某体育馆钢结构施工技术

某体育馆钢结构施工技术

摘要：结合某体育馆屋盖钢结构工程施工的特点和难点，以及屋盖安装施工工艺，可供同行参考。

关键词：体育馆；钢结构；安装施工

1工程实例

某体育馆工程主要由比赛馆和训练馆组成，占地面积约7.86hm2，总建筑面积31410m2。比赛馆地下1层、地上4层。整个工程总投资约3.2亿元。本工程比赛馆屋盖采用由双向桁架构成的球面网壳结构体系，总用钢量约3380t。

2 工程重点与难点

比赛馆屋盖结构为双轴对称结构，屋盖高27.8m，跨度97.2m。整个屋盖结构由沿圆周均匀分布的24榀径向桁架和6榀环向桁架或环向钢梁组成，采用环向和径向钢管桁架交叉体系，且最外一环环向桁架为预应力空间钢管桁架结构。主体钢结构如图一所示。

比赛馆在第5道环桁架（三角截面）上下弦处分别设置15.2×12和15.2×24预应力拉索（1860MPa级高强钢丝拉索）。预应力拉索设在环桁架的上弦杆和下弦杆中，每圈分8段张拉。预应力拉索在管桁架5的外圈上弦杆中设置了12根1860MPa级15.2mm无黏结高强低松弛钢绞线，下弦杆中设置了24根15.2mm同样材料的钢绞线。锚具采用防松夹片锚，外设密封罩，罩内注入建筑1号油脂防腐。

施工前要对设计图纸深化，制订专业施工方案，并经过专家审查通过、经设计人员认可后方可施工；施工方案应包括支承胎架的设计、预应力加载方案(加载制度和加载顺序等)、卸载方案、对各种施工工况进行分析模拟计算，确保结构安全。

预应力钢结构采用多次张拉技术。首次张拉可采用胎架张拉，根据预应力损

失情况，在不同的施工阶段予以补偿。有效预应力分别为：下弦钢丝束3350kN和上弦钢丝束1565kN。①预应力索采用高强低松弛无黏结钢绞线束，≥1860MPa。②锚具采用40Cr钢制造，并满足多次张拉及锁定要求；③预应力索和锚具的耐久性使用年限必须高于主体结构的使用年限（50年）。

预应力张拉时采用对称、同步进行的方式。预应力钢索的出口方位与该部位桁架斜腹杆方位空间对称。

3比赛馆施工技术

由于施工现场的西南角有山体遮拦外围起重机行走路线，比赛馆外围吊装非常不利，并且工期紧张。结合其自身的结构特点，采取双向旋转累积滑移的施工方法。双向滑移即把比赛馆屋盖结构一分为二，同时对称旋转施工，节约了工程措施费，并且加快了工程施工工期。比赛馆施工完成以后，补装相应的连系部分构件，然后进行钢结构预应力工程施工。

比赛馆的具体安装施工流程如下：安装中心压力环，搭建内圈滑移轨道及支撑胎架（见图二a）→搭建滑移分段高空拼装平台（见图二b）→滑移单元高空拼装，双向旋转累积滑移（见图二c）→滑移完成，安装拼装缝、合拢缝（见图二d）→预应力张拉施工（见图二e）。

4钢丝束预应力技术

4.1预应力工程概况

钢结构环向桁架管内预应力钢丝束布置如图三所示。

4.1.1钢结构设计对拉索的要求

① 本工程属于大跨度预应力钢结构。钢管内施加预应力技术复杂，需根据技术规范要求和试验确定预应力张拉技术参数。

② 应对设计图纸进行深化，设计满足预应力索布置的专用节点和构件，并制定预应力加载方案（加载制度和加载顺序等）、卸载方案，对各种施工工况进行分析模拟计算，确保结构安全。

③ 应进行预应力索张拉力和预应力损失的动态监测。

④ 执行《预应力钢结构技术规程》CECS212∶2006。

4.1.2 拉索张拉施工难点和解决措施

① 张拉时机和张拉力

张拉可选择在支撑胎架还未落架前进行，也可在拆除支撑胎架后进行。具体采取哪种方法需根据支架拆除前后索力、结构竖向位移、支座反力以及钢结构应力等变化量来综合考虑。另外拉索在支架上张拉，与设计状态也不同，因此须进行详尽的分析，保证拉索张拉完毕、支架拆除后，索力达到设计要求。

