大跨度弦支穹顶预应力拉索施工要求方案

1、大跨度弦支穹顶预应力拉索施工要求方案2目 录工程概况拉索施工的创新拉索施工张拉控制张拉完成状态图片一 、工程概况 济南奥林匹克体育中心体育馆主馆钢结构屋盖采用弦支穹顶结构。该结构体系由上部单层网壳和下部弦支索杆体系构成。上部单层网壳网格布置形式为凯威特型和葵花型内外混合布置形式。下部弦支索杆体系为肋环型布置，设置三道环索，局部布置构造钢棒。 弦支穹顶屋盖形状为球面，跨度122m，矢高m。在弦支穹顶顶部设m高的风帽，直径m。整个屋盖曲面面积为12096m2，覆盖面积为11631m2。体育馆悬支穹顶钢屋盖训练馆空间折板网壳大花瓣单层网壳小花瓣单层网壳热身馆空间折板网壳6组合成弦支穹顶上部单层网壳下

2、部索杆体系施工中的弦支穹顶全貌8 拉索规格 本工程共有三种拉索：环索、径向钢拉杆和构造钢拉杆。其中环索的索材为外包双层PE的1670级平行钢丝束，构造钢拉杆和径向钢拉杆为345级钢棒。55钢棒构造钢拉杆90钢棒径向钢拉杆7x253平行钢丝束环索外环55钢棒径向钢拉杆5x187平行钢丝束环索中环45钢棒径向钢拉杆5x61平行钢丝束环索内环规格材料拉索拉索撑杆布置平面图（肋环形）拉索撑杆布置轴测图东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司步骤一：安装内环东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司11 预应力拉索安装步骤内环索杆东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大

3、现代预应力工程公司步骤二：安装中环东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司12中环索杆东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司步骤三：安装外环东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司13外环索杆东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司14步骤一：撑杆上节点安装 弦支穹顶下部索杆体系各部件安装步骤东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司15弦支穹顶下部索杆体系各部件三维视图东南大学土木工程学院

4、施工研究所 南京东大现代预应力工程公司东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司16再安装环索先装撑杆步骤二：撑杆下节点安装安装径向钢拉杆弦支穹顶撑杆吊装弦支穹顶环索吊装弦支穹顶环索在楼面放索弦支穹顶径向索、环向索安装完成东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司二、拉索施工的创新东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司21东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司22 1 选择36根径向索同步张拉 （1）弦支穹顶体系中的径向索、环索及撑杆为一有机整体，索力与撑杆轴力是密

5、切相关的，相互影响、互为依托。因此拉索张拉方法有：撑杆调节法、环向索张拉法和径向索张拉法。 （2）经反复对比，济南奥体中心体育馆采用36根径向索同步张拉技术。武汉体育馆常州体育馆济南体育馆东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司拉索施工总体方案东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司23采用径向索张拉法进行拉索张拉。待网壳拼装完毕，且支座固定后，逐环张拉拉索。拉索分两次循环张拉。第一循环：0-90初始预张力，由外环向内环进行；第二循环： 90初始预张力-100初始预张力，由内环向外环进行。拉索未张拉时，结构为一单层网壳，为保证施工阶段结构安全性，第一级张拉时

6、不落支架，保留支架仍然支撑着网壳。第一级张拉结束后，结构为完整的弦支穹顶，为避免支架对拉索张拉的影响，在第二级张拉前，将所有支架主动脱离结构。张拉过程中，同环内的径向拉索同步分级张拉。径向索张拉完毕后，再安装并预紧构造索。东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司24初始预应力态无应力态(安装状态)环向索径向索撑杆 径向索张拉法示意东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司25拉索张拉力 径向钢棒张拉力的确定：根据理论计算分析，确定出理论施工张拉力

7、。考虑实际施工状态下存在预应力损失，需要进行超张拉，超张拉系数取，则实际施工张拉力为理论施工张拉力乘以超张拉系数，见下表。径向钢拉杆张拉力（单位：kN）张拉程序计算状态外环中环内环第一次循环张拉理论施工张拉力573241152实际施工张拉力602 253 160 第二次循环张拉理论施工张拉力726265162实际施工张拉力762 278 170 东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司26预应力拉索张拉程序预应力拉索张拉基本程序 ：（1）第一循环：外环中环内环；第二循环：内环中环外环。（2）为控制环索的线形，保证撑杆垂

