北京空间大跨度索托结构钢结构体育馆的结构体系与施工技术附图

空间大跨度索托结构钢结构体育馆的结构体系与施工技术[摘要]：通过北京芦城体校曲棍球训练馆钢结构工程的实践，介绍了其建筑形式，结构设计体系和主要的节点形式。同时研究了该工程钢结构的安装方案及预应力张拉方案，包括安装胎架的设置、张拉控制原则和分级张拉过程有限元仿真分析。[关键词]：索托结构钢结构设计安装预应力张拉Large-spanCable-supportedStructureAppliedinStadiumStructuralSystemandItsConstructionMethod[Abstract]ThroughtheBeijingLuChengPhysicalEducationSchoolHockeyTrainingBuilding,theessayintroducesthebuildingtype,structuralsystemandmainconnectiontypes.Inmeantime,theinstallationmethodandpre-stressstretchingplanarealsodiscussedincludingtheinstallationtemplateplatform,stretchingprincipleandfiniteimitatinganalysisofthestretchingprocedureinsteps.[Keywords]Cable-supportedStructure;StructuralDesign;Installation;Pre-stressStretching目前国内外超大跨度结构仅有斜拉和悬索结构两种，且都存在若干缺点。而索托结构因其斜索效率大大改善，受力合理，较斜拉结构节省了50%以上的索锚头，提高了索的可靠性，索对结构梁的支承不是采用“拉”、“吊”的连接方式，而是采用“托”的方法，使连接的可靠性大大增加。索托结构中的塔高较斜拉结构要低得多，索托结构的塔高仅为跨长的1/8～1/12，降低塔高近3倍。增加结构侧向刚度近27倍。索托结构是采用多根托索，超静定次数多，即使某一、两根受力索失效，结构也不会坍塌，可靠性高，下面对其结构设计形式和施工技术做一简要介绍。1、工程概况1.1钢结构工程介绍北京芦城体校曲棍球训练馆工程位于北京大兴区黄村镇（芦城体校内），是由北京市芦城体育运动技术学校投资新建，由我司负责现场钢结构的安装（如图1所示）。本工程采用索托结构是我国具有自主知识产权的新型结构，是一种极具推广价值的新型索结构。图1：北京芦城体校曲棍球训练馆工程本工程屋顶钢结构为跨度75米的梭形钢架索托结构，部分为单层拱壳辅助用房。训练馆工程在①轴—eq\o\ac(○,8)轴，eq\o\ac(○,A)轴—eq\o\ac(○,N)轴的位置，平面长度102m，宽度105m，建筑面积为10710m2。主体为钢框架结构，包括格构柱（GGZ-1）、抗风柱（KFZ-1、2）、主桁架（ZHJ-1）、玻璃幕墙连接桁架（QHJ）、悬臂梁（XBL），如图2所示：抗风柱KFZ主桁架ZHJ悬臂梁XBL格构柱GGZQHJ抗风柱KFZ主桁架ZHJ悬臂梁XBL格构柱GGZQHJ图2：北京芦城体校曲棍球训练馆工程轴测图1.2索托结构介绍本工程共有8榀主桁架，每榀主桁架设置两根Φ80拉索，布置形式为折线（如图3）。转向采用索鞍座（如图4），索与钢桁架之间采用索夹固定，防止索振颤（如图5）。钢索采用扭绞形平行镀锌钢丝束，钢丝强度为1670N/mm2,外包PE，索头采用冷铸锚，设计初始预拉力为1000KN。图3：北京芦城体校曲棍球训练馆工程立面图图4：索鞍结构示意图图5：索托结构示意图依扔图摄6恼：拉索锚头装误置加2每、皆主桁架的吊装锻晚纪根据本工程现呈场条件商及结构宰特点，工先安装格构柱冰，然后安装主着桁架，每两榀忠主桁架安装完胁毕后，马上安园装次桁架，以宗便形成稳定的拒空间结构体系浇。考虑到现场椒主桁架拼装及奇倒运的便利性刻，主桁架安装此的顺序是从一翻侧向另一侧进考行，即从eq\o\ac(○,羡H零)阔轴线向eq\o\ac(○,旗A袍)均轴线推进。灌由于主桁架长芹度大，吊装过薪程中易发生变蹦形，决定对主幅桁架分二段进亲行吊装。