体育馆张弦梁无盖钢结构施工关键技术.pdf

q 羹 体育馆张弦梁无盖钢结构施工关键技术 吴杏弟 上海建工七建集团有限公司 上海 2 0 0 0 5 0 摘要 以上海武警政治学院体育馆张弦梁无盖钢结构为研究对象 ，综合考虑结构设计、施工环境、机械设备情况，确 定了张弦梁结构地面单元拼装、跨外 吊装、高空整体连接的技术路线 ，并对拉索预应力张拉、施工监测等关键技术进 行了重点研究，可供同类工程参考。 关键词体育馆建筑；张弦梁屋盖；单元拼装；拉索张拉；施工监测 中图分类号T U 7 5 7 文献标志码B DOI 1 0 ． 1 4 1 4 4 ． c n k i ． j z s g ． 2 0 1 6 ． 0 3 ．0 1 5 K e y Co n s t r u c t io n T e c h n o l o g y f o r Un c o v e r e d B e a m S t r i n g St e e l S t r u c t u r e o f Gy mn a s i u m W U Xi n g di S h a n g h a i C o n s t r u c t i o n N o ． 7 G r o u p C o ．， L t d ． S h a n g h a i 2 0 0 0 5 0 1 工程概况 上海武警政治学院迁建工程教学区体育馆项目位于 上海松江区与青浦区的交界处，业煌路北侧、崧塘河西、 淀浦河南侧。其主体结构属钢筋混凝土框架结构，建筑面 积为3 6 1 4 m 2 。体育馆屋盖为倾斜9 ． 6 ％的平板屋面 ，屋盖 纵向长度8 7 ． 9 5 6 m，横向宽度4 3 ． 8 1 T I ，屋面结构最高标高 2 1 ． 4 9 7 m，屋盖采用张弦梁结构 ，张弦梁结构通过抗振球 形钢支座支承于混凝土柱顶 图1 。 图1 体育馆屋盖3 D 模型 本工程张弦梁结构主要钢结构材质均为Q3 4 5 B， 主梁为6 0 0 mm x 3 0 0 mn l x 1 2 mm x 3 0 mm 1 6 mm 焊 接矩 形钢管 ，次梁 为3 0 0 1T i m2 0 0 mm8 mm 8 mi l l 轧制 矩形钢管及4 0 0 mm x 2 5 0 1T I IT I 1 2 mm2 0 mm、 4 0 0 mm x 2 5 0 1T i m2 5 m m x 2 5 mm 焊接矩形钢管 ，撑杆 为 2 1 9m m1 2m m热轧无缝钢管，拉索为西8 2 mm 镀锌 钢绞线，支座立杆为 4 5 0 r n m x 3 0 m m热轧无缝钢管 图 2 。本工程拉索的索体采用强度等级为1 6 7 0 MP a 的G a l f a n 镀层钢丝光面索。张弦梁拉索为一端可调；张拉端锚具采 用热铸锚。 图2 体育馆屋盖张弦梁结构模型 2 工程特点与难点 1 张弦梁跨度大，吊装质量大，两支座跨距4 1 ． 8 r n ， 组合体最大 吊装质量为3 5 t 。 2 张弦梁组装精度及焊接质量要求高。 3 整个屋盖形状为倾斜平板 ，各榀张弦梁的跨度相 同，但每榀张弦梁拉索张力不同。 4 施工工期紧，现场拼装、吊装构件多 ， 现场施工场 地小，各工序交叉施工多。 3 张弦梁钢结构施工工艺流程及安装技术措施 3 ． 1 屋盖钢结构安装工艺流程 施工准备一组装场地整理一放线 、组装平 台、胎架搭 设一屋架梁组装一焊接 防火涂料涂装一面漆涂装一拉索 安装一张弦梁组合件吊装一其他支撑 、杆件安装一拉索张 拉金属屋面板安装一竣工验收 3 ． 2 施工准备 张弦梁钢结构吊装采用工厂加工、分段运输、现场组 装 、组合吊装的方式。在体育馆北侧的操场上整理一块长 9 0 1T I 、宽3 0n l 的拼装场地，场地要求平整、坚实。