8、直度和环索索力的均匀性，同环索须同步分级张拉，并对张拉实行双控，即控制张拉力和撑杆垂直度。（3）一次同步张拉细分为四级：0255075100。其中0255075阶段，以控制撑杆垂直度为主；而75100阶段，以控制索力为主。东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司27 2 研制新的张拉设备 由于本工程同环径向钢棒较多（如最外环的径向钢棒为36根），若采用常规的张拉工艺（见下图），即每根钢棒张拉采用两台千斤顶，则最外环共需要72台千斤顶。东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司东南大学土木工程学院施工研究

9、所 南京东大现代预应力工程公司28 为减少钢棒张拉的千斤顶数量，本工程将采用具有发明创新的装置进行钢棒张拉，即杠杆法。采用杠杆法张拉钢棒则一个张拉点只需要1台千斤顶。见下示意图。东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司29 预应力拉索张拉分区现场采用发明的张拉设备现场张拉施工图片 3 创新实施三大调整技术 （1）制索的大容差技术 由于索体制造、网壳节点安装误差的存在，施工过程中的环索索长和径向刚拉杆长度与设计图尺寸有差异，在环索索头以及径向拉杆的设计过程中设置了比较大的调节余量，以便根据实际长度对索长进行调整； （2）

10、虚实结合技术(找力找形结合技术） 张拉方案的确定采用虚拟张拉计算，确定理论施工张拉力以及张拉时撑杆偏摆量。实际拉索安装和张拉时，在计算分析的基础上，对拉索进行预紧，施工过程控制和目标控制；对撑杆垂直度，利用挂垂线测量法进行过程和目标控制。 （3）实测安装误差的调差技术 根据我们已经施工的武汉体育馆和常州体育馆弦支穹顶工程经验，在实际施工时对撑杆之间间距和径向钢拉杆的实际长度进行了测量，然后与设计图理论值进行对比，进行误差统计分析，进而调整环索索夹位置和径向刚拉杆长度，以保证撑杆垂直度和最后的拉索索力。东南大学土木工程学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司四、拉索张拉质量控制东南大学土木工程

11、学院施工研究所 南京东大现代预应力工程公司35 1 拉索施工质量控制指标 根据施工前的专项方案论证会，业主、设计院及监理共同确认，本工程预应力拉索施工的控制点： （1）索力控制(主控项目):施工过程中，索力误差控制在施工计算索力的5左右。 （2）撑杆垂直度控制(一般项目)： 外环撑杆偏摆量控制标准为1/200(56mm)； 中环撑杆偏摆量控制标准为1/180(56mm)； 内环撑杆偏摆量控制标准为1/160(57mm). （3）索体防护(一般项目) ：没有划伤及污染，表面光洁。项目张拉顺序 第1次循环张拉主动落架第2次循环张拉外环中环内环内环中环外环外环环索295033203350337033

12、7034103740径向索573644651653654662726撑杆-234-266-270-272-271-275-302中环环索436124013101290129013701430径向索85241255250251265278撑杆-31-99-106-104-104-110-116内环环索17115393397419429441径向索745152153162166170撑杆-1-16-63-64-67-69-71整个张拉过程中理论计算分析所得的张拉力2 拉索施工质量控制结果根据制定的详细的张拉方案，在设计院、业主的多次现场指导及监理的旁站指导下，我们顺利地完成了全部拉索的安装、张拉。

13、拉索的张拉力、张拉顺序及张拉工艺均符合施工技术方案的要求, 索杆内力误差控制在5以内，达到设计要求。对于撑杆的偏摆量，我们在张拉过程中也跟踪检测：外环撑杆偏摆量控制标准为1/200(56mm), 实际环向最大 35mm，径向最大40mm；中环撑杆偏摆量控制标准为1/180(56mm)，实际环向最大35mm，径向最大35mm；内环撑杆偏摆量控制标准为1/160(57mm)， 实际环向最大45mm，径向最大30mm。预应力拉索施工完成之后，索力监测结果和撑杆垂直度测量结果均满足要求。张拉完成之后外环节点脱离胎架张拉完成、满堂脚手架拆除之后拉索状态张拉完成、满堂脚手架拆除之后拉索状态斜向吊挂预应力钢