欣主桁架分段后宅的重量孩为住8.而3英吨，则选用一守台浓5季0排吨汽车吊进行猛吊装就位钟，谢吊装示意图恋如葡图井7寨、党图恢8邪所示负：丑安装顺序安装顺序颂图祝7构：海主桁架吊装平掩面示意图临时加固杆件临时加固杆件Φ108×4想害静图潮8绒：无主桁架吊装立铲面示意图3、拉索安装语3.1串拉索张拉的先鼓序工作雅拉索正式张拉腐前，应完成以公下工作：或（挠1殿）根据钢结构华安装方案和拉息索施工方案，营进行施工过程鲜的勇细化分析，掌耀握施工过程的丹结构状态和结村构特性，为拉皱索施工提供参性数（如拉索施系工张拉力），僵为施工监测提衡供理论参考值乡，确保施工安虽全。挪（浴2脉）本所有结构安装做完毕，且构件鼓之间以及支座铸连接就位。偷（撤3接）领直接和斜索的荒节点，其空间铺坐标精度需严笔格控制。节点柳上与索相连的膜耳板方向也应简严格控制，以顺免影响拉索施猛工和结构受力松。蕉（雪4水）坝拉索张拉设备气须配套标定。工千斤顶和油压厅表须每半年配容套标定一次，夜且配套使用。慕标定须在有资舞质的试验单位质进行。里3.约2短张拉顺序8熊张拉顺序的原恢则为：对称和老均匀。本工程顷共有夸16掀根拉索，寨采取对称张拉饼的方法，拘张拉顺序从中狱间向两侧进行泻，如图右9旦所示：866442211335577胃图煌9旱：拉索张拉顺扬序示意图衔单根拉索嘱张拉分级程序涉拉索同步张拉响，泡为保证同步，顶张拉寨分罩5躺级：仓0敬%盯—挂>25约%舰—多>50规%爬—彩>70佳%针—扛>90漆%践—械>100扣%泻。赠张拉时油压应蔽缓慢、平稳，办并且边张拉边卸拧紧调节套筒恨。鞭3.块3划拉索张拉机具贩张拉机具包括吴：张拉设备和叨工装等。奥张拉设备采用宁液压千斤顶、屑油泵、油压表友和油管等，其于中液压千斤顶寇和油压迈表配套标定。灿图工1沸0述：臂张拉设备图价每个张拉点采疾用一套工装、姜两台液压千斤度顶（并联）、茅一台油泵、一张个进油油压表晋、一个回油油槐压表、一个三闹通、若干油管埋等。候由于每个张拉务点采用两台千震斤顶并联，因虫此并联的两台表千斤顶须与油翁压表进行配套校标定，并配套上使用。张拉设凡备在有资质试少验单位的试验趟机上进行标定都，千斤顶与油姻压表配套校验同，并作主被动便标定。标定数套据的有效期警在督6卵个月以内。悟正式张拉前，蜡张拉设备和工绒装等辅助设备奶全部准备及加饶工到位运至现卸场。张拉时，纤服从统一指挥津，按张拉给定病的控制技术参城数进行精确控别制张拉。内选用千斤顶的协主要技术参数虾表凝（脸表悠1振）院型号你公称张拉力碧kN弹公称油脱压遍Mp吗a跃穿心孔径兰mm驰张拉行程舌mm棚主机质量鞭kg序千斤顶长度牌备注氧YCW200驰B虽1998优53卖φ授120嗓200读135梨382汤用于施工张拉袋力低艰于徐400T森YCW100锈B维1000万51柳φ边78酸200放65茧370姜用于施工张拉抽力低岩于肝200T帮3.屑4特拉索张拉控制目项目辟拉索张拉控制衫项目包括：索命力和结构变形传，其中结构变佛形包括更主桁架傲的竖向和水平素变形。其中以卵索力为主要控额制项目，而结牵构变形为一般堪控制项目。座3.5得肿张拉监测监测内容暖在整个施工过永程中，应对索灯力和结构几何帆尺寸（变形）钳加以控制。因应此，现良场预应力施工耍测试主要是两沈大部分：索力涉测试和结构变爆形测试。其中日结构变形监测避内容包括汇主桁架暂的竖向和水平直变形捕3.5危.2难堡聪监测方法和设矩备蜂（爽1蜘）拉索索力监裹测裤目前索力测试每方法主要有千卧斤顶法、压力筑传感器法、频刚率法、磁通量系法等等，各种塔测试方法适用评性不同。戒考虑到汽体校澡建成后的维护待和管理以及施冰工简便等因素加，本工程拟采城用千斤顶加载症法和频率法准颂确测试缆索索邀力，达到安全吨合理施工目的遗。起①嘱对于正在张拉貌的拉脉索分—目—叼千斤顶法依由于千斤顶的纷张拉力与油缸楼中的液压有直慈接的关系，利概用千斤顶油压肿面积一定时，驱油缸中的液压非与千斤顶的张慢拉力成比例这骂一原理，将油玩压表读数换算么成千斤顶的张鼠拉力。在缆索虚索头安装张拉乒机具，逐级缓判慢加载直至缆决索的调节装置蓄可以旋动，此替时的千斤顶张砍拉力即为缆索今索力。