弦支穹顶钢结构施工技术

1、弦支穹顶钢结构施工技术的浅述关键词：弦支穹顶结构、温度应力、变形监测一、概述因弦支穹顶屋盖钢结构具备自重轻、跨度大、结构可塑性强等技术特点，目前在我国在体育设施、重大公益式建筑和标志性建筑的屋盖系统已经广泛使用。本文拟针对弦支穹顶屋盖钢结构的施工技术、主要施工程序进行探讨。弦支穹顶屋盖钢结构一般由上部单层网壳和下部弦支索杆体系构成。本文介绍的深圳龙岗坪山体育中心的弦支弓顶结构体系钢结构为空间圆形钢结构屋盖，跨度72米，高度28.81米，上部单层网壳网格布置形式为葵花型布置形式。下部弦支索杆体系为肋环型布置，设置二道环索，局部布置构造钢棒。屋盖大部分节点为相贯焊节点，部分采用了铸钢节点。二、弦支

2、穹顶屋盖钢结构的施工技术方案选型和相关的重点、难点通常弦支穹顶屋盖钢结构施工采用吊装、升顶和常规脚手架散装等施工方法；由于本次弦支穹顶工程是在土建结构上安装，土建先行施工后，吊车无法进入吊装点，故吊装方案不可采用；因体育馆内土建看台及相关设施均施工完毕，升顶施工需搭设超高的制作平台，费用太高，故采取升顶方法也不可；因此，本次工程拟定采取脚手架空间散装的施工方案。弦支穹顶具备跨度大、高度高、焊接量大的空间圆形工程特点，采取脚手架空间散装的施工方案，须控制如下主要重点和难点：a.钢结构屋盖弦支穹顶焊接温度应力和变形的预控；b.钢结构屋盖弦支穹顶下弦环索张拉和拉杆张紧工艺；c.张拉过程中的变形监测与

3、控制；d.超高脚手架的安装与拆除施工与安全防护措施。三、弦支穹顶组装安装及环索张拉施工程序的简述1、穹顶安装施工顺序：深化设计结构施工图放样号料调直校正单片支架组装焊接中间检查校正、调直构件安装平台搭设分段钢架组装焊接支座、联结座焊接拉杆及铸钢结点安装环索安装张拉构件变形监测构件校正中间检查补充涂装交付下道工序施工2、结点、拉杆和环索安装工序：外环竖杆焊接铸钢结点焊接拉杆安装穿环索调整收紧环索、拉杆（监测控制调整竖向吊杆的垂直度）中环竖杆焊接铸钢结点焊接拉杆安装穿环索调整收紧环索、拉杆（监测控制调整竖向吊杆的垂直度）中心竖杆焊接铸钢结点焊接拉杆安装调整收紧环索、拉杆（监测控制调整竖向吊杆的垂直

4、度）测量穹顶结构拆除结构临时支撑复测穹顶结构（进入张拉工序）3、弦支穹顶拉杆环索施工程序：施工模拟计算（优化提供控制数据）测量网布设弦支穹顶网架安装阶段监测、相惯线量测结点和拉杆安装穹顶临时支架拆除前后复测穿环索外环对称张拉环索（20%设计拉力）调匀环索拉力（控制点拉力形状测量）内环对称张拉环索（20%设计拉力）调匀环索拉力（控制点拉力形状测量）第2次对称张拉（50%设计值）再次调匀环索拉力（控制点拉力形状测量）第3次对称张拉（80%设计值）再次调匀环索拉力（控制点拉力形状测量）第4次对称张拉（100%设计值）再次调匀环索拉力（控制点拉力形状测量）环索拉力调整。四、弦支穹顶上弦杆件组装焊接温度

5、应力和变形的控制弦支穹顶跨度大、焊接量大的空间圆形工程特点，组装焊接时必然会产生大量的温度收缩变形；因此在组装焊接时，必须采用对称跳跃式的安装程序来控制和消除弦支穹顶钢结构安装焊接的应力变形。1采用网片对称跳跃式分组组装焊接控制温度应力变形网片外环和中环带各分为12个区片，内穹分为6个区片进行组装（如下图示）；按照总体组装顺序即：A-1_A-2_A-3_A-4_A-5_A6安装焊接。首先安装24个穹顶网架支座，拧固紧螺栓，随后依次焊接好外环钢管；间隔式焊接安装A1网片，利用脚手架平台临时支撑牢固网片端部结点；依次间隔式焊接安装A2网片，临时支撑牢固网片端部结点；间隔跳跃对称式焊接A3网片，临时