② 拉索张拉端钢绞线回缩和摩擦损失

由于预应力张拉过程中钢绞线与钢管之间存在摩擦损失、千斤顶回油等，须进行超张拉，克服由于钢绞线摩擦和回缩导致的预应力损失。预应力超张拉系数应通过试验确定。

4.2预应力拉索施工要点

4.2.1预应力张拉施工流程

搭设工作平台→钢绞线下料和穿索→在钢管节点段内安放转向器，并焊接牢固→安装端部锚具→拉索分两批、逐根同步对称一端张拉，另一端补足。

4.2.2张拉原则

①张拉方法：a钢绞线束拉索分两批、逐根张拉；b将上、下弦环管内的拉索分为两批，下弦管内拉索为第1张拉批，上弦管内拉索为第2张拉批；c同批内的拉索同步张拉；d同束内的钢绞线依照对称的原则逐根张拉；e单根钢绞线一端张拉，另一端补足。

②待张拉完成后，切除多余钢绞线，外露长度≥30mm；安装防松夹板，端部锚具用密封罩，密封罩安装前内涂建筑1号油脂防腐。

③模拟张拉过程，进行施工全过程力学分析，预控在先。

④拉索张拉控制采用双控原则控制结构内力和变形，其中以控制张拉点的索力为主。

⑤预应力张拉前屋盖结构形成整体且支座固定。

⑥待网壳主体钢结构和拉索全部安装完成后进行张拉。

4.2.3主动张拉索的张拉力确定

①设计有效预应力

设计要求的有效预应力分别为:下弦钢绞线束3350kN和上弦钢绞线束1565kN。则下弦单根钢绞线为140kN，上弦单根钢绞线为130kN。

②施工张拉力

对于单根钢绞线张拉的孔道摩擦损失和锚固回缩损失，通过超张拉来弥补预应力损失，超张拉系数为1.09。

4. 3 环向桁架管内钢丝束预应力施工监测

预应力钢结构拉索预应力施工常规监测内容包含: 索力和关键节点位移。①索力监测点各主动张拉点的索力监测点布置如图四所示。②关键节点位移监测点主要是网壳中点的竖向位移和环桁架5 的径向水平位移。

4.4钢结构预应力效应分析

本工程钢绞线穿在环向管桁架5中，预应力对整体结构影响和环向管桁架的影响需进行比较分析，以明确预应力的分布和效率。

1) 预应力对结构竖向位移的影响结构未施加预应力时中央压力环最大竖向位移为50. 84mm，施加后最大位移为15. 275mm，中部球形屋面各个位置的位移在施加了预应力后位移也显著减小。

2) 预应力对环向管桁架的影响预应力张拉前钢结构的最大应力为83. 56MPa，张拉后管桁架5 中的弦杆应力最大，为96. 20MPa，钢结构其他部分的应力变化不大，可见预应力钢绞线的张拉对管桁架的应力影响较大，对整体结构的影响不是很大。

4. 5 钢丝束预应力分步分段张拉过程影响分析

本工程每环钢绞线分为8 段，2 环共16 根钢绞线。张拉方案: 先同步张拉管桁架5 上弦杆的8 根预应力钢绞线，再同步张拉下弦杆的8 根预应力钢绞线，即先上弦8 根后下弦8 根。当张拉完上弦杆的8 根拉索后，上弦钢绞线的拉力为1 615. 4kN，下弦钢绞线的索力为463. 4kN。当张拉完下弦杆的8根拉索后，上弦钢绞线的拉力为1 575. 1kN，下弦钢绞线的索力为3 366. 2kN。

当张拉完上弦杆的8 根拉索后，中央压力环向下的最大位移为－41. 8mm，管桁架产生的向下的位移值为－3. 79mm。当张拉完下弦杆的8 根拉索后，中央压力环向下的最大位移为－15. 49mm，管桁架产生的向上的起拱值为8.74mm。

由以上张拉方案对钢绞线的索力及对钢结构的挠度影响来看，张拉过程对钢结构的位移影响不大，分析结果显示各拉索之间的索力几乎不相互影响，直接达到目标索力，且工序简单实用，满足设计要求。

5 结束语

通过理论分析、深化设计和现场监测等方式，提出了大跨度肋形穹顶环向桁架管内钢丝束预应力同步分段张拉技术，并且根据预应力损失情况，在不同的施工阶段予以补偿等先进方法，有效解决了大跨度肋形穹顶环向桁架管内钢丝束预应力钢结构施工张拉和卸载工艺难题，施工质量达到规范标准，满足了设计要求，得到了业主赞誉，迎得了社会认可。

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