宣城体育馆桁架支撑胎架安装方案.doc

安徽伟宏钢构集团股份有限公司 【宣城体育馆桁架支撑胎架安装方案】1. 工程概况1.1. 项目概况宣城市体育中心体育馆工程，为宣城市奥体中心的一部分。体育馆（含训练馆）位于奥体公园基地的中部，南北方向分别承接着体育场和游泳馆。体育馆主入口面向水面，风景优美,东侧设有人流集散广场。宣城市训练馆,与游泳馆紧邻,作为体育馆体育赛事的热身等辅助场馆，为追求外观造型上的整体协调统一性，训练馆设计成自然变化的带状建筑，像一条彩带将以体育馆为中心的一场两馆相连，形成紧密相连、相辅相成的奥体中心建筑群体。 宣城市奥体中心整体效果图29安徽伟宏钢构集团股份有限公司 【宣城体育馆桁架支撑胎架安装方案】1.2. 项目情况概述本项目基本情况如下：项目名称：宣城市体育馆钢结构工程建设地点：宣城市体育馆位于奥体路以东，学府路以南，薰化路以西，科技路以北。设计单位：哈尔滨工业大学建筑设计研究院建设单位：宣城市教育体育局监理单位： 浙江江南工程管理股份有限公司施工单位：安徽伟宏钢构集团股份有限公司施工范围：图纸深化、材料采购、制作安装等所有的辅助设施工程1.3. 工程建筑概况宣城市体育馆单体建筑面积20300平方米，钢结构屋面投影面积8392平米，建筑高度35.5米，钢结构重量约1600吨，金属屋面系统工程约12838.73平方米，体育馆内附房为二层（局部三层）框架结构，建成后拥有5390坐席。宣城市训练馆,与游泳馆紧邻,作为体育馆体育赛事的热身等辅助场馆，为追求外观造型上的整体协调统一性，训练馆设计成自然变化的带状建筑，像一条彩带将以体育馆为中心的一场两馆相连，形成紧密相连、相辅相成的奥体中心建筑群体。体育馆训练馆体育馆建筑长度（东西向）达165.77米（含东、西两边的集散平台外边缘宽度），建筑宽（南北向）139.52米。训练馆总长度约166m，最大建筑宽度约25m。体育馆、训练馆建筑尺寸示意图体育馆立面效果示意图 体育馆由四周的主体桁架组合壳体结构与中间的穹顶组成。穹顶屋面与四周桁架结构屋面通过穹顶檐口位置四周的环形空间桁架连接支撑，形成整体结构。体育馆建筑高度为35.5m，钢结构桁架上弦中心线标高为34.7m，中间的主体钢结构外边缘宽度（结构直径）约106.5m。馆四周均设置有观众看台。馆四周设置有两层功能用房，下部看台设计成活动看台，使得体育馆用途灵活多样。体育馆建筑剖面图1.4. 工程结构概况1.4.1体育馆钢结构工程位于体育馆的中心区域，为一个组合式空间结构体系。钢结构由环内，环外两部分组成，环内结构为一个焊接空心球网架组成的内环及其飞柱、拉索和屋面梁混合结构。环外结构为36榀斜交放置钢管桁架及支撑系统形成的曲面网格结构，支座处直径d=89.8m，钢结构平面投影直径106.5m，结构高h=35.00m。体育馆是一个预应力拉索，焊接空心球网架，钢管桁架组成的组合结构体系。预应力悬支穹顶结构环形连接网架结构外围格构式落地桁架结构外围平面斜交桁架结构体育馆钢结构整体轴测图体育馆钢结构立面图体育馆钢结构平面图1.4.2 外围的斜交桁架结构为整个体育馆的主体之一，由空间格构式钢管桁架hj5、hj6和平面斜交钢管桁架hj1hj4组成。hj-5、hj-6组合形成外围一圈落地式支撑体系，hj1hj4组成的径向整体桁架，桁架截面高度2.5m.5m。外环立体桁架hj5、hj6（落地桁架）结构示意图hj6上部连接（球）节点hj5、hj6组成外环结构单元及主要球节点示意图1.4.3 hj1hj4组成的径向平面斜交桁架与外环支撑桁架hj5、hj6形成的外环结构体系与中间的环形网架及其上部穹顶形成整体钢结构。径向桁架各桁架分段位置上下弦设有环向钢管支撑，hj1hj4总跨度约40m。外环桁架的具体分段情况如下：hj1hj629214=1168433743=1012229794=1191624913=7473hj4hj5hj3hj2外环桁架组成及分段尺寸示意图外环钢结构模型轴测图1.4.4 落地桁架hj6底部安装于混凝土柱顶上，与混凝土柱顶上的支座采用销轴连接，安装标高为5.700m。钢结构与混凝土支座安装位置示意图钢结构与砼柱连接节点一钢结构与混凝土支座连接节点图节点一（钢结构落地桁架hj6与砼柱连接）详图1.4.5 落地桁架hj6与混凝土柱顶连接连接体系主要由五部分组成。