预应力钢柑网组合结构屋盖设计施工
南京体院体育馆面呈椭圆形长短轴尺寸86m×62m馆厅净高15m总建筑面积8780m2屋面面积约4547m2(图661)屋盖采预应力钢析网组合结构体系桁架23外露屋面体现现代结构技术建筑艺术机结合风格
第1章 屋盖结构体系选型
根建筑环境特点配合建筑造型需素综合分析较选桁网架组合结构体系屋盖方案屋盖面长轴方2榀桁架分成约三等分宽6m高66m跨度6468m空间三角形钢桁架铰支8根直径14m独立钢筋混凝土圆柱顶(图662)铰支跨桁架跨中杆件力较改善桁架杆件受力分布合理性增强桁架刚度结合建筑造型结构方案桁架端外伸65m桁架两端角点斜拉1道预应力筋束桁架体外施加预应力(图663)根施工荷载阶段分阶段外张预应力抵抗桁架荷载状态产生部分挠度改善桁架受力性充分利杆件钢钢材强度桁架弦节点间外围柱顶间搁置23m高正放四角锥板片式网架板片式网架跨度24m桁架设置减屋盖网架效跨度面积应螺栓球节点板网架提供方便采预应力桁网架组合结构体系结构发挥次结构受力特点桁架23高度外露屋面降低建筑物高度满足规划求协调建筑环境减建筑体积节省耗声学处理带方便
第2章 屋盖体系构造
预应力桁网架组合结构屋盖设计关键预应力空间三角形钢桁架桁架关键体外预应力否桁架杆件中效建立预应力效建立关键桁架支座性设计中指架支座采双面弧形压力支座作法支座板柱顶间设l块均弧形铸钢块铸钢块两侧支座板柱顶板分焊2块梯形钢板螺栓三者连系起样桁架支座节点绕螺栓铸钢块弧面作定转动移动(图664)
桁架设计关键桁架节点计算结果表明桁架杆件拉力约2500kN压力约1600kN材截面Ф450×25传统空心球节点做法空心球直径达l2m目前国空心球模具加工800mm球统计节点钢材般占总耗钢量20~35取消空心球节点采钢直接焊接节点相贯连接节点次桁架设计突破钢相贯节点设计计算现行钢结构设计规范(GBJ1788)面相贯节点强度计算空间节点尚完备资料进行空间相贯节点试验技术费时间定难度保证桁架相贯节点设计安全空间受力分解面受力参面相贯节点强度计算适增加相贯节点强度设计安全储备受力较重节点采取加强措施(图665)
原设计考虑板网架悬挂桁架弦美国肯萨斯州体育馆屋面倒塌事例中解拉力支座采高强螺栓抗疲劳性差次设计板网架拉力支座改压力支座网架端搁置桁架弦节点端搁置外围钢筋混凝土圆柱受荷架跨中点挠度板网架必然产生次生力设计计算分析复杂化采板片式网架铰支桁架弦节点圆柱解决板网架支座变位产生次生力问题板片式网架支座接铰接网架支座采板式橡胶支座
体外预应力筋采粘结Фj15钢绞线束7根考虑斜拉索长期荷载作松弛影响斜拉索张拉控制应力σcon035ƒptk550Nmm2考虑斜拉索更换桁架端部角点斜拉索双束设置固定端采QMl5P挤压套张拉端QMl57群锚保护套采薄壁缝钢425普通硅酸盐水泥掺U型膨胀剂灌浆
第3章 屋盖结构计算
桁架施工荷载分阶段外张预应力桁架荷载工况较简化分析先求单位力作杆件力然分阶段组合选择利杆件力配置钢截面分作出端部加单位力力图弦节点加单位力力图种荷载工况力组合见表661
种荷载工况杆件力NiP1N1i+P2N2i
桁架23高度外露屋面13高度室室外温差跨度桁架存温度应力问题桁架钢采取保温措施弦杆采80mm厚聚氨酶材料保温弦杆腹杆采50mm厚聚氨醋保温采保温措施考虑室工作条件室外温度变化桁架温度应力计算参数夏季温差△t10℃冬季温差△t 20℃计算分析夏季σ弦－14Nmm2 σ弦8Nmm2冬季σ弦28Nmm2