6、支撑和校正网片端部结点；对称式焊接A4网片，临时支撑和校正牢固网片端部结点；跳跃对称式焊接组装A-5_A6网片，总体校正上弦穹顶；由外向内安装吊杆和拉杆，穿预应力钢绞线；待穹顶弦支架施工和检验完毕，进行环索张拉工艺。 弦支穹顶上弦网壳效果模型图如下：2网片及拉杆、环索制作安装的质量控制要点：a. 零部件采用数控切割机进行无余量一次下料（零件加放焊接补偿量），坡口采用三维切割设备开制，保证坡口开制质量和板材外形尺寸。b. 规范制造工序、焊接程序及参数，控制焊接变形进而减少矫正工作。采用CO2气体保护半自动焊对称施焊，控制焊接变形。c. 采用先装单片支架主杆和斜向杆件，对称点焊接后依次对称焊接的装

7、焊程序，保证焊接质量。制作专用组装胎具和焊装胎具，提供良好施工条件。d. 弦支穹顶下部索杆体系的各构件的制作和加工应满足建筑结构用索应用技术规程 (DG/TJ08-019-2005)和船坞钢拉杆(GB/T 3957-2004)的要求。环索钢丝束索体采用5mm高强度钢丝，其质量和性能应满足国家标准桥梁缆索用热镀锌钢丝(GB/T 17101)中的有关规定。拉索抗拉强度不小于1670MPa，弹性模量不小于1.90X10 MPa。e. 钢丝束索体应根据设计要求在工厂对索体进行测长，标记和下料,索长下料应考虑预应力和温度。所有张拉及测长仪器使用前应进行检测和标定。f. 拉棒直径偏差直线度不得大于2mm/

8、m, 杆件下料长度允许偏差：钢棒长度500010000mm, 允许偏差15mm, 钢棒长度10000mm，允许偏差25mm。g. 钢拉棒的表面应光滑，不允许有裂纹，折迭，分层，结疤和锈蚀等缺陷。经机加工的零部件表面粗糙度不应低于Ra12.5。h. 弦支网壳的安装，必须在下部砼结构满足设计要求，并检测支座位置、标高后进行。对钢拉棒施加张力时，应辅以应力和变形监测，最终满足设计要求。 3 焊缝类型及控制要求铸钢件与所有杆件的连接焊缝采用带衬板的坡口全熔透焊缝；次杆件与主杆件的连接焊缝采用带衬板的坡口全熔透焊缝；全熔透焊缝如不设衬板，则必须反面清根；所有纵向对接焊缝采用坡口全熔透焊缝；全熔透焊缝（一

9、级）的强度同材料本体，部分熔透焊缝的强度按角焊缝计算。各级焊缝检测的要求及标准以建筑钢结构焊接技术规程（JGJ81-2002）为准；Q345B钢材同一部位返修次数不得超过两次。4钢结构安装偏差和焊缝控制a. 下料拼接控制直焊缝对接错口必须小于2毫米；焊缝三道，打底焊接必须成型良好，盖封宽窄一致；焊接时，利用拉码随时校正错口，及时点焊固定，焊缝间距300，焊缝长度约30毫米，清除熔渣，修复缺陷。下料制作必须控制好管口圆度；焊接组装控制管中心线和网片的对角线，一般不得超过3毫米；结点管口因相惯形状不同，必须分别放样做样板或者进行计算机数据处理后下料；切割下料应预留2毫米进行磨光修整。b. 焊缝控制

10、尽量采用对称施焊；采取跳跃间隔组装焊接的措施减少结构的焊接变形和焊接残余应力。收缩量大的部分先焊，收缩量小的部分后焊；控制焊接过程加热量平衡；焊接过程及时清渣，清除焊根缺陷。全熔透K型坡口单面施焊后，需在焊缝背面清根后再焊另外一侧，以保证焊接质量。针对焊接过程中，焊接量大，焊接中发热量大，引起母材变形和穹架组装标高差异，虽在规范允许范围，多片组装后累计误差偏大的问题；应采取预留焊接变形量，间距适量放大，利用预留量补偿变形和组装标高偏差，利用前期标高实测调整，最大限度减小投影点误差以及适量加强支台刚度，减少变形等对策措施。 四、弦支穹顶环索张拉、拉杆张紧、变形监测、控制索杆及拉杆制作安装弦支穹顶

11、下部索杆体系的张拉施工应在上部单层网壳及其支座节点、钢筋混凝土环梁达到设计要求和施工精度和强度要求后进行。钢拉杆施加张力时，应辅以应力和变形监测，最终满足设计要求。采取有效措施确保竖杆在环索受力后仍能保持竖直。下部索杆体系的安装、张拉的次序、分级、标高的控制、索力的大小应按照工艺示意图的顺序进行（如下图）。下弦拉杆环索效果模型图如下：拉杆、环索对称张拉和调节的程序：a. 本次张拉采用以控制位移为主，应力控制为辅的控制方法；环索张拉按照前述施工顺序进行，尽量采取外环-内环对称张拉；为防止预应力损失，预定超张5%设计拉力。b. 拟定张拉分步进行，依次张拉的设计值分别为20%、50%、80%、100

