苏州工业园区体育中心索结构施工技术-20160806

整体提升方案
低空无应力组装
索网编号和示意图
牵引索布置示意图
国家预应力工程技术研究中心/东南大学土木工程学院施工研究所
游泳馆马鞍形正交索网
整体提升方案
19根牵引索整体同步提升
第一批承重索连接固定
第二批承重索连接固定
两侧向中间，对称分批张 稳定索至WD5和WD27
中间向两侧，对称分批张拉5 根稳定索后拆除支撑胎架
苏州工业园区体育中心索结构施工技术
郭正兴 罗 斌
2016年8月
国家预应力工程技术研究中心/东南大学土木工程学院施工研究所
商业服务楼 体育场 体育馆 中央车库 游泳馆
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苏州工业园区体育中心索结构施工技术
目录
结构性能 游泳馆
V形 柱分 批固 定和 一次 性固 定对 比分 析
索夹 抗滑 移承 载力 试验
屋面 配重 分析
国家预应力工程技术研究中心/东南大学土木工程学院施工研究所
第一篇：游泳馆马鞍形正交索网
国家预应力工程技术研究中心/东南大学土木工程学院施工研究所
一、工程概况
游泳馆马鞍形正交索网
索网结构形式—马鞍形正交单层索网 构成—V 形柱、外压环、正交承重索和稳定索。 配刚性屋面，玻璃幕墙 拉索—2Ф 40mm,全封闭高钒索,1670MPa V形柱—长度15.03m～22.79m，倾角46°～ 66°， 与外压环刚接，与支座铰接 外压环—Ф 1050 mm×35mm&40mm ，Q390-B ，投影 为107m直径的圆，马鞍形高差10m 刚性屋面—金属屋面系统，铝镁锰合金氟碳涂层
继续对称张拉至稳定索张拉 完毕
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游泳馆马鞍形正交索网
高点 受压环
构
游泳馆场地条件
受压环
剖面图A-A 受压环的高点处示意
比例
预应力索网-横向双索 剖面图 B-B 受压环的高点处示意
比例
看台
受压环 V型立柱 屋面体系大样， 详平面图DD 00015 预应力索网
零状态找形阶段
4
高点
（0,108，-62）
找形1 找力1 找形2 找力2 找形3
2
零状态找形阶段
结论：

低点 （-37,0,47） 在零状态找形过程中，结构Z向位形最为敏感，找力后误差最大； 节点坐标预调值 X向位形误差和Y向位形误差波动幅度不大，较为稳定； 拉索索力误差成波浪形下降的趋势； 结构位形误差和索力误差随着找形和找力的过程而交替增大或减小； 最终拉索索力误差在3%以内，钢结构位移误差在4mm以内。
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3.3施工过程分析
施工过程分析工况表
分析计算内容 施工阶段 钢结构安装 张拉前 工况名称 SG-1 SG-2 SG-3 SG-4 SG-5 索网施工 SG-6 SG-7 SG-8 SG-9 SG-10 SG-11~SG-16 SG-17 屋面安装 部分V形诸激活和幕墙安装 SG-18 内容 钢结构受 索力及其 胎架内力 力和变形 位形 分析 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √
⑧0.3mm厚防水隔汽膜；
⑨1.8mm厚铝镁锰合金氟碳涂层YXB76-305-915
屋面自重：0.45kN/m2
压型金属板；
⑩主檩条：材质Q345Z350；
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三、关键施工技术
结 构 性 能 关 键 技 术
V形柱分批固定和一次固定对比分析
游泳馆马鞍形正交索网
此处幕墙及建筑饰面仅为示意
预应力索网-纵向双索
V型立柱
现场安装处
屋面体系详见00015平面图
索网
泳池
立柱的锥形端部 柱脚节点 支座修改为盆式支座
低点 受压环
周圈钢结构与馆内 看台完全脱离 馆内地形复杂，高 差大
受压环 V型立柱 立柱的锥形端部 柱脚节点 支座修改为盆式支座
¨ ?
