1、q 羹 体育馆张弦梁无盖钢结构施工关键技术 吴杏弟 上海建工七建集团有限公司 上海 200050 摘要：以上海武警政治学院体育馆张弦梁无盖钢结构为研究对象，综合考虑结构设计、施工环境、机械设备情况，确 定了张弦梁结构地面单元拼装、跨外吊装、高空整体连接的技术路线，并对拉索预应力张拉、施工监测等关键技术进 行了重点研究，可供同类工程参考。 关键词：体育馆建筑；张弦梁屋盖；单元拼装；拉索张拉；施工监测 中图分类号：TU757 文献标志码：B DOI：1014144cnkijzsg201603015 Key Construction Technology for Uncovered Beam Str
2、ing Steel Structure of Gymnasium WU Xingdi Shanghai Construction No7(Group)Co，Ltd Shanghai 200050 1 工程概况 上海武警政治学院迁建工程教学区体育馆项目位于 上海松江区与青浦区的交界处，业煌路北侧、崧塘河西、 淀浦河南侧。其主体结构属钢筋混凝土框架结构，建筑面 积为3 614 m2。体育馆屋盖为倾斜96的平板屋面，屋盖 纵向长度87956 m，横向宽度438 1TI，屋面结构最高标高 21497 m，屋盖采用张弦梁结构，张弦梁结构通过抗振球 形钢支座支承于混凝土柱顶(图1)。 图1体育馆屋盖3D模
3、型 本工程张弦梁结构主要钢结构材质均为Q345B， 主梁为600 mm x 300 mnl x 12 mm x 30 mm(16mm)焊 接矩形钢管，次梁为300 1Tim200 mm8 mm8 mill 轧制矩形钢管及400 mm x 250 1TIITI12 mm20 mm、 400 mm x 250 1Tim25 mm x 25 mm焊接矩形钢管，撑杆 为 219mm12mm热轧无缝钢管，拉索为西82mm镀锌 钢绞线，支座立杆为 450 rnm x 30 mm热轧无缝钢管(图 2)。本工程拉索的索体采用强度等级为1 670 MPa的Galfan 镀层钢丝光面索。张弦梁拉索为一端可调；张拉
4、端锚具采 用热铸锚。 图2体育馆屋盖张弦梁结构模型 2 工程特点与难点 1)张弦梁跨度大，吊装质量大，两支座跨距418 rn， 组合体最大吊装质量为35 t。 2)张弦梁组装精度及焊接质量要求高。 3)整个屋盖形状为倾斜平板，各榀张弦梁的跨度相 同，但每榀张弦梁拉索张力不同。 4)施工工期紧，现场拼装、吊装构件多，现场施工场 地小，各工序交叉施工多。 3 张弦梁钢结构施工工艺流程及安装技术措施 31屋盖钢结构安装工艺流程 施工准备一组装场地整理一放线、组装平台、胎架搭 设一屋架梁组装一焊接 防火涂料涂装一面漆涂装一拉索 安装一张弦梁组合件吊装一其他支撑、杆件安装一拉索张 拉金属屋面板安装一竣工
5、验收 32施工准备 张弦梁钢结构吊装采用工厂加工、分段运输、现场组 装、组合吊装的方式。在体育馆北侧的操场上整理一块长 901TI、宽30nl的拼装场地，场地要求平整、坚实。在拼装 场地内按屋架梁拼装节点位置铺设钢板箱，钢板箱规格为 长24 m、宽15 171、高02 m。钢板箱铺设要求平整、稳 固。在各钢板箱上以300mm300mm10mm15mm的 HW型钢为主立杆搭设组装屋架梁的胎架，使屋架梁组装 9n1 RqR I ； r 。+， +i 1j囊| 师 。 程 _ 级_ _ 高 _ m 幂 赫 一 一一 男 _ 号。 _一 、 _鼢 9 各 3 r 一被一 杏 海 吴上_ 介 址期 简地
6、 者僧稿。 作通收 一 _ 吴杏弟：体育馆张弦梁无盖钢结构施工关键技术 9 成一个单体张弦梁结构形式，在地面共组装5个组合单体， 每个组合体质量约35 t。如图3、图4所示。 型钢主立杆 图3张弦梁组合单体平面示意 图4简易组装胎架示意 33吊机选择及吊装顺序 根据屋盖张弦梁形式及吊装相关数据，经论证决定采 用跨外机械吊装方法。即将屋盖钢结构的安装顺序分为5个 吊装单元，在地面拼装后利用吊机吊装到位，然后在空中 安装各个单元问的其余杆件，最后安装第8榀和第9榀主梁 之间的杆件(屋盖结构中部支座处的纵向杆件)以及两边 端部的杆件。张弦粱组合单元最大吊装质量为35 t，吊机 选用LTM 1 500