σ弦 －16Nmm2
第4章 预应力斜拉索施工
该工程榀桁架重88t利8根独立支承柱作基点根独立柱埋4根角钢组成劲性柱顶升位
第1节 斜拉索安装基础外露部分
斜拉索安装基础外露部分斜拉索预应力筋安装前必须预应力筋保护套固定相应位置钢脚手弹出相应位置线然保护套端加焊桁架弦杆余部位脚手架时固定(扣件点焊绑扎)保留部节号套约23m套接然预应力筋放盘逐根力导入套中穿筋直预应力筋伸直止部节套复位部安锚具穿筋告结束工程采保护套Ф102厚45mm薄壁钢部节套Ф114厚45mm
第2节 分阶段张拉预应力
该工程采分次递增施加预应力抵抗衡逐次施工阶段荷载挠度预应力分3次完成第1次桁架安装道张拉值400kN第2次网架屋面板安装道张拉760kN第3次马道吊顶灯具风等安装道张拉1020kN分次张拉间隔时间较长初次应注意观察预应力筋松弛外外露预应力筋张拉工作长度锚具应作防锈蚀保护措施(加套涂油脂等)免锈蚀影响次张拉锚固
榀桁架四角配套预应力张拉设备时步张拉先拉束拉外束必时进行次补张
第3节 套灌浆
次张拉完成灌浆设阀门设铁盒保护套泌水孔压力灌浆位关闭阀门卸灌浆机头部泌水孔断注浆直沉陷凝固止进行钢套防锈处理
第5章 结语
采预应力钢桁网架组合结构屋盖国尚属首例建筑艺术结构技术相结合推动国跨度结构体系发展
采劲性柱顶升法施工工艺安装桁架螺栓球拼接片式网架方便施工节省力物力工艺简单工期短质量
桁架足尺载荷试验夏季冬季考验证明体外施加预应力方法成功相贯连接节点安全桁架受力合理均匀节省钢材达预期效果
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第1章 屋盖结构体系选型
根建筑环境特点配合建筑造型需素综合分析较选桁网架组合结构体系屋盖方案屋盖面长轴方2榀桁架分成约三等分宽6m高66m跨度6468m空间三角形钢桁架铰支8根直径14m独立钢筋混凝土圆柱顶(图662)铰支跨桁架跨中杆件力较改善桁架杆件受力分布合理性增强桁架刚度结合建筑造型结构方案桁架端外伸65m桁架两端角点斜拉1道预应力筋束桁架体外施加预应力(图663)根施工荷载阶段分阶段外张预应力抵抗桁架荷载状态产生部分挠度改善桁架受力性充分利杆件钢钢材强度桁架弦节点间外围柱顶间搁置23m高正放四角锥板片式网架板片式网架跨度24m桁架设置减屋盖网架效跨度面积应螺栓球节点板网架提供方便采预应力桁网架组合结构体系结构发挥次结构受力特点桁架23高度外露屋面降低建筑物高度满足规划求协调建筑环境减建筑体积节省耗声学处理带方便
第2章 屋盖体系构造
预应力桁网架组合结构屋盖设计关键预应力空间三角形钢桁架桁架关键体外预应力否桁架杆件中效建立预应力效建立关键桁架支座性设计中指架支座采双面弧形压力支座作法支座板柱顶间设l块均弧形铸钢块铸钢块两侧支座板柱顶板分焊2块梯形钢板螺栓三者连系起样桁架支座节点绕螺栓铸钢块弧面作定转动移动(图664)