在拼装 场地内按屋架梁拼装节点位置铺设钢板箱，钢板箱规格为 长2 4 m、宽1 ． 5 1 7 1 、高0 ． 2 m。钢板箱铺设要求平整、稳 固。在各钢板箱上以3 0 0 m m 3 0 0 m m1 0 mm1 5 m m的 H W型钢为主立杆搭设组装屋架梁的胎架 ，使屋架梁组装 9n1 R ． q ． R I ； r 。 ， ． ． i 1 j 囊| ● 师∞ ≯ 。 程 _ ∞ ㈦ 级∞ _ _ ∞ 高 _ m 幂≯ 赫 一 一 一 ≯ 男 _ _ Ⅲ ∞ 号。 _ 一 、 ㈦ _ 鼢 9 各 3 r ． 一 被 一⋯ ⋯ 杏 海 吴 ㈡ 上 ∞ _ 介 址 期 简 地 者 ㈠僧 稿 。 作 通 收 一 _ 吴 杏 弟 体 育 馆 张 弦 梁 无 盖 钢 结 构 施 工 关 键 技 术 9 成一个单体张弦梁结构形式 ，在地面共组装5 个组合单体 ， 每个组合体质量约3 5 t 。如图3 、图4 所示。 型钢主立杆 图3 张弦梁组合单体平面示意 图4 简易组装胎架示意 3 ． 3 吊机选择及吊装顺序 根据屋盖张弦梁形式及吊装相关数据，经论证决定采 用跨外机械吊装方法。即将屋盖钢结构的安装顺序分为5 个 吊装单元 ，在地面拼装后利用吊机吊装到位 ，然后在空中 安装各个单元问的其余杆件，最后安装第8 榀和第9 榀主梁 之间的杆件 屋盖结构中部支座处的纵 向杆件 以及两边 端部的杆件 。张弦粱 组合单元最大 吊装质量为3 5 t ，吊机 选用L T M 1 5 0 0 型5 0 0 0 k N全液压汽车式起重机超起工况吊 装，吊机最大工作半径3 0 ． 0 m，吊臂长度6 8 ． 1 m，额定起重 质量3 9 ． 0 t 。其他次梁 、支撑 、杆件等构件最大吊装质量为 0 ． 5 t ，吊装选用Q U Y S O K型8 0 0 k N 履带式起重机 ， 跨 中构件 选用主臂 副臂吊装，主臂长度4 9 r f l ，副臂长度1 8 1 T it ，主臂 与副臂夹角3 0 。，最大作业半径3 6 m，额定起重质量3 - 3 t 。 场馆周边构件均直接选用主臂吊装。此外配备1 Q Y 2 5 型 2 5 0 k N汽车式起重机，用于现场构件卸车及构件组装。 轴⑩ ～⑥间的主钢梁采用空中拼装 ，梁下架设钢支撑的方 法吊装，构件最大吊装质量为3 ． 5 t ，吊装选用Q U Y 8 0 K 型 8 0 0 k N 履带式起重机 ，主臂长度4 9 m，作业半径约1 8 m， 额定起重质量9 ． 3 2 t 。安装时拟从①轴向⑥轴方向逐间进行 吊装 ，完成一个单元间的构件 吊装后，再进入下一个单元 间的吊装。吊装时，当构件吊离胎架5 0 c m时，应停止提 升，检查张弦梁的挠度，吊机支腿支撑地基的情况，无问 题后方可继续提升起 吊。张弦梁组合件安装后 ，必须及时 安装其相互问的支撑、杆件等，并可靠连接形成稳固的单 元以确保安全Ⅲ 。 3 ． 4 张弦梁组合单元吊装工况应力和变形分析验算 吊装前，我们采用大型通用有限元软件，对张弦梁组 合单体吊装状态下的变形和应力进行了验算。 根据有限元分析可知，吊装状态下 ，构件最大 内应力 为1 2 0 N ／ m m2 。Q 3 4 5 N 材强度设计值为2 9 5 N ／ m m2 。最大应 力 L 1 2 0 ／ 2 9 5 0 ． 4 0 7 0 ． 7 限值，故吊装满足设计要求。 4 拉索施工工艺流程及技术措施 4 ． 1 拉索安装、张拉总体施工顺序 配合屋盖钢结构的安装确定拉索的张拉顺序，在一个 吊装单元在地面拼装完成后随即进行拉索的张拉，以控制 吊装单元的跨中挠度 ，各吊装单元拉索张拉索力经计算统 一 为4 4 0 k N。在 各吊装单元吊装就位且各单元间的其余杆 囹 建 筑 施 工 8 卷 嘲期 件安装完成之后 ，第8 榀和第9 榀主梁之间的杆件以及两边 端部杆件未安装之前，进行除吊装单元的拉索外的其余拉 索的安装和张拉 ，继而进行吊装单元下拉索的第2 次张拉 。 