12、%。c. 张拉步骤为：外环20%内环20%监测外环50% 内环50%监测外环80%内环80%监测外环100%内环100%监测调整处理。各个阶段的对称张拉、调节具体步骤：安装外、内环拉杆和穿环索收紧拉杆调节螺栓（先外环后内环）外环环索H-1对称张拉20%依次对称调节-01、-02、-03拉杆外环环索H-2对称张拉20%依次对称调节-01、-02、-03拉杆内环环索h-1对称张拉20%依次对称调节-1、-2拉杆内环环索h-2对称张拉20%依次对称调节-1、-2拉杆最后调节穹顶部-1、-2拉杆后续分级张拉调节以此类推张拉到设计值后总体调节拉杆监测杆件应力和构件变形。弦支穹顶结点、拉杆及环索的监测控制

13、在弦支穹顶上弦支架焊接施工和检验完毕，进行环索张拉工艺施工；首先焊接竖向吊杆和铸钢结点，随后安装拉杆及穿环索。施工前必须对穹顶结构进行全面复测，同时布置张拉的检测控制网（外形变形和应力控制点）。测量监控网布置一般取中心结点、支座结点、中环结点、竖向吊杆和环索等部位。检测位移、标高和垂直度及拉力值等；检测控制一般采用投影法和轴线替代法等。环索调整采用传力装置千斤顶调整；每分次张拉后，持荷30分钟，采用全站仪和水准仪及传力感应器进行位移、受力监测，记录数据。竖向吊杆的垂直度主要依靠拉杆螺栓来进行调节。预应力环索是属于持续永久受力状态，为减少钢绞索的应力松弛，也为了使张拉过程保持应力与应变的线性关系

14、；因此，在环索制作前必须进行预张处理；一般取钢绞线50%的破断力，经3次反复张拉，持续90分钟。弦支穹顶结点、拉杆及环索的张拉注意事项： 张拉环索下料、编束时应控制不受划伤，运输和穿索过程应采取相应措施予以保护。环索安装：主要为结点夹具、锚具和穿装环索等。安装前，对环索、夹具、索绞等型号、规格、数量进行编号和登记。穿索顺序应从环结点一端开始，环形逐步穿索，同时拧紧索绞；调整环索两端索具，达到设计的长度值。安装索具后，稍锁紧锚具螺栓初步定位；当确认位置无误后拧紧螺栓达到设计的扭矩。环索安装时，不得有任何碰伤和划伤。环索张拉一般采用1860高强低松弛钢绞线、夹片式锚具和承压钢构；张拉采用手提式液压

15、千斤顶。五、超高脚手架的施工与安全防护措施弦支穹顶结构的施工区域在土建结构层的19.500米结构上，外挑部分为7.400米，位于土建脚手架上方和外侧；施工需在弦支穹顶结构区域搭设满堂红脚手架，每隔三步脚手设置一道安全兜网；脚手架低端采用木板或槽钢作支垫；脚手架每搁一个步距与砼柱梁拉结。外围采用双排脚手架，9米上方采用斜挑脚手；外部采用密目安全网封闭，6米下方采用安全兜网和防护板维护封闭；外挑部分，搭设临时悬挑脚手架，并与平台脚手架牢固拉结。脚手架顶部设置吊装桅杆6-8部；设置吊装井口10处，贯通式安全运输通道四条，上部采用木板作防护棚。如下图示：立杆：纵横向立杆间距2m，步距1.8m地面应整平

16、夯实，立杆埋入地上3050cm，不能埋地时，立杆下应垫枕木并加设扫地杆。横杆：纵横向水平拉杆步距1.8m，操作层大横杆间距40cm。剪刀撑：四角应设抱角斜撑，四边设剪刀撑，中间每隔四排立杆沿纵向设一道剪刀撑，斜撑和剪刀撑均应由下而上连续设置。外立杆四周应自下而上连续设置，在进、出料口处可断开留出通道。架板铺设：架高在4m以内，架板间隙20cm，架高大于4m，架板必须满铺。立杆间距在11.5m以内，步距1.5m1.8m视建筑物层高而定。每隔11.5m高设一道纵横向水平拉杆，在操作层通道处可设在1.8m高处。横杆：当平台铺设竹架板时，大横杆间距在40cm以内，当使用钢、木脚手板时，大横杆间距不大于60cm。栏杆：平台四周按规定设置11.2m高的防护栏杆。正面设可开启的安全门。立杆接长除顶层步可采用搭接外，其余各层各步接头必须采用对接件连接。立杆上的对接件应交错布置，两根相邻立杆的接头不应设置在同步内，同步内隔一根的两个接头在高度方向错开不宜小于500。辅助设施：上料通道四周应设1m高的防护栏杆，上下架应设斜道或扶梯，不准攀登脚手架杆上下。 施工荷载：一般不超过100kg/m2