整个结构通过分别焊接连接在柱顶预埋板上的铸钢连接件和范姐连接于柱脚连接板上的铸钢连接件，采用铸钢销轴连接。连接系统主要组成部分为：（1） 预埋于混凝土中的预埋件和预埋板；（2） 与预埋板连接的销轴连接支座，采用铸钢件；（3） 与hj6柱脚节点板连接的销轴连接件，采用铸钢件；（4） 销轴，采用铸钢销轴；（5） hj6柱脚节点板（与铸钢连接件焊接）落地桁架hj6结构与支座连接示意图1.4.6 外围的平面斜交桁架结构桁架交接位置等重要节点采用焊接球节点，其余钢管连接节点均采用相贯焊接节点。径向斜交桁架主要杆件材料表1.4.7 采用相贯节点处大直径或厚壁钢管（主管）贯通，小直径管或薄壁（支管）端部应采用自动切管机精确切割成相贯线切口，支管壁厚大于等于6mm时应切坡口。上、下弦主弦杆“v”型接口处设置连接钢板桁架上下弦焊接球与管焊接节点示意图1.4.8 体育馆钢内环结构由上、中、下三层三角形网格组成的环形弦杆与斜腹杆、竖杆组成的整体环形钢网架结构，网架节点采用焊接球焊接连接。内环网架结构轴测示意图中环焊接球网架主要杆件截面表1.4.9 体育馆结构屋顶中心的预应力悬支穹顶，整个穹顶支撑于内环网架上，由6榀相交于屋顶中心的对称的拱形焊接h型主张弦梁和6道主张弦梁组成的60度圆心角的扇形区域内的18榀次张弦梁组成径向张弦梁体系，通过在梁下弦分别安装支座拉杆和飞柱形成预应力索张拉体系。预应力拉索选用镀锌冷拔高强钢丝组成的平行钢丝束。主、次张弦梁之间设置环形次梁。张弦梁结构示意图悬支穹顶与内环网架整体轴测示意图1.4.10 训练馆作为连接本工程体育馆和游泳馆的纽带，其建筑长度达到166m。其结构主要由21榀跨度不断变化的门式构架组成，门式构架采用焊接h型钢梁，钢梁两端固定在两边的混凝土柱顶上，钢梁最大跨度24m,且为多道弯弧。构架高度变化，且立面为弧形（上拱）。整体安装完毕后，训练馆屋面形成高低变化的曲面。训练馆钢结构材料材质为q345b。 训练馆构架立面图一训练馆构架立面图二1.5. 施工难点及对策1.5.1 工程结构形式复杂，结构跨度大本工程钢结构工程为一个由环内和环外结构两部分组合而成的结构。环内结构主要为高度达6m的环形网架结构及其上部的预应力穹顶组成；环外结构主要为落地式空间桁架及径向平面斜交桁架两部分组成。径向桁架跨度达到40m以上，桁架截面高度2.5m-4.5m，主结构为外环桁架与环形网架支撑而形成。组合后的结构又形成了一圈类似以180度对称的拱结构，抵消结构形成的推力；而桁架设计为向上拱的形式，也很好消除了桁架结构的竖向变形（下挠），使结构受力合理。环形网架与就环外结构连接后结构剖面示意图本工程结构设计成以桁架及网架为主的组合结构形式，很好的利用了组和结构“由小杆件组合成大截面构件”的特点，从而形成大跨度构件和桁架结构杆件主要承受轴力的特点，杆件轴向应力强，可得到充分利用，从而节省钢材用量。通过以上分析，本工程结构设计在满足使用空间、跨度和结构造型的前提下，也充分体现了经济合理性。1.5.2 桁架跨度大、吊装安全和安装定位和精度控制要求高本工程环外结构主要由hj5、hj6组成的落地桁架和由平面斜交桁架hj1-hj4组成的径向大跨度桁架。由于中间环形网架及其上部的钢结构拼装量较大。在吊装外部径向桁架时，内环区域结构为提升安装到位，外环径向桁架不能形成有效连接，且桁架跨度大，现场条件决定了吊机站位较远。如何合理确定径向桁架的吊装分段、保证吊装过程结构杆件的安全稳定（特别是hj3与hj4组合段桁架为折曲形式，需保证吊装过程的侧向稳定和球节点焊缝质量）设置支撑措施及其临时稳固，是本工程的重点控制内容之一。对于大跨度桁架吊装就位的措施：（1）、根据现场情况及确定的吊机起重能力分析，将径向平面斜交桁架hj1hj4分成三段，其中hj3hj4为一段、hj2、hj1分别为一段；hj3+hj4拼装段示意图hj2拼装段示意图（2）、在hj5hj6组合成的落地桁架外侧设置一道支撑胎架；hj4+hj3与hj2连接处设置一道支撑架；支撑架设置在连接处的球形节点下方，呈环形布置；hj5、hj6结构示意图（3）、hj3与hj4组合段桁架为折曲形式，为保证吊装过程的侧向稳定和球节点焊缝质量，采取在弯折处上、下弦内侧加焊临时杆件的措施，一则加强桁架吊装的整体稳定性，并可对中间连接部分的焊接球节点焊缝进行有效保护。