7、型5 000 kN全液压汽车式起重机超起工况吊 装，吊机最大工作半径300 m，吊臂长度681 m，额定起重 质量390 t。其他次梁、支撑、杆件等构件最大吊装质量为 05 t，吊装选用QUYSOK型800 kN履带式起重机，跨中构件 选用主臂+副臂吊装，主臂长度49 rfl，副臂长度18 1Tit，主臂 与副臂夹角30。，最大作业半径36 m，额定起重质量3-3 t。 场馆周边构件均直接选用主臂吊装。此外配备1QY25型 250 kN汽车式起重机，用于现场构件卸车及构件组装。 轴间的主钢梁采用空中拼装，梁下架设钢支撑的方 法吊装，构件最大吊装质量为35 t，吊装选用QUY80K型 800 k
8、N履带式起重机，主臂长度49 m，作业半径约18 m， 额定起重质量932 t。安装时拟从轴向轴方向逐间进行 吊装，完成一个单元间的构件吊装后，再进入下一个单元 间的吊装。吊装时，当构件吊离胎架50 cm时，应停止提 升，检查张弦梁的挠度，吊机支腿支撑地基的情况，无问 题后方可继续提升起吊。张弦梁组合件安装后，必须及时 安装其相互问的支撑、杆件等，并可靠连接形成稳固的单 元以确保安全。 34张弦梁组合单元吊装工况应力和变形分析验算 吊装前，我们采用大型通用有限元软件，对张弦梁组 合单体吊装状态下的变形和应力进行了验算。 根据有限元分析可知，吊装状态下，构件最大内应力 为120 Nmm2。Q34
9、5N材强度设计值为295 Nmm2。最大应 力L120295=040707限值，故吊装满足设计要求。 4 拉索施工工艺流程及技术措施 41拉索安装、张拉总体施工顺序 配合屋盖钢结构的安装确定拉索的张拉顺序，在一个 吊装单元在地面拼装完成后随即进行拉索的张拉，以控制 吊装单元的跨中挠度，各吊装单元拉索张拉索力经计算统 一为440 kN。在各吊装单元吊装就位且各单元间的其余杆 囹建筑施工 8卷嘲期 件安装完成之后，第8榀和第9榀主梁之间的杆件以及两边 端部杆件未安装之前，进行除吊装单元的拉索外的其余拉 索的安装和张拉，继而进行吊装单元下拉索的第2次张拉。 最后进行第8榀和第9榀主梁之间的杆件以及两
10、边端部杆件 的安装。在安装第1 1榀主梁时，在跨中设置临时支撑胎 架，在屋盖结构全部安装完成且拉索张拉完成后拆除。 42拉索张拉施工流程 在地面进行吊装单元下拉索的安装和张拉，张拉索力 经计算统一控制为440 kN；进行第2批拉索的张拉(除吊装 单元下拉索之外的其余拉索)，张拉顺序为从中间向两边 对称张拉，由一；进行第1批拉索(吊装单元 下拉索)的第2次张拉，张拉顺序为从中间向两边对称张 拉，由一一一一；拉索为一端张拉，每次张拉 过程中以当次张拉控制索力为100索力进行分级张拉，其 分级为：预紧一20一40一60一80一100；拉索全部 张拉完成后进行最后安装部分杆件(第8榀和第9榀主梁之 间
11、的杆件以及两边端部杆件)的安装。安装与拉索张拉流 水施工顺序见图5。 V V V I l l l I f I I l I l l l 八 八 、 ，、 ，、 拉索 编号 主梁 V V V V V V V 美 l I 1 l l J l l l I l l l l l l I l I I I I I l f 八 八 人 八 八 、 ，、 ，、 ，、 ，、 ，、 ，、 ，V、 ，、 ， 编号 (a)第1步 (b)第2步 (c)第3步 上 土 上 上 土 上 上 1 1 固定 固定 固定固定固定固定 (d)第4步 圈 (e)第5步 (f】第6步 图5安装顺序 1)第1步：在地面拼装吊装单元，安装和张
12、拉下拉 索； 2)第2步：将各吊装单元逐渐吊装就位，并及时安装 中间杆件保证稳定； 3)第3步：依此规律不断安装(第8榀和第9榀主梁之 间杆件最后安装)； 4)第4步：按图中编号顺序进行第2批拉索张拉； 5)第5步：按图中编号顺序进行第1批拉索的第2次张 拉； 6)第6步：最后安装乘4余杆件2】。 43拉索张拉施工技术措施 拉索张拉前，亦采用大型结构分析软件对张拉过程 进行分析，并模拟张拉过程，进行施工全过程力学分析。 吴杏弟：体育馆张弦梁无盖钢结构施工关键技术 分析表明：当拉索全部张拉完成后，结构最大下挠位移接 近于0 mm，说明拉索张拉基本能平衡结构自重。在安装 剩余杆件后最大下挠位移为一
