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360m跨雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋施工技術(shù)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]

    南京奧體中心主體育場(chǎng)屋頂結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)組成，整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。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(fù)雜。在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系未形成之前，屋面系統(tǒng)與主拱皆非獨(dú)立的結(jié)構(gòu)靜定體系。屋面和主拱安裝時(shí)必須設(shè)立臨時(shí)支撐系統(tǒng)，安裝完成后屋面臨時(shí)支撐需進(jìn)行卸載和拆除，卸載過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系逐步轉(zhuǎn)換，桿件內(nèi)力和臨時(shí)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(guò)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(shù)難度相當(dāng)大。為節(jié)約工程成本，并保證工程的順利、安全進(jìn)行，必須根據(jù)工程的特點(diǎn)和難點(diǎn)，進(jìn)行360m跨雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋工程施工技術(shù)研發(fā)。此項(xiàng)目屬于建筑工程施工技術(shù)領(lǐng)域，成果主要內(nèi)容如下：
    　?。?）支撐胎架設(shè)置技術(shù)
    　　根據(jù)大跨度雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，特別是結(jié)構(gòu)體系中屋面箱型梁與雙斜拱互相依托的特點(diǎn)，采用一套臨時(shí)支撐體系，屋面先施工，斜拱后施工的技術(shù)措施，確保施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并降低了臨時(shí)支撐體系的技術(shù)措施費(fèi)用。具體為：主拱與屋面系統(tǒng)共同設(shè)置一套支撐胎架，主拱施工直接在屋面系統(tǒng)上進(jìn)行，即屋面系統(tǒng)下設(shè)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(shí)，出屋面部分主拱單獨(dú)設(shè)置支撐胎架，對(duì)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(shí)直接支承在M桿上。支撐胎架采用1000*1500的格構(gòu)式鋼架，下部通過(guò)H型鋼轉(zhuǎn)換梁將荷載直接轉(zhuǎn)移到混凝土柱上。
    　?。?）大跨重型鋼結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)
    　　根據(jù)主拱跨度大、節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、拼裝精度要求高、分段吊裝時(shí)吊裝高度高、工作半徑大及施工困難等實(shí)際情況，主拱采用地面組裝、分段吊裝、中間合攏的施工技術(shù)。具體為：主拱采用臥式連續(xù)拼裝法，通過(guò)三維建模來(lái)搭設(shè)組裝胎架并通過(guò)全站儀來(lái)進(jìn)行測(cè)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(chǎng)外和場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行組裝，其中1～4、18～21分段在場(chǎng)外進(jìn)行拼裝，5～17分段在場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行拼裝。主拱組裝完成后，分段吊裝就位。吊裝順序?yàn)椋簭膬啥讼蛑虚g。
    　　對(duì)于大跨度拱，其溫度變形和溫度應(yīng)力是較大的，主拱在從兩端往中間安裝的過(guò)程中，勢(shì)必受溫度變化的影響而出現(xiàn)精度偏差。為此，施工時(shí)設(shè)置合攏段，合攏段的長(zhǎng)度根據(jù)合攏時(shí)的實(shí)際測(cè)量尺寸來(lái)進(jìn)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(guò)程中，逐段消除安裝誤差，合攏前要進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，確定溫差對(duì)拱身長(zhǎng)度的影響，并根據(jù)理論計(jì)算的主拱溫度應(yīng)力情況，確定合適的時(shí)間及合攏溫度，低溫（20℃）安裝就位，高溫（28℃）定位焊接。焊接時(shí)氣溫需相對(duì)穩(wěn)定，并由兩人對(duì)稱連續(xù)施焊。
    　　（3）鋼屋蓋系統(tǒng)整體卸載技術(shù)
    　　根據(jù)大跨度雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)，通過(guò)工況計(jì)算分析，采用分批、分級(jí)同步卸載技術(shù)，既確保了結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)本身與支撐胎架的受力情況，將支撐胎架分為9個(gè)區(qū)，每區(qū)分級(jí)同步卸載。施工時(shí)，通過(guò)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(jié)合的原則，來(lái)實(shí)現(xiàn)荷載平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。卸載的分級(jí)大小根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算和工況分析得出的結(jié)果進(jìn)行，先小后大，保證卸載時(shí)相鄰支撐胎架的受力不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變化，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)體系的桿件內(nèi)力不超出規(guī)定的容許應(yīng)力，避免支撐胎架的內(nèi)力或結(jié)構(gòu)體系的桿件內(nèi)力過(guò)大而出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。卸載順序同樣根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算和工況分析得出的結(jié)果進(jìn)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(jìn)行。
    　　通過(guò)360m跨雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋施工技術(shù)研發(fā)，在總體施工技術(shù)路線的基礎(chǔ)上，通過(guò)吸收以往工程經(jīng)驗(yàn)，形成了一整套360m跨雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋施工技術(shù)，該系列方案內(nèi)容全面深入，可操作性強(qiáng)，特別是支撐體系設(shè)計(jì)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(xì)致，既具有一定的針對(duì)性、創(chuàng)新性，又帶有通用點(diǎn)和借鑒點(diǎn)。360m跨雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋施工技術(shù)的應(yīng)用，既確保了南京奧體主體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)場(chǎng)施工的安全、質(zhì)量、進(jìn)度，又大大降低了工程成本。360m跨雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋施工技術(shù)的研究在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平，并達(dá)到國(guó)際同類結(jié)構(gòu)先進(jìn)水平。
    　　360m跨雙斜拱空間結(jié)構(gòu)鋼屋蓋施工技術(shù)于2003年12月30日起，應(yīng)用于南京奧體中心主體育場(chǎng)的施工中，該技術(shù)的實(shí)施，既大大降低了工程成本，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)350萬(wàn)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(píng)。該施工技術(shù)對(duì)推動(dòng)建筑安裝工程技術(shù)進(jìn)步有著重要的作用，該技術(shù)研究成功以后，可以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)此類空間結(jié)構(gòu)的施工工藝的空白，對(duì)類似的場(chǎng)館建設(shè)具有指導(dǎo)和借鑒作用。該項(xiàng)目的成功可以推動(dòng)此類大跨度空間結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用和推廣，對(duì)帶動(dòng)相關(guān)行業(yè)及我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，具有十分深遠(yuǎn)的意義。
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