此处幕墙及建筑饰面仅为示意
下部混凝土结构与基础此处仅为示意，详相关详图
看台
下部混凝土结构与基础此处仅为示意，详相关详图
由于场地条件限制， 不具备铺索条件
稳定所方向剖面 三维图
承重索方向剖面 投影平面
高点 受压环
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无支架高空溜索施工技术（实施方案）
索网编号和示意图
防腐——内层：热镀锌同内部填充；外层：锌-5%-铝混合稀土合金镀层
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索夹构造
稳定索 承重索
索夹
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索夹构造
索夹顶板 （底面朝上显示）
索夹中间板 （表面朝上显示）
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3.4索长误差及钢结构安装误差组合影响分析
误差模拟 索长误差
分布模型：均值为定长索结构性误差 0的正态分布，其3 相互影响 倍标准方差为误差限值 钢结构安装误差 分布模式：索长误差沿索长按照各索 段长度比例分布，钢结构安装误差布 op op op e e e lc i , j l i , j c i , j 置在索端 样本数量：1000个 控制标准：索力偏差应≤±10% 对结构的影响
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金属屋面
①1.0mm厚铝镁锰合金氟碳涂层直立锁边屋面板； ②0.5mm厚防水透气膜； ③1.5mm几字形檩条，材质Q345Z350； ④150mm（3*50）厚岩棉，容重100kg/m3；
⑤2mm镀锌几字形马座
⑥0.3mm厚PE膜隔汽层； ⑦50mm厚玻璃丝纤维吸音棉,容重24kg/m3,
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零状态找形分析总流程
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通 过反算 法 分 析 得到 ， 未焊接立柱的应力经计算 最大拉应力为 18.6MPa ，最 大压应力为 31.9MPa ，然而 真实的施工过程中，设缝 立柱在焊接前后都是不受 力的，内力为零。 —— 因此 反算法不适用 ， 采用正算法。 苏州游泳馆的零状态找 形分析经历了三次找形，两 次找力迭代过程。
逆算法
正算法
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40 35 30
x向位形误差 y向位形误差 z向位形误差
12
索力误差
低点 （37,0,47 10 ）
索力误差 (%)
8
位形误差(mm)
25 20 15 10 5 0 找形1 找力1 找形2 找力2 找形3
6
高点 （0，-108，-62）
②从中间向两侧重复步骤①，直至承重索全部锚固完毕
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无支架高空溜索施工技术
③铺设猫道板和安全网，从两侧向中间对称分批溜索张拉稳定索至WD5和WD27， 并安装上层索夹
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无支架高空溜索施工技术
中层索夹 承重索
下层索夹
索网编号和示意图
①从场外把承重索CZ16溜至场内安装锚固并流水安装中层和下层索夹
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无支架高空溜索施工技术
无支架高空溜索方案
对场地条件要求低，可以以承重索作为铺设 稳定索的支承平台 不需要 中下层索夹在地面安装，精度易保证，上层 索夹安装需高空作业 相同 拉索与下部结构分离，可避免两者互相损伤 无影响
安全性
工期
受场地条件限制明显，若场地 良好则无高空作业，安全性高
由于会与下部结构和辅助设施 相互影响，所以工期较长
高点
高点
施工安装过程中首Hale Waihona Puke Baidu先固定的V形柱
低点
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拉索与钢环梁连接构造
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金属屋面
索夹上层两端共开有 4 个螺栓孔 用以与屋面檩条系统连接，连接采用 8.8级M12摩擦型高强螺栓，施加预紧 力为22.5kN。
M30螺栓配2个螺母 （中间单螺母，顶端单螺母）
索夹
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索夹安装流程
承重索安装时
稳定索安装时
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V形柱
低点
施工安装过程中未 固定的V形柱
柱底支座-铰接 柱与环梁刚连接
迭代正算法
NDFEM法
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3.1施工方案设计
钢结构总体施工顺序
胎架安装
环梁安装
V形柱安装
拉索安装与张拉
拆胎架
安装金属屋面
剩余V形柱焊接固定 环梁幕墙结构安装
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国外类似工程——伦敦自行车馆
建筑尺寸：120×100m
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国外类似工程——伦敦自行车馆
索网地面组装，整体牵引提升
结构剖面
场地条件
拉索在看台上展开
索网牵引提升
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承重索溜索就位 WD01、WD31溜索，并张拉 WD02、WD30溜索，并张拉 WD03、WD29溜索，并张拉 WD04、WD28溜索，并张拉 WD05、WD27溜索，并张拉 WD16溜索，并张拉 WD15、WD17溜索，并张拉 WD14、WD18溜索，并张拉 拆胎架 …… WD07、WD25溜索，并张拉 WD06、WD26溜索，并张拉
施工 体育场
柱脚 滑动 机制 研究 及侧 向刚 度影 响分 析
体育场
游泳馆
索长 误差 及钢 结构 安装 误差 组合 影响 分析
V形 柱倾 角对 结构 的影 响分 析
外围 钢环 梁刚 度对 结构 的影 响分 析
结构 自振 特性 研究
索夹 极限 承载 力试 验
施工 方案 设计
零状 态找 形分 析
施工 过程 分析
需要高空作业，需铺设猫道和下挂安全网保 证人员安全
对下部结构和辅助设施施工无影响，可缩短 工期；存在高空作业，可能会影响整天工期
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3.2零状态找形分析
设计图纸——整体成型状态（含屋面）
钢结构安装尺寸 ？
零状态找形
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张拉
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导索最大索力为 112KN，此时拉索中索力 SG-10（拆胎架），最大不平衡力为 SG-18V形柱最大压应力为57.6MPa 为0，选用1860 级φ 15.2钢绞线 81.2kN
SG-9钢环梁最大压应力为192.1MPa 承重索全部溜完后最大索力为 709.6kN
稳定索索力变化图
分批固定 一次固定 V形柱倾角对结构影响分析 外围钢环梁刚度对结构的影响分析 弹性模量E放大或缩小 整体提升法 拉索施工方案比选 无支架高空溜索施工法 专利申请号：201610331410.3
施 工 关 键 技 术
索网零状态找形分析 施工过程分析 索长误差及钢结构安装组合误差分析 屋面配重分析 索夹抗滑移承载力试验
V型柱
钢环梁
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索网
二、工程特点
拉索
类型 强度级别 /MPa 1670 索体
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索头 锚具/ 固定端 热铸锚 连接件/ 固定端 叉耳式
直径/mm
40
有效截面 最小破断 积/mm2 荷载/kN 1140 1640
调节装置
无
全封闭索
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无支架高空溜索施工技术
④从中间向两侧溜索并张拉剩余稳定索，并安装上层索夹
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拉索施工方案对比
整体提升方案
组网时工作面 条件 牵引提升 索夹安装 精度 张拉稳定索 索体和看台保 护 地面和看台的 辅助设施施工 适用于场地条件良好，无需大 量支架和保护设施 需要 无高空作业，操作过程安全方 便，可高精度安装索夹 相同 搭设的支架会损坏下部结构表 面，索网组装时索体容易受损 影响很大