九龙湖体育场钢屋盖结构设计

九龙湖体育场钢屋盖结构设计

1项目介绍1.1轮辐式张弦梁结构农业大学九龙湖体育馆位于校园东侧和焦廷彪博物馆南侧。钢屋盖部分为轮辐式张弦梁结构,结构长轴投影跨度为88.0m,短轴投影跨度为76.8m,总结构用钢约1500t。建成后将成为东南大学又一标志性建筑。1.2该项目的特点1.2.1m的位置d下部共48榀钢弧形柱,指向四段圆弧的圆心,即距离正中心9600mm的位置。因所对角度不同,各榀柱可分为大夹角柱与小夹角柱两种,左右两侧各四品(共八榀),为大夹角柱(约为5°),上下两侧各八榀(共十六榀),为小夹角柱(约为3.5°)。其构成形式相近,仅对柱间支撑长度有影响。1.2.2张弦梁之间夹角钢屋盖结构体系为轮辐式张弦梁,其投影到水平面为四段圆弧围成的椭圆。上下段的圆弧半径为48m,左右段的圆弧半径为34.4m。张弦梁之间夹角为14°、15°、16°。张弦梁上弦采用焊接箱型梁箱700mm×500mm×12mm×14mm,焊接H700mm×350mm×18mm×20mm型钢。下弦拉索采用OVM系列的PES5-199拉索,钢丝束面积为3905mm,钢丝束直径为77mm(图1)。1.3中央质量柱,东南大学九龙湖体育馆在结构形式上不同于常见的屋面网架、桁架、网壳结构,在设计和施工上需克服许多新的技术难点,主要有:(1)大跨度:体育馆近似椭圆投影长度88.0m×76.8m;(2)椭圆环向张弦结构;(3)超大、超重中央刚性环:高8m,上层钢环梁直径12m,上层框架中央设置1100mm×750mm内填充C40微膨胀细石混凝土受压钢柱,下层钢环梁直径7.2m,总重约65t;(4)大截面箱型外环梁安装:外环梁截面710mm×500mm×18mm×18mm;(5)外环单支点落地平面桁架;(6)高空拼装:中央刚性环顶标高27.5m;(7)大型支撑架方案应用;(8)安装冗余度预留。2整体安装2.1钢梁、钢梁的安装预埋件埋设→安装橡胶支座→对称吊装钢柱→柱间支撑安装→中心钢环的拼装→同时安装外环梁及中央钢性环→钢梁吊装→撑杆吊装→屋盖上弦支撑杆件吊装→拉索安装及张拉→马道安装→结构涂装→支撑胎架及脚手架拆除。2.2钢柱的防倾支撑设计支撑架分为两部分:中央刚性环安装需搭设支撑架,主要用于中央刚性环的承重、高空散拼的操作平台及张弦梁安装的操作平台,搭设高度为场内自然地面到中央刚性环环底的标高,约19.8m;钢柱安装需搭设防倾支撑,保证结构未形成稳定体系前的稳固,其中钢柱防倾支撑又分为外支撑及内支撑两种支撑形式。外支撑布置位置为9～16轴及其对称的轴线钢柱外侧4.72m标高混凝土平台上,内支撑布置位置为5～8轴及其对称的轴线钢柱内侧12.35m标高混凝土梁、17.25m标高混凝土梁上。3大跨椭圆结构的支护本体育馆屋面上层张弦梁、外侧刚性连接外张力环梁,再通过弧型桁架柱支承于下部砼圈梁,内侧与中央刚性环钢接;下层抛物线拉索两端分别锚固于外张力环梁和中央刚性环。整个体育馆近似椭圆对称结构,椭圆投影长度88.0m×76.8m。考虑到大跨椭圆型封闭式屋面结构,在屋面吊装过程中,吊装变形尤其是预应力索张拉引起的水平推力及附加应力会很大。因此,屋面吊装过程中,于弧型立柱与屋面连接位置采用可动长圆孔连接形式,即吊装过程中释放吊装及预应力索张拉引起的水平位移,在整个屋面结构受力体系稳定后再固定连接,从而减少施工支撑结构承受的水平推力,也大大降低因结构变形而产生的附加应力。4弦钢屋盖结构该方法主要应用于机场、会展中心、体育场馆等超大跨度张弦钢屋盖结构。此类建筑往往为公共性的窗口建筑,代表着一个国家、地区或城市建筑技术水平的高低。本方法是实现该类结构滑移施工顺利进行的有效保证,可广泛应用于类似工程。5施工原理5.1张力梁屋顶板的外梁柱可以调整点的值，并确定原理对椭圆型张弦屋面结构按照屋面张弦梁简支于中央刚性环及外围弧形桁架柱为计算模型,同时释放外围水平位移,分析确定水平位移量。5.2同步安装、正交安装为保证24片张弦梁能顺利准确安装,整个屋面采用全对称安装,每一个安装单元对应平面外稳定杆件及临时支撑结构同步安装,确保每阶段安装单体为稳定结构,从而尽可能减少吊装过程结构变形引起的水平位移。5.3施工安装强度(1)安装阶段采用普通螺栓连接,预留长圆孔,仅确保施工安装强度需要即可。(2)待整体结构安装并张拉完毕,结构变形趋于稳定后,再分区对称填充原长远孔,改用标准孔,高强螺栓连接,以实现整体结构设计意图(图2)。6流程和操作要点6.1吊装及焊接控制流程预应力张弦屋面结构外围梁柱可调节点工艺流程主要是逐步控制支撑结构稳定,屋面结构吊装及焊接过程变形合理,整体梁柱可调节点处变形可控,屋面结构附加应力合理。6.2外围弧形柱的吊装(1)每个工序都要做详细分析设计,并做好安装过程监测记录。(2)外围弧形柱吊装到位后,应确保支撑结构水平、竖向均受力可靠后方进行下一部吊装。(3)支撑架揽风固定点可靠连接。(4)严格按焊接工艺流程执行。(5)高空作业人员应做好安全防护,切记一定要系好安全带。7屋顶张弦梁及自滑固量利用(1)设置可靠支撑结构体系,采用合理施工工序,并进行过程工况分析,获取合理变形参数,预留合理滑移量。(2)通过屋面张弦梁设置与起拱抵消部分变形量。(5)采用合理焊接工艺措施,减少焊接变形。(6)结构卸载后采用遥测型布拉格光纤光栅与(FBG)传感器进行应力监测,同时遵循“由整体到局部”的测量原则,以确保工程测量控制质量。8减少刑事力量支撑结构的量(1)采用张弦梁屋面外围梁柱间施工中设置可调节点安装方法可以减少屋面吊装过程及预应力索张拉引起的巨大水平推力,减小了支撑结构用量,因此减少约10%的支撑结构用量,