超该方法需要把偷千斤顶和油压抄表配套标定以掌及制作与缆索矩索头匹配的大脊型工装，且加横载过程必须始未终保持缆索不爆松弛，保证结绞构安全。中图征1技1搜：摇千斤顶加载法块现场照片安②血芹对于已张拉的粘拉咽索码—晶—朋频率法巷利用附着在缆跨索上的精密无焰线加速度传感柜器，采集缆索脊在环境激励或曾人工激励下的疤振动信号，经市过滤波、放大贵和频谱分析，虎再由频谱图确疑定缆索的自振轨频率，然后根兆据自振频率与途索力的关系确代定索力。用频旷率法测试索力全，设备可重复钞使用。现有的凯仪器及分析手最段，测试频率扁的精度可以达撇到袭0.001H战z哪。只要准确建那立索力和频率兼的对应关系，未利用频率法测积索力便可达到羊很高的精度。械该法测试索力葛具有操作简单幕、费用低和设顷备可重复利用俘的优点。财该方法应用于台本工程的最大屋难点在于准确吧建立索力和频界率的对应关系柜。不同于桥梁嘉结构，本工程象缆索一端连接热固定钢屋盖，戒一端连接钢拱优，缆索之间相迁互影响较大，洋索端视为弹性帝支承，必须考己虑整体结构频狼率与单索频率怀的耦合。熟因此，采用二斩级标定程序。仿首先，在制索乱单位，在拉索要预张拉时标定猴索力－频率关症系，此时拉索吸两端固定，索垒力值由试验加牌载设备直接读袄取；然后，在狱张拉现场，对距正在张拉的拉枣索再次进行索嫂力－频率标定停，此时拉索参刘与结构中，两暗端为弹性支座包，索力值由液需压千斤顶的油办压表读取。泼图逐1诚2敲：代无线加速度传狼感器测试照片瑞（霸2已）结构变形监马测次结构变形是结兆构受力下的总誓体反应。监控尼预应力张拉过挽程中结构的变期形状况，可间境接了解结构特饮性、验证理论乳分析、把握整移体结构的施工薪质量等。沈全站仪是目前堤在大型工程施胀工现场采用的耀主要的高精度也测量仪器。全狡站仪可以单机删、远程、高精莲度快速放样或刃观测，并可结饱合现场情况灵秘活地地避开可羞能的普各种干扰。播施工测量控制桃网是施工放样携和施工中变形避测试的基准，叙为了确保测量婆精度，一般需渣要在原有控制哲网的基础上进扎行网点加密，抹并对其进行严挤密平差及定期帽复测。高程控惠制网的两端必次须进行水准校吼测，以保证两早端高程的统一筹。高程控制网欠的布设应与平领面控制网的布盟设同时进行，名采用全站仪时立放样用的主要逝平面控制点应宾纳入高程控制跃网，统一联测拦平差。高程控阔制网的基本网纳和加密网精度根保持一致，其查精度根据规范企确定。复测精粪度与建网精度驾相同。威为保证施工放诵样或观测的精晚度和速度，对屡放样或观测的宋主要控制点应长设强制对中固擦定观测墩座；托对于其它控制携点也应尽量设事强制对中固定哭标志杆，以便姜于精确照准。式采用全站仪可贼直接由控制点号进行三维放样絮，可达到很高甩的精度效果。配4匠、预应力拉索摸张拉百仿真计算搏4贪.1爹计算模型的建盾立廊考虑到本工程亩的重要性和复厘杂性，我们域采敲用寒MIDAS烟Inform候ation塔Techno指logyC畜o.,Lt支d且公司的通用有乔限元分析软翼件锈MIDAS/彩GenVe循r.叮，整体模型如界图丸9终所示：昂图荐1土3编：爪MIDAS防中的耳整体猛模型控4密.爽2坟预应力张拉仿套真分析蜻撑捆对惧于预应力钢结贴构来说，在预材应力施工过程物中，结构的形子状和内力分布福不断发生变化堵。为了验证张搭拉方案的合理夸性并保证结构勿在施工过程中冰的稳定，需要剂对拉索张拉过日程中进行精确但的模拟计算扬。怨钟4跌.室2铺.1路第=1\*ROMAN散I矮级张拉（张拉齿至忘90袭%捡初始预张力）膝图搜1哗4犬：结构变形值评（拼mm膛）晒苍汪判煤图荷1养5让：桁架杆件轴旦力萄（趟KN锄）构脉图版1音6体：拉索索力迫（期KN苏）繁亦葛图迎1马7铅：杆件应力比难4爷.4.2篇第=2\*Arabic地2沈级张拉（张拉拉至靠100暗%床初始预张力）惧图遣1仔8饶：结构变形值合（浇mm皆）字壶少店惜图逗1殿9拣：桁架杆件轴主力顷（准KN宰）工图粉20讽：拉索索力匙（析KN捆）探伶偷聚绿图疲21买：杆件应力比裂在施工现场对督拉索张拉过程摘进行实时监测催，所得数值基焰本与仿真分析此理论值秧相吻合奇。封5、结语堆我国空间结构太的迅速发展，愿索托结构这一巩新型结构体系寄在建筑钢结构逝中的应用越来服越多，对索托