13、_l35 mm，该点出现在剩余 杆件的悬挑部位。总体来说，整体结构施工全过程中钢结 构最大等效应力、最大上拱位移、最大下挠位移分别为 760 MPa、199 mm、-676 mm。由此可见，整个张拉过程 中钢结构的等效应力一直维持在较低水平(虽在吊装过程 中跨中出现了一定下挠，达到-676 mm，但挠跨比仍控制 在1650，在允许范围内)。张拉工装和设备见图6。 图6张弦梁叉耳式热铸锚双千斤顶张拉工装 鉴于单根拉索最大施工张拉力为73 1 kN，因此选用 YCW60B型千斤顶进行张拉(1个张拉点的2台干斤顶的张 拉力能达到1 200 kN)。 对张拉过程中可能发生的张拉设备故障、突然停电， 或
14、张拉过程不同步、张拉过程中结构变形超限、张拉后支 座位移发生较大偏移等情况制订了相应的对策措施，确保 张拉过程的安全和可靠。 5 拉索张拉施工监测 拉索预张力施工过程是个动态的结构状态变化过程， 是结构从零状态向成形初始态转变的过程。由于钢结构安 装误差、拉索制作安装误差、张拉误差、分析误差以及环 境影响等原因，实际结构状态与分析模型是有差异的，因 此，有必要对拉索预应力施工全过程予以监测。监测时通 过对拉索张拉索力、关键节点位移以及撑杆垂直度等进 行。对比理论分析值和实际结构响应的差异，即时掌握各 关键施工阶段的结构状态，保证拉索施工全过程处于可控 状态，保证施工过程结构安全，为下阶段施工和
15、最后的施 工验收提供依据f3 。 6 结语 张弦梁结构被广泛应用体育馆等公共建筑屋盖，其安 装工艺的确定一定要结合其自身的结构特点、周边环境条 件以及安装设备等情况来综合确定。本工程张弦梁结构并 非孤立的多榀张弦结构组成，而是纵向互相联系，因此采 用单元拼装空中组合的方式使结构施工更加简洁和高效。 参考文献口 1】陈荣毅，董石麟，吴欣之大跨度预应力张弦桁架的滑移施工UJ空间 结构2004(2)：4042 2】白m-fa，刘锡良，李义生新型空间结构形式：张弦梁结构U】空间 结构2001(2)：33-38 【3】郭红飞，彭伟大跨度空间张弦梁结构的设计分析J】四川建筑 2005(4)：6264 【4
16、】刘超张弦梁结构的有限元分析 安徽建筑，2005(5)：104105 5】游小华，吴美琴张弦梁的结构特点和研究U江西科学，2005(6) 760-763 (上接第285页) 第l阶段施工，开两侧洞口1 900 mm4 000 mm，保 留中间2 700 mm4 000 mm墙体继续承受荷载。在第1阶段 切割吊装完成后，安装钢梁及钢柱，梁柱节点采用螺栓连 接，并在内侧设临时立柱支撑。 第2阶段施工，开中间洞口2 700 mm4 000 mm，并 安装最后1段钢梁，在钢梁焊接完成并满足承载力要求后， 拆除临时立柱，形成完整门洞。 剪力墙墙体切割主要采用分块钻孔液压切割的方法， 分块总质量控制不超过
17、350 kg，以确保施工吊装安全，且 方便运输。切割下来的废弃混凝土块用液压叉车外运。 为保证钢梁与原有结构有可靠接触，达到实际的承载 能力，在安装过程中，钢梁和原有结构之间的缝隙通过钢 楔块顶紧。在加固完毕后，钢梁形成整体，缝隙采用环氧 树脂填实。同理，为保证钢柱的可靠承载，在柱脚与混凝 土地面之间采用无收缩灌浆料填实【3】。 6 实施效果 施工前通过细致的勘察及图纸对照，准确分析了开洞 山墙的受荷情况，从而确定了型钢梁柱截面尺寸。在开洞 加固过程中，分2个阶段施工，有效减小了最不利荷载情 况，充分保障了结构安全。同时，通过加强开洞加固过程 中的指挥和管理，未对既有航站楼的运营产生任何不利影 响。加固完成的临时门洞，将因中庭封闭施工而减少为2个 的行李机房出入口增加为4个，通行运输能力翻了一番。 参考文献口 1 卜昌富，盛治华，杨冬冬运营中的航站楼行李机房顶板结构加固改 造技术研究盯】建筑施工，2015(4)：397399 【2】孙宇杰运营中的航站楼行李提取大厅上空楼板结构开洞补洞施工 技术U】建筑施工，2015(4)：400402 【3】于向军、大型机场航站楼不停航改造施工风险识别U1建设监理， 2015(8)：4952 201 63Buildin0 Constructi0n圜矗