14、结构张拉技术研究东南大学土木工程学院郭正兴、罗 斌、边广生1 概述斜向吊挂钢结构是预应力钢结构的主要形式之一，其结构主要由塔柱、屋盖或罩篷钢结构和斜拉索构成；经张拉的高强斜拉索为屋面钢结构提供弹性支承点，可以有效的降低屋面钢结构的挠度并能调整内力。斜向吊拉钢结构下部无遮挡的大空间非常适合体育建筑的要求，广州大学城中心体育场和广州外语外贸大学体育场看台罩篷均采用了这种结构形式。 广州大学城中心体育场 广州外语外贸大学体育场体育场看台斜向吊挂钢结构罩篷广州大学城中心体育场（下文简称中心体育场）主场看台分为东、西两部分，东看台屋盖结构为斜向吊挂钢结构体系。钢结构为部分圆锥面，由径向梁、环向梁、斜梁、

15、斜撑组成。屋盖长度方向256m，最大悬挑长度为36m，檐口高度40m，立柱桅杆长度18 m。广州外语外贸大学体育场（下文简称广外体育场）仅主看台有罩篷遮盖，为索桅体系支承的预应力斜拉空间管桁架结构结构长146m，宽33m，平面投影面积3333m2。预应力拉索选用强度等级桅杆采用梭形预应力压杆形式，长度46m。2 中心体育场张拉方法最终确定采用分批张拉一次完成的张拉方法，以每根桅杆的6根前索为一个批次，进行主动张拉，将背索调节到无应力长度安装，经被动张拉便达到设计索力。3 广外体育场张拉方法广外体育场与中心体育场不同，2根背索以一定角度叉开，背索少于前索（3根），并且背索锚固与地面。基于以上有利

16、因素采用主动张拉背索的方法。中心体育场 广外体育场 体育场吊挂钢屋盖有限元模型4 有关问题探讨防风措施大跨度斜拉网格结构是风载敏感结构，风吸力可能将屋盖掀起。防风措施通常有两种：第一，增加附加质量；第二，设置防风索。这两种措施分别在上述两个工程中采用。附加质量法可以将屋盖设计成重型屋盖，如在屋盖上覆土种植植被；也可在结构上施加质量块，如中心体育场。采用这种方法的屋盖下方通透，观众视线毫无遮挡。屋盖下方设置防风索，可能阻碍部分观众的视线，但这种方法安全可靠，除非防风索被拉断（可能性极小），屋盖不会被风掀起。4.2 桅杆支承形式释放桅杆下端的全部转动约束，使桅杆成为轴压杆，在结构上是有利的。设置方

17、式有球铰和单向铰结合滑动支座两种。球铰方式造价较高，但转动灵活自如，能较好的实现设计假定。单向铰结合滑动支座方式价格较低，但如果出现滑动支座被卡死的情况，支座就成为一个方向转动约束释放、另两个方向转动被约束的形式。若桅杆设计为轴压杆，由于附加弯矩的存在会导致杆件应力超限或失稳。4.3 桅杆形式比较两个工程，桅杆顶面标高相差不多，但桅杆长度不同。长桅杆高耸挺拔，整个结构给人轻盈俊秀的视觉感受，由于其自身刚度小从结构上更易出现附加弯矩导致的应力问题和失稳问题，甚至平卧起吊时桅杆中部都会产生较大的挠度。广外体育场采用预应力压杆可以有效提高桅杆稳定性。短桅杆在附加弯矩下产生较小的变形，对桅杆稳定有利。将桅杆设置在伸上来的看台混凝土柱上，以减小桅杆长度是较好的设计思路。拉索形式拉索上节点锚固在桅杆顶部，可以设计成单索或分索形式。单索需要较大的锚固长度范围，单各根拉索各自独立；分索