最后进行第8 榀和第9 榀主梁之间的杆件以及两边端部杆件 的安装。在安装第1 1 榀主梁时，在跨中设置临时支撑胎 架，在屋盖结构全部安装完成且拉索张拉完成后拆除 。 4 ． 2 拉索张拉施工流程 在地面进行吊装单元下拉索的安装和张拉 ，张拉索力 经计算统一控制为4 4 0 k N；进行第2 批拉索的张拉 除吊装 单元下拉索之外的其余拉索 ，张拉顺序为从中间向两边 对称张拉，由④⑥②一⑨；进行第1 批拉索 吊装单元 下拉 索 的第2 次张拉 ，张拉顺序为从 中间向两边对称张 拉 ，由⑤一③一⑦一①一⑧ ；拉索为一端张拉 ，每次张拉 过程中以当次张拉控制索力为1 0 0 ％索力进行分级张拉，其 分级为 预紧一2 0 ％一4 0 ％ 一6 0 ％一8 0 ％ 一 1 0 0 ％；拉索全部 张拉完成后进行最后安装部分杆件 第8 榀和第9 榀主梁之 间的杆件以及两边端部杆件 的安装。安装与拉索张拉流 水施工顺序见图5 。 V V V I l l l I f I I l I l l l 八 八 、 ，、 ，、 拉索 编号 主 梁 ①② ③④ ⑤⑥⑦ ⑧⑨ V V V V V V V 美 } { l I 1 l l J l l l I l l l l l l I l I } I I 『 I I l f 八 八 人 ／＼ 八 八 、 ， 、 ， 、 ， 、 ， 、 ， 、 ， 、 ， V、 ， 、 ，／ 编号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑧ a 第1 步 b 第2 步 c第3 步 上 土 上 上 土 上 上 1 1 固定 固定 固定固定固定固定 d第4 步 圈 e 第5 步 f 】 第6 步 图5 安装顺序 1 第1 步 在地面拼装 吊装单元 ，安装和 张拉 下拉 索； 2 第2 步将各吊装单元逐渐吊装就位，并及时安装 中间杆件保证稳定； 3 第3 步 依此规律不断安装 第8 榀和第9 榀主梁之 间杆件最后安装 ； 4 第4 步 按 图中编号顺序进行第2 批拉索张拉 ； 5 第5 步 按图中编号顺序进行第1 批拉索的第2 次张 拉 ； 6 第6 步最后安装乘 4 余杆件[ 2 】 。 4 ． 3 拉索张拉施工技术措施 拉 索张拉前 ，亦采用大型 结构分 析软件 对张拉过程 进行分析，并模拟张拉过程，进行施工全过程力学分析。 吴杏弟体育馆张弦梁无盖钢结构施工关键技术 分析表明当拉索全部张拉完成后，结构最大下挠位移接 近于0 mm，说明拉索张拉基本能平衡结构自重。在安装 剩余杆件后最大下挠位移为一 _ l 3 ． 5 mm，该 点出现在剩余 杆件的悬挑部位。总体来说 ，整体结构施工全过程 中钢结 构最大等效应力、最大上拱位移、最大下挠位移分别为 7 6 ． 0 MP a 、1 9 ． 9 mm、- 6 7 ． 6 mm。由此可见，整个张拉过程 中钢结构的等效应力一直维持在较低水平 虽在 吊装过程 中跨中出现了一定下挠 ，达到- 6 7 ． 6 m m，但挠跨比仍控制 在1 ／ 6 5 0 ，在允许范围内 。张拉工装和设备见图6 。 图6 张弦梁叉耳式热铸锚双千斤顶张拉工装 鉴于单根拉索最大施工张拉 力为7 3 1 k N，因此选用 Y C W6 0 B 型千斤顶进行张拉 1 个张拉点的2 台干斤顶的张 拉力能达到1 2 0 0 k N。 对张拉过程中可能发生的张拉设备故障 、突然停电 ， 或张拉过程不同步 、张拉过程 中结构变形超限 、张拉后支 座位移发生较大偏移等情况制订 了相应的对策措施 ，确保 张拉过程的安全和可靠 。 5 拉索张拉施工监测 拉索预张力施工过程是个动态的结构状态变化过程， 是结构从零状态 向成形初始态转变的过程 。