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360m跨双斜拱空间结构钢屋盖施工技术

作者：建筑钢结构网    
时间：2009-12-22 20:46:58 [收藏]

    南京奥体中心主体育场屋顶结构体系是由与水平面成45°倾斜的三角形变断面钢桁架拱和由数十条钢箱型梁形成的中空马鞍形空间结构组成，整个屋盖结构体系在各种不同荷载组合情况下，分别由主拱和钢箱梁外端的“V”型支撑将荷载传至下部结构。该工程中倾斜主拱和屋面箱型梁互相依托，其传力体系异常复杂。在整个结构体系未形成之前，屋面系统与主拱皆非独立的结构静定体系。屋面和主拱安装时必须设立临时支撑系统，安装完成后屋面临时支撑需进行卸载和拆除，卸载过程中结构体系逐步转换，杆件内力和临时支撑的受力发生变化，工况分析难，变形控制难度大。施工过程中，不但要考虑吊装方案、吊装顺序、支撑系统布置方案、铸钢件焊接方案、温度和焊接变形控制方案、主拱组装和翻身方案、主拱合拢方案，而且还要考虑吊装完成后的整体卸载方法和顺序，施工技术难度相当大。为节约工程成本，并保证工程的顺利、安全进行，必须根据工程的特点和难点，进行360m跨双斜拱空间结构钢屋盖工程施工技术研发。此项目属于建筑工程施工技术领域，成果主要内容如下：
    　　（1）支撑胎架设置技术
    　　根据大跨度双斜拱空间结构钢屋盖的结构特点，特别是结构体系中屋面箱型梁与双斜拱互相依托的特点，采用一套临时支撑体系，屋面先施工，斜拱后施工的技术措施，确保施工过程中结构的稳定性，并降低了临时支撑体系的技术措施费用。具体为：主拱与屋面系统共同设置一套支撑胎架，主拱施工直接在屋面系统上进行，即屋面系统下设置支撑胎架，并支承在箱型梁下，待屋面系统安装完毕后，再安装主拱。主拱安装时，出屋面部分主拱单独设置支撑胎架，对于屋面内主拱部分，先将连接主拱和屋面箱型梁的M杆安装就位，主拱安装时直接支承在M杆上。支撑胎架采用1000*1500的格构式钢架，下部通过H型钢转换梁将荷载直接转移到混凝土柱上。
    　　（2）大跨重型钢结构吊装技术
    　　根据主拱跨度大、节点复杂、拼装精度要求高、分段吊装时吊装高度高、工作半径大及施工困难等实际情况，主拱采用地面组装、分段吊装、中间合拢的施工技术。具体为：主拱采用卧式连续拼装法，通过三维建模来搭设组装胎架并通过全站仪来进行测量控制。由于主拱分两大部分：屋面外主拱和屋面内主拱，所以，两大部分分别在场外和场内进行组装，其中1～4、18～21分段在场外进行拼装，5～17分段在场内进行拼装。主拱组装完成后，分段吊装就位。吊装顺序为：从两端向中间。
    　　对于大跨度拱，其温度变形和温度应力是较大的，主拱在从两端往中间安装的过程中，势必受温度变化的影响而出现精度偏差。为此，施工时设置合拢段，合拢段的长度根据合拢时的实际测量尺寸来进行下料。为保证合拢段的质量，在从两端往中间安装主拱的过程中，逐段消除安装误差，合拢前要进行连续观测，确定温差对拱身长度的影响，并根据理论计算的主拱温度应力情况，确定合适的时间及合拢温度，低温（20℃）安装就位，高温（28℃）定位焊接。焊接时气温需相对稳定，并由两人对称连续施焊。
    　　（3）钢屋盖系统整体卸载技术
    　　根据大跨度双斜拱空间结构钢屋盖结构体系的受力特点，通过工况计算分析，采用分批、分级同步卸载技术，既确保了结构体系的稳步形成，又减少了人力、物力。具体为：根据支撑胎架的布置及结构本身与支撑胎架的受力情况，将支撑胎架分为9个区，每区分级同步卸载。施工时，通过可调节支承装置（螺旋式千斤顶），按多次循环、反力控制与位移控制相结合的原则，来实现荷载平稳转移。卸载的分级大小根据结构计算和工况分析得出的结果进行，先小后大，保证卸载时相邻支撑胎架的受力不会产生过大的变化，同时保证结构体系的杆件内力不超出规定的容许应力，避免支撑胎架的内力或结构体系的杆件内力过大而出现破坏现象。卸载顺序同样根据结构计算和工况分析得出的结果进行，先拆主拱支撑胎架，然后拆屋面支撑胎架，由高到低、由内到外、东西同步、共分20步进行。
    　　通过360m跨双斜拱空间结构钢屋盖施工技术研发，在总体施工技术路线的基础上，通过吸收以往工程经验，形成了一整套360m跨双斜拱空间结构钢屋盖施工技术，该系列方案内容全面深入，可操作性强，特别是支撑体系设计方案、巨型钢桁架拱吊装方案、合拢方案及支撑塔架卸载和拆除方案考虑细致，既具有一定的针对性、创新性，又带有通用点和借鉴点。360m跨双斜拱空间结构钢屋盖施工技术的应用，既确保了南京奥体主体育场钢结构工程现场施工的安全、质量、进度，又大大降低了工程成本。360m跨双斜拱空间结构钢屋盖施工技术的研究在国内处于领先水平，并达到国际同类结构先进水平。
    　　360m跨双斜拱空间结构钢屋盖施工技术于2003年12月30日起，应用于南京奥体中心主体育场的施工中，该技术的实施，既大大降低了工程成本，直接经济效益达350万元，又确保了工程安全、顺利完成，取得了业主和监理的一致好评。该施工技术对推动建筑安装工程技术进步有着重要的作用，该技术研究成功以后，可以填补国内此类空间结构的施工工艺的空白，对类似的场馆建设具有指导和借鉴作用。该项目的成功可以推动此类大跨度空间结构形式的应用和推广，对带动相关行业及我国国民经济建设的发展，具有十分深远的意义。
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