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360m跨雙斜拱空間結構鋼屋蓋施工技術

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:35:06 [收藏]
南京奧體中心主體育場屋頂結構體系是由與水平面成45°傾斜的三角形變斷面鋼桁架拱和由數十條鋼箱型梁形成的中空馬鞍形空間結構組成，整個屋蓋結構體系在各種不同荷載組合情況下，分別由主拱和鋼箱梁外端的&ldquo
    南京奧體中心主體育場屋頂結構體系是由與水平面成45°傾斜的三角形變斷面鋼桁架拱和由數十條鋼箱型梁形成的中空馬鞍形空間結構組成，整個屋蓋結構體系在各種不同荷載組合情況下，分別由主拱和鋼箱梁外端的“V”型支撐將荷載傳至下部結構。該工程中傾斜主拱和屋面箱型梁互相依托，其傳力體系異常復雜。在整個結構體系未形成之前，屋面系統與主拱皆非獨立的結構靜定體系。屋面和主拱安裝時必須設立臨時支撐系統，安裝完成后屋面臨時支撐需進行卸載和拆除，卸載過程中結構體系逐步轉換，桿件內力和臨時支撐的受力發生變化，工況分析難，變形控制難度大。施工過程中，不但要考慮吊裝方案、吊裝順序、支撐系統布置方案、鑄鋼件焊接方案、溫度和焊接變形控制方案、主拱組裝和翻身方案、主拱合攏方案，而且還要考慮吊裝完成后的整體卸載方法和順序，施工技術難度相當大。為節約工程成本，并保證工程的順利、安全進行，必須根據工程的特點和難點，進行360m跨雙斜拱空間結構鋼屋蓋工程施工技術研發。此項目屬于建筑工程施工技術領域，成果主要內容如下：
    　　（1）支撐胎架設置技術
    　　根據大跨度雙斜拱空間結構鋼屋蓋的結構特點，特別是結構體系中屋面箱型梁與雙斜拱互相依托的特點，采用一套臨時支撐體系，屋面先施工，斜拱后施工的技術措施，確保施工過程中結構的穩定性，并降低了臨時支撐體系的技術措施費用。具體為：主拱與屋面系統共同設置一套支撐胎架，主拱施工直接在屋面系統上進行，即屋面系統下設置支撐胎架，并支承在箱型梁下，待屋面系統安裝完畢后，再安裝主拱。主拱安裝時，出屋面部分主拱單獨設置支撐胎架，對于屋面內主拱部分，先將連接主拱和屋面箱型梁的M桿安裝就位，主拱安裝時直接支承在M桿上。支撐胎架采用1000*1500的格構式鋼架，下部通過H型鋼轉換梁將荷載直接轉移到混凝土柱上。
    　　（2）大跨重型鋼結構吊裝技術
    　　根據主拱跨度大、節點復雜、拼裝精度要求高、分段吊裝時吊裝高度高、工作半徑大及施工困難等實際情況，主拱采用地面組裝、分段吊裝、中間合攏的施工技術。具體為：主拱采用臥式連續拼裝法，通過三維建模來搭設組裝胎架并通過全站儀來進行測量控制。由于主拱分兩大部分：屋面外主拱和屋面內主拱，所以，兩大部分分別在場外和場內進行組裝，其中1～4、18～21分段在場外進行拼裝，5～17分段在場內進行拼裝。主拱組裝完成后，分段吊裝就位。吊裝順序為：從兩端向中間。
    　　對于大跨度拱，其溫度變形和溫度應力是較大的，主拱在從兩端往中間安裝的過程中，勢必受溫度變化的影響而出現精度偏差。為此，施工時設置合攏段，合攏段的長度根據合攏時的實際測量尺寸來進行下料。為保證合攏段的質量，在從兩端往中間安裝主拱的過程中，逐段消除安裝誤差，合攏前要進行連續觀測，確定溫差對拱身長度的影響，并根據理論計算的主拱溫度應力情況，確定合適的時間及合攏溫度，低溫（20℃）安裝就位，高溫（28℃）定位焊接。焊接時氣溫需相對穩定，并由兩人對稱連續施焊。
    　　（3）鋼屋蓋系統整體卸載技術
    　　根據大跨度雙斜拱空間結構鋼屋蓋結構體系的受力特點，通過工況計算分析，采用分批、分級同步卸載技術，既確保了結構體系的穩步形成，又減少了人力、物力。具體為：根據支撐胎架的布置及結構本身與支撐胎架的受力情況，將支撐胎架分為9個區，每區分級同步卸載。施工時，通過可調節支承裝置（螺旋式千斤頂），按多次循環、反力控制與位移控制相結合的原則，來實現荷載平穩轉移。卸載的分級大小根據結構計算和工況分析得出的結果進行，先小后大，保證卸載時相鄰支撐胎架的受力不會產生過大的變化，同時保證結構體系的桿件內力不超出規定的容許應力，避免支撐胎架的內力或結構體系的桿件內力過大而出現破壞現象。卸載順序同樣根據結構計算和工況分析得出的結果進行，先拆主拱支撐胎架，然后拆屋面支撐胎架，由高到低、由內到外、東西同步、共分20步進行。
    　　通過360m跨雙斜拱空間結構鋼屋蓋施工技術研發，在總體施工技術路線的基礎上，通過吸收以往工程經驗，形成了一整套360m跨雙斜拱空間結構鋼屋蓋施工技術，該系列方案內容全面深入，可操作性強，特別是支撐體系設計方案、巨型鋼桁架拱吊裝方案、合攏方案及支撐塔架卸載和拆除方案考慮細致，既具有一定的針對性、創新性，又帶有通用點和借鑒點。360m跨雙斜拱空間結構鋼屋蓋施工技術的應用，既確保了南京奧體主體育場鋼結構工程現場施工的安全、質量、進度，又大大降低了工程成本。360m跨雙斜拱空間結構鋼屋蓋施工技術的研究在國內處于領先水平，并達到國際同類結構先進水平。
    　　360m跨雙斜拱空間結構鋼屋蓋施工技術于2003年12月30日起，應用于南京奧體中心主體育場的施工中，該技術的實施，既大大降低了工程成本，直接經濟效益達350萬元，又確保了工程安全、順利完成，取得了業主和監理的一致好評。該施工技術對推動建筑安裝工程技術進步有著重要的作用，該技術研究成功以后，可以填補國內此類空間結構的施工工藝的空白，對類似的場館建設具有指導和借鑒作用。該項目的成功可以推動此類大跨度空間結構形式的應用和推廣，對帶動相關行業及我國國民經濟建設的發展，具有十分深遠的意義。
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