由于钢 结构安 装误差 、拉索制作安装误差 、张拉误差 、分析误差以及环 境影响等原因，实际结构状态与分析模型是有差异的，因 此 ，有必要对拉索预应力施工全过程予以监测。监测时通 过对拉索张拉索力、关键节点位移以及撑杆垂直度等进 行。对比理论分析值和实际结构响应的差异，即时掌握各 关键施工阶段的结构状态 ，保证拉索施工全过程处于可控 状态 ，保证施工过程结构安全，为下阶段施工和最后的施 工验收提供依据f 3 ] 。 6 结 语 张弦梁结构被广泛应用体育馆等公共建筑屋盖，其安 装工艺的确定一定要结合其自身的结构特点、周边环境条 件以及安装设备等情况来综合确定。本工程张弦梁结构并 非孤立的多榀张弦结构组成 ，而是纵向互相联系 ，因此采 用单元拼装空中组合的方式使结构施工更加简洁和高效。 Ⅱ参考文献 口 [ 1 】 陈荣毅， 董石麟 ， 吴欣之． 大跨度预应力张 弦桁 架的滑移施 工U J ． 空间 结构． 2 0 0 4 2 4 0 4 2 [ 2 】 白m-f a ， 刘锡 良， 李义生 新型空间结构形式 张弦梁结构U 】 ． 空间 结构．2 0 0 1 2 3 3 - 3 8 ． 【 3 】 郭红 飞 ， 彭 伟 大跨 度 空 间张 弦梁 结构 的设 计分 析 [ J 】 ． 四 川建 筑 2 0 0 5 4 6 2 6 4 ． 【 4 】 刘超． 张弦梁结构的有限元分析 安徽建筑， 2 0 0 5 5 1 0 4 1 0 5 ． [ 5 】 游小华， 吴美琴． 张弦梁的结构特点和研究U ] ． 江西科学， 2 0 0 5 6 76 0 -7 6 3 上接 第2 8 5 页 第l 阶段施工 ，开两侧洞 口1 9 0 0 mm 4 0 0 0 m m，保 留中间2 7 0 0 mm 4 0 0 0 m m 墙体继续承受荷载。在第1 阶段 切割吊装完成后，安装钢梁及钢柱，梁柱节点采用螺栓连 接 ，并在内侧设临时立柱支撑。 第2 阶段施工 ，开 中间洞口2 7 0 0 mm4 0 0 0 mm，并 安装最后 1 段钢梁 ，在钢梁焊接完成并满足承载力要求后 ， 拆除临时立柱 ，形成完整 门洞。 剪力墙墙体切割主要采用分块钻孔液压切割的方法 ， 分块总质量控制不超过3 5 0 k g ，以确保施工吊装安全 ，且 方便运输。切割下来的废弃混凝土块用液压叉车外运。 为保证钢梁与原有结构有可靠接触，达到实际的承载 能力 ，在安装过程中 ，钢梁和原有结构之 间的缝隙通过钢 楔块顶紧。在加固完毕后，钢梁形成整体，缝隙采用环氧 树脂填实。同理，为保证钢柱的可靠承载，在柱脚与混凝 土地面之间采用无收缩灌浆料填实【3 】 。 6 实施效果 施工前通过细致的勘察及图纸对照，准确分析了开洞 山墙的受荷情况，从而确定了型钢梁柱截面尺寸。在开洞 加固过程中，分2 个阶段施工，有效减小了最不利荷载情 况，充分保障了结构安全 。同时 ，通过加强开洞加固过程 中的指挥和管理 ，未对既有航站楼的运营产生任何不利影 响。加固完成的临时 门洞 ，将因中庭封闭施工而减少为2 个 的行李机房出入口增加为4 个，通行运输能力翻了一番。 参考文献 口 [ 1 ] 卜 昌富， 盛治华， 杨冬冬． 运营中的航站楼行李机房顶板结构加固改 造技术研 究盯 】 ． 建筑施工，2 0 1 5 4 3 9 7 3 9 9 【 2 】孙宇杰． 运营中的航站楼行李提取大厅上空楼板结构开洞补洞施工 技术U 】 ． 建筑施工， 2 0 1 5 4 4 0 0 4 0 2 ． 【 3 】 于向 军、 大 型机场航 站楼 不停航 改造施 工风 险识 别U 1 ． 建设监理 ， 2 0 1 5 8 4 9 5 2 ． 2 0 1 6 ． 3 ． B u ild in 0 C o n s tr u c ti0 n 圜矗