大跨度空间钢结构施工技术研究 (3)
时间:2016-03-05 10:31 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:周观根,方敏勇 点击次数:
3.2.1工程特点和难点
1)本工程包含由网壳、重型钢结构、钢管桁架结构形式,其中C、D、E、F区的巨型钢框架结构含有大量带折线的"日"字形、"目"字形钢柱,其钢板厚度最厚达90mm,采用Q345C-Z25钢材,具有很大的加工难度,且厚钢板折弯技术为首次应用。
2)结构布置复杂,特别是H形巨型钢桁架结构中,腹杆与上下弦的连接节点和巨型格构箱形柱与柱间支撑连接节点相当复杂,各节点部位的节点板均突出构件边缘。节点板对腹杆和支撑的组装产生阻挡,就位困难。组装就位后的焊接工作面小,焊接难度大。
3)船头部位悬挑长度大,特别是E区船头部位最大的悬挑长度达45289m,给施工带来很大的难度。
4)G区球体为单层肋环形球面网壳,由径肋和环杆组成,整体刚度较差。因此在安装过程中需要采取措施保证其不变形。
5)屋盖曲面形状复杂,Hi区屋盖曲面为不规则平移曲面,其母线和导线均为变曲率不规则的样条曲线,曲面高差达41m;H2区中庭屋盖为沿x轴对称的直纹曲面,曲率变化较大,中部与水平面夹角约为18°逐渐过渡到两端与水平面垂直。
3.2.2安装方案
本工程钢结构的安装主要分为三部分:C、D、E、F区钢结构安装,G区钢球壳安装和H区网壳的安装。
1)C、D、E、F区钢结构的安装钢柱采用直接吊装就位的方法。钢桁架采用在地面拼装、吊机吊装就位的方法;屋面管桁架采用双机抬吊的方法进行安装。
2)G区钢球壳的安装球冠以下采用搭设胎架在原位小单元拼装;顶部球冠采用地面拼装吊机直接吊装就位。
3)H区(即A、B区上空)网壳的安装在网壳屋盖下部搭设操作平台,直接在操作平台上原位散件拼装。
3.3国家羽毛球馆(北京工业大学体育馆)施工技术本工程为2008年奥运会比赛场馆,承担着奥运会羽毛球和艺术体操比赛的重任。该工程分为比赛馆和热身馆两部分。其中比赛馆是目前世界上最大跨度的弦支穹顶结构。
比赛馆屋顶为球壳形,长约150m,宽约120m,主体结构采用弦支穹顶结构,上弦为单层网壳,下弦环向为拉索,径向为钢拉杆;外挑部分采用悬挑变截面H型钢梁。
热身馆屋顶为球壳形,长约62m,宽约47m,主体结构采用单层网壳结构;网壳外挑部分采用悬挑变截面H型钢梁。
3.3.1工程特点和难点
1)本工程所采用的弦支穹顶结构跨度世界第一,目前无成熟的经验可供参考,给施工带来了极大困难。
2)该结构类型对变形较为敏感,对加工、安装精度要求高。
3)本工程采用了大量铸钢节点及拉索节点,其设计和加工要求均相当高。
4)预应力索体是本工程的关键构件,其加工精度和施工方案是本工程的重点。
5)为了使张拉过程中索体与结构协调工作,应通过计算确定张拉方案,并严格监测张拉时的应力、位移。
3.3.2安装方案
本工程比赛馆采用了大跨度弦支穹顶结构,其预应力索网布置相当复杂,施工技术难度非常大。针对本工程结构特点,采取了以下关键技术措施,以确保工程顺利完工。
1)验收标准编制国内对于弦支穹顶结构没有现成的施工验收规范和标准,为此专门编制了施工质量验收规范作为工程的检查和验收依据。
2)施工全过程仿真分析计算对整个结构按不同施工阶段在各工况下进行仿真验算,明确预应力张拉方法、顺序,张拉力大小;同时分析单层网壳结构的初始缺陷对预应力张拉的影响及下部支承架对张拉的影响等,使施工过程完全得到控制。
考虑预应力施工的二阶平台设计预应力索与网壳的施工是一个交替过程,且网壳安装过程的支承条件对预应力索穿索、张拉存在影响。胎架设计过程中考虑分两阶段搭设,并且采取措施避免与环向索和径向钢拉杆相碰。
3)保证钢结构安装精度的统计值测量方法本工程钢结构安装过程中,其测量是一个反复观测的过程。在施工过程中利用统计方法进行精度对比。按定位、定位焊、焊接后3个过程进行测量,并且根据实测数据分析对结构精度的影响,每安装完一圈网壳后,进行数据统计、分析,确定焊接变形的影响。并为后续施工提供经验值。
测量过程中考虑温度对结构变形的影响,以确定铸钢节点最佳焊接时间。
4)区分主次节点安装要求,消除累积误差根据工程特点,本工程钢结构施工过程中节点控制精度最主要是与预应力索和撑杆相连的铸钢节点的安装精度,其次是网壳焊接球节点的安装精度。根据网壳铸钢节点周围均为焊接球节点的特点,以铸钢节点安装精度为主要控制目标,将安装过程中的累积误差通过其周围的焊接
节点上,同时确保铸钢节点的安装精度。
5)张拉施工方案根据施工过程的仿真分析和设计要求,预应力分两阶段张拉,第1阶段从外圈往内圈逐圈张拉,张拉至计算值的70%,第2阶段从内圈往外圈逐圈张拉,张拉至计算值的105%。
3.4提升中的同步指挥与控制
拔杆群为两端铰接的临时支撑体系,拔杆的提升动力来自于绞磨牵引的滑轮组系统,每根拔杆设2台绞磨,每台绞磨由10人推动。由于提升过程参与人员众多,作业面积大,相互形不成通视。如果提升不同步,很有可能造成单根拔杆失稳或网壳结构的局部破坏,从而造成整个拔杆群失稳或网壳的整体破坏。为此,必须建立自上而下统一的指挥系统,确保提升过程的同步协调。提升时设总指挥1名负责提升的全面协调,指令员1名负责下达指令,信号员4名负责监测传递网壳不同位置的提升高度,由于绞磨设置在3个不同的区域,各区设区长1名负责各区与指令员之间的信息传递,每台绞磨设绞磨长1名,直接受各区区长指挥。这样就形成了完整有效的同步指挥和信息反馈系统,保证了提升过程的有效受控。
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