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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(wǎng)    
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(shù)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(shù)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(tǒng)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(tǒng)，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(nèi)力和臨時支撐的受力發(fā)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(tǒng)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(jié)約工程成本，并保證工程的順利、安全進行，必須根據(jù)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(fā)。此項目屬于建筑工程施工技術領域，成果主要內(nèi)容如下：
    　?。?）支撐胎架設置技術
    　　根據(jù)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(wěn)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(tǒng)共同設置一套支撐胎架，主拱施工直接在屋面系統(tǒng)上進行，即屋面系統(tǒng)下設置支撐胎架，并支承在箱型梁下，待屋面系統(tǒng)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(nèi)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。
    　?。?）大跨重型鋼結構吊裝技術
    　　根據(jù)主拱跨度大、節(jié)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(xù)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(nèi)主拱，所以，兩大部分分別在場外和場內(nèi)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(nèi)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(xiàn)精度偏差。為此，施工時設置合攏段，合攏段的長度根據(jù)合攏時的實際測量尺寸來進行下料。為保證合攏段的質(zhì)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(xù)觀測，確定溫差對拱身長度的影響，并根據(jù)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(wěn)定，并由兩人對稱連續(xù)施焊。
    　?。?）鋼屋蓋系統(tǒng)整體卸載技術
    　　根據(jù)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(wěn)步形成，又減少了人力、物力。具體為：根據(jù)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(qū)，每區(qū)分級同步卸載。施工時，通過可調(diào)節(jié)支承裝置（螺旋式千斤頂），按多次循環(huán)、反力控制與位移控制相結合的原則，來實現(xiàn)荷載平穩(wěn)轉移。卸載的分級大小根據(jù)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(chǎn)生過大的變化，同時保證結構體系的桿件內(nèi)力不超出規(guī)定的容許應力，避免支撐胎架的內(nèi)力或結構體系的桿件內(nèi)力過大而出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。卸載順序同樣根據(jù)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(nèi)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(fā)，在總體施工技術路線的基礎上，通過吸收以往工程經(jīng)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(nèi)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(chuàng)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(xiàn)場施工的安全、質(zhì)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(nèi)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(jīng)濟效益達350萬元，又確保了工程安全、順利完成，取得了業(yè)主和監(jiān)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(nèi)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(yè)及我國國民經(jīng)濟建設的發(fā)展，具有十分深遠的意義。
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