工業(yè)園區(qū)體育中心體育場拉索施工方案

蘇州工業(yè)園區(qū)體育中心（二標(biāo)段）

體育場拉索施工方案

方案階段：施工方案

專項(xiàng)施工單位:南京東大現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力工程有限責(zé)任公司

總包施工單位：中建鋼構(gòu)

編制日期：2015-10

目錄

目錄................................................................2

蘇州工業(yè)園區(qū)體育中心（二標(biāo)段）體育場拉索施工方案....................5

1工程概況........................................................5

1.1屋蓋幾何尺寸...............................................5

1.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)...................................................7

1.3鋼結(jié)構(gòu)和拉索材料和規(guī)格.....................................9

1.4環(huán)索連接夾具..............................................10

2方案編制依據(jù)...................................................11

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對拉索及其相關(guān)施工的要求...............................11

3.1鋼索的種類與規(guī)格..........................................11

3.2索體及索頭材料............................................12

3.3拉索的加工及運(yùn)輸..........................................12

3.4索結(jié)構(gòu)的安裝..............................................12

4工程特點(diǎn)和施工難點(diǎn)及對策.......................................13

4.1工程特點(diǎn)..................................................13

4.2工程施工難點(diǎn)和對策........................................13

4.2.1索網(wǎng)施工方法........................................13

4.2.2索網(wǎng)施工分析........................................13

4.2.3結(jié)構(gòu)施工誤差控制....................................14

4.2.4索力監(jiān)測............................................14

4.2.5索夾抗滑............................................15

5預(yù)應(yīng)力施工實(shí)施的思路...........................................16

6結(jié)構(gòu)施工總體方案...............................................16

6.1全結(jié)構(gòu)總體施工方案........................................16

6.2索網(wǎng)總體施工方案..........................................16

6.2.1索網(wǎng)施工順序........................................17

6.2.2索網(wǎng)施工控制原則....................................21

7施工現(xiàn)場平面布置...............................................21

7.1拉索進(jìn)場場內(nèi)平面布置......................................21

7.2拉索地面安裝場內(nèi)平面布置..................................24

7.3操作平臺(tái)驗(yàn)算...............................錯(cuò)誤!未定義書簽。

8結(jié)構(gòu)拉索材料和制作.............................................25

8.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對拉索及其相關(guān)施工的要求..........................25

8.1.1鋼索的種類與規(guī)格....................................25

8.1.2索體及索頭材料......................................25

8.1.3拉索的加工及運(yùn)輸....................................25

8.1.4鋼索的錨具及夾具....................................26

8.1.5索結(jié)構(gòu)的安裝........................................26

8.2結(jié)構(gòu)拉索規(guī)格和索頭形式....................................27

8.2.1熱鑄錨材料..........................................28

8.2.2Galfan光面索制作流程................................28

8.2.3Galfan光面索制作要求................................29

9工裝索的材料...................................................29

10拉索施工.......................................................31

10.1索網(wǎng)的低空組裝............................................31

10.1.1拉索安裝前的先序工作................................31

10.1.2索網(wǎng)低空組裝總體原則................................32

10.1.3索網(wǎng)組裝施工順序....................................32

10.2索網(wǎng)的牽引提升............................................38

10.2.1索網(wǎng)牽引提升的先序工作..............................38

10.2.2索網(wǎng)牽引提升施工原則................................39

10.2.3索網(wǎng)牽引提升施工工序................................39

10.2.4索網(wǎng)牽引提升機(jī)具....................................47

10.2.5提升張拉施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)..........................48

10.2.6提升張拉設(shè)備使用....................................48

10.2.7提升張拉調(diào)整措施....................................49

10.2.8提升張拉應(yīng)急措施....................................49

11索夾抗滑移能力試驗(yàn).............................................50

12施工組織.......................................................50

12.1預(yù)應(yīng)力工程施工總體設(shè)想....................................50

12.2工程組織管理的設(shè)想........................................50

12.3工程進(jìn)度的設(shè)想............................................50

12.4管理組織..................................................51

12.4.1勞動(dòng)力安排..........................................51

12.4.2設(shè)備安排............................................51

12.5預(yù)應(yīng)力施工與其它專業(yè)施工的協(xié)作配合........................51

13預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量管理.............................................52

13.1質(zhì)量方針..................................................52

13.2質(zhì)量目標(biāo)..................................................52

13.3質(zhì)量管理組織機(jī)構(gòu)..........................................52

13.4質(zhì)量控制程序..............................................53

13.4.1質(zhì)量檢查程序........................................53

13.4.2質(zhì)量保證程序........................................53

13.5質(zhì)量保證措施..............................................53

13.5.1切實(shí)可行的施工方案保證..............................53

13.5.2工藝施工保證........................................54

13.5.3勞務(wù)素質(zhì)保證........................................54

13.5.4成品保護(hù)............................................54

13.5.5經(jīng)濟(jì)保證............................