hj3+hj4之间设置临时加强杆示意图（4）、在桁架在吊装过程中，桁架变形控制必须严格控制，同时桁架在吊装过程中需设置专职安全员进行旁站确保吊装过程的安全。1.5.3 内环桁架分段高空拼装或散装的施工难度大、杆件数量多、间距小，高空安装量大，施工质量要求高由于内环桁架为环形空间网架结构，分段高空拼装或散装的施工难度大；hj1的杆件数量多、间距小，高空安装量大，施工质量要求高；且，弦支穹顶支承在内环桁架上，属次要结构。根据以上结构和施工特点，拟采取将内环桁架、hj1及弦支穹顶在地面拼装后，整体提升。这样做的优点：（1）临时支承胎架量相对较少，比较经济。与方案一相比较，hj1以内的区域只要设置8组提升架和内环桁架、弦支穹顶地面拼装的临时支撑， 临时设施量减少，比较经济；提升区域及提升架平面布置图（2）高空作业量大大减少，质量、安全管理的风险小。内环桁架、hj1和弦支穹顶的安装、拉索张拉都在地面进行，液压同步提升已是成熟的施工工艺，施工质量和安全管理的风险大大降低。但提升架及提升设施的安装和拆除是施工安全控制的重点。（3）施工卸载容易操作和控制。在结构成型后，先拆除hj5、hj3下的支撑架，然后液压控制对提升架卸载，同步控制容易操作和控制，结构从施工状态到设计状态转换自然。（4）施工效率高、结构成型快，对钢结构施工工期有利由于大大减少了高空作业量大，施工效率提高很大，在很快完成主结构卸载后，金属施工可以早日上场，对钢结构的施工工期有促进作用。2. 编制依据2.1. 规范依据（1）钢结构设计规范gb50017-2003（2）钢结构焊接规范gb50661-2011（3）空间网格结构技术规程jgj7-2010（4）钢结构工程施工质量验收规范gb50205-2001（5）工程测量规范(附条文说明)编号gb50026-2007（6）建筑施工安全检查标准jgj59-2011（7）建筑结构可靠度设计统一标准gb50068-2001（8）建筑工程施工现场供用电安全规范gb50194-1993（9）建筑工程施工质量验收统一标准gb50300-2001（10）建筑施工高处作业安全技术规范标准号为jgj80-19912.2. 文件依据（1）宣城体育馆钢结构设计图纸（2）宣城体育馆钢结构安装专项方案（3）宣城体育馆钢结构计算模型2.3. 其它（1）支撑胎架的布置情况（2）现场实际情况（3）以往工程的支撑胎架施工经验3. 胎架布置总体思路3.1. 胎架布置总体思路体育馆钢结构工程由环内和环外结构两部分组合而成。环内结构主要为高度达6m的环形网架结构及其上部的预应力穹顶组成；环外结构主要为落地式空间桁架及径向平面斜交桁架两部分组成。径向桁架跨度达到40m以上，斜交桁架截面高度2.5m-4.5m，主结构为外环桁架与环形网架支撑而形成。本工程结构复杂，安装难度高，如何实现本结构的实际设计受力状态是本工程施工管理的重点， 因此构件加工、结构安装的每个环节必须高质量、高精度的完成。为保证安装质量，所有构件加工完成均需要进行预拼装，预拼装合格后，才准出厂进场现场的拼装和安装，在结构安装前，根据本工程钢结构施工方案，在考虑钢结构安装合理性和安全性的基础上，需要在各施工分区主构件受力集中处，设置支撑胎架，用来临时支撑主体钢结构，形成稳定有效的力学体系。本工程胎架布置具体思路如下：工程体育馆中间一区提升区域设置8组提升架，相邻两榀提升架之间在顶部设置联系段，使其成为一个整体；二区、三区径向平面桁架分段吊装，hj2、hj3处环形布置，共布置36榀支撑架。体育馆中心区域无地下室，支撑架底部搭设于一层楼面上，南北两边部分支撑架支撑于看台上，需要对看台进行加固保护，支撑架的最大高度约为18m。体育馆支撑架平面布置如下图所示：临时支撑架平面布置示意图对于放置在看台板上的临时支撑架，采取在混凝土看台上做预埋件，通过预埋件与支撑架进行连接的措施。看台下方采用圆管构件对看台结构做加固处理，支撑荷载通过型钢梁传递至混凝土梁或楼板，再通过混凝土柱、或楼层间临时支撑传递至底板，确保看台及支撑结构的使用安全。 类似工程实例一类似工程实例二3.2. 