施工经验,同时也为类似大型场馆钢索结构的施工提供了一定的借鉴。

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