桁架设计关键桁架节点计算结果表明桁架杆件拉力约2500kN压力约1600kN材截面Ф450×25传统空心球节点做法空心球直径达l2m目前国空心球模具加工800mm球统计节点钢材般占总耗钢量20~35取消空心球节点采钢直接焊接节点相贯连接节点次桁架设计突破钢相贯节点设计计算现行钢结构设计规范(GBJ1788)面相贯节点强度计算空间节点尚完备资料进行空间相贯节点试验技术费时间定难度保证桁架相贯节点设计安全空间受力分解面受力参面相贯节点强度计算适增加相贯节点强度设计安全储备受力较重节点采取加强措施(图665)
原设计考虑板网架悬挂桁架弦美国肯萨斯州体育馆屋面倒塌事例中解拉力支座采高强螺栓抗疲劳性差次设计板网架拉力支座改压力支座网架端搁置桁架弦节点端搁置外围钢筋混凝土圆柱受荷架跨中点挠度板网架必然产生次生力设计计算分析复杂化采板片式网架铰支桁架弦节点圆柱解决板网架支座变位产生次生力问题板片式网架支座接铰接网架支座采板式橡胶支座
体外预应力筋采粘结Фj15钢绞线束7根考虑斜拉索长期荷载作松弛影响斜拉索张拉控制应力σcon035ƒptk550Nmm2考虑斜拉索更换桁架端部角点斜拉索双束设置固定端采QMl5P挤压套张拉端QMl57群锚保护套采薄壁缝钢425普通硅酸盐水泥掺U型膨胀剂灌浆
第3章 屋盖结构计算
桁架施工荷载分阶段外张预应力桁架荷载工况较简化分析先求单位力作杆件力然分阶段组合选择利杆件力配置钢截面分作出端部加单位力力图弦节点加单位力力图种荷载工况力组合见表661
种荷载工况杆件力NiP1N1i+P2N2i
桁架23高度外露屋面13高度室室外温差跨度桁架存温度应力问题桁架钢采取保温措施弦杆采80mm厚聚氨酶材料保温弦杆腹杆采50mm厚聚氨醋保温采保温措施考虑室工作条件室外温度变化桁架温度应力计算参数夏季温差△t10℃冬季温差△t 20℃计算分析夏季σ弦－14Nmm2 σ弦8Nmm2冬季σ弦28Nmm2
σ弦 －16Nmm2
第4章 预应力斜拉索施工
该工程榀桁架重88t利8根独立支承柱作基点根独立柱埋4根角钢组成劲性柱顶升位
第1节 斜拉索安装基础外露部分
斜拉索安装基础外露部分斜拉索预应力筋安装前必须预应力筋保护套固定相应位置钢脚手弹出相应位置线然保护套端加焊桁架弦杆余部位脚手架时固定(扣件点焊绑扎)保留部节号套约23m套接然预应力筋放盘逐根力导入套中穿筋直预应力筋伸直止部节套复位部安锚具穿筋告结束工程采保护套Ф102厚45mm薄壁钢部节套Ф114厚45mm
第2节 分阶段张拉预应力
该工程采分次递增施加预应力抵抗衡逐次施工阶段荷载挠度预应力分3次完成第1次桁架安装道张拉值400kN第2次网架屋面板安装道张拉760kN第3次马道吊顶灯具风等安装道张拉1020kN分次张拉间隔时间较长初次应注意观察预应力筋松弛外外露预应力筋张拉工作长度锚具应作防锈蚀保护措施(加套涂油脂等)免锈蚀影响次张拉锚固
榀桁架四角配套预应力张拉设备时步张拉先拉束拉外束必时进行次补张
第3节 套灌浆
次张拉完成灌浆设阀门设铁盒保护套泌水孔压力灌浆位关闭阀门卸灌浆机头部泌水孔断注浆直沉陷凝固止进行钢套防锈处理
第5章 结语
采预应力钢桁网架组合结构屋盖国尚属首例建筑艺术结构技术相结合推动国跨度结构体系发展
采劲性柱顶升法施工工艺安装桁架螺栓球拼接片式网架方便施工节省力物力工艺简单工期短质量
桁架足尺载荷试验夏季冬季考验证明体外施加预应力方法成功相贯连接节点安全桁架受力合理均匀节省钢材达预期效果
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