钢构件分段情况表序号部位分段构件名称单榀重量（t）总重量(t)吊次(次)所用吊机1外环hj662163625t汽车吊拼装，130t履带吊吊装2hj52.8100.83625t汽车吊拼装，130t履带吊吊装3hj3+hj49.3334.83625t汽车吊拼装，130t履带吊吊装hj3单片5.7205.23625t汽车吊拼装，130t履带吊吊装hj4单片3.6129.63625t汽车吊拼装，130t履带吊吊装4hj22.7194.47225t汽车吊拼装，130t履带吊吊装5环桁架1.0329728825t汽车吊拼装，150t履带吊吊装6hj11.864.8/130t履带吊吊装7内环内环桁架/36/150t履带吊吊装8弦支穹顶/48/150t履带吊吊装3.3. 施工验算3.3.1 外环吊装hj5、hj6处支撑胎架根据外环吊装hj5、hj6处支撑胎架的平面布置情况和受力情况，内环支撑胎架拟采用截面形式为3256的焊接钢管。a截面特性a=dt=3196=6010mm2ix=iy=0.35d=0.35319=111.65mm=11.2cm=l/i，截面为b类。b承载力计算l=10m时, =l/i=1000/11.2=89.3, 查表得=0.672n=af=0.6726010215=868325n=868.3knl=15m时, =l/i=1500/11.2=113.9, 查表得=0.470n=af=0.4706010215=607311n=607.3knl=25m时, =l/i=2500/11.2=223.2, 查表得=0.153n=af=0.1536010215=179698n=179.7kn3.3.2 外环吊装hj2、hj3处支撑胎架根据hj2、hj3的分段情况和外环吊装hj2、hj3处支撑胎架的平面布置情况，外环的hj2、hj3拟选用由角钢组成的格构式支架，组合截面规格为10001000，单肢采用l756的角钢、缀条采用l565的角钢，缀条间距为1.2m。a截面特性角钢l565的截面特性：a=5.41cm2、ix=16cm4、ix=1.72cm、ix0=2.17cm、iy0=1.1cm、z=1.57cm角钢l756的截面特性：a=8.8cm2 、ix =47cm4 、ix=2.31cm、ix0=2.9cm、iy0=1.49cm、z=2.07cm组合截面特性：a=48.8=35.2cm2iy=ix=447+8.8(50-2.07)2=81052cm2iy=ix=(i/a)=47.99cm长细比=l/i，截面为b类。换算长细比0x=x2+40（a/a1x）0y=y2+40（a/a1y）a/a1x=(48.8)/(25.41)=3.25a/a1y=(48.8)/(25.41)=3.251=l/i=100/1.49=67.110.7max，需验算单肢的稳定性。b承载力计算l=15m时, x=y=l/i=1500/47.99=31.26换算长细比0x=0y=33.3, 查表得=0.924n=af=699283.2n=699.3knl=20m时, x=y=l/i=2000/47.99=41.68换算长细比0x=0y=43.2, 查表得=0.885n=af=669768n=669.8knl=25m时, x=y=l/i=2500/47.99=52.1换算长细比0x=0y=53.3, 查表得=0.84n=af=635712n=635.7knl=30m时, x=y=l/i=3000/47.99=62.51换算长细比0x=0y=63.5, 查表得=0.789n=af=5971152n=597.1knc单肢承载力1=l1/i1=1000/14.9=67.1， 查表得1=0.769n1=1a1f=145495n=145.5kn d剪力计算v=(af/85)(fy/235)=(55.6215100)/85=14063n=14.1kn作用于一侧缀条的剪力vb=v/2=7kne缀材计算nt=vb/nsin=(7103)/sin39.8o=10937.5nn=raf=0.869.51100215=175839nnt，符合要求。=1560/11=141.8200，符合要求。3.3.3 内环吊装支撑胎架根据内环的分段情况和内环处支撑胎架的平面布置情况，内环拟选用由角钢组成的格构式支架。组合截面规格为18001800，单肢采用l1108的角钢、缀条采用l756的角钢，缀条间距为2.0m。a截面特性 角钢l756的截面特性：a=8.8cm2 、ix =47cm4 、ix=2.31cm、ix0=2.9cm、iy0=1.49cm、z=2.07cm 角钢l1108的截面特性：a=17.2cm2 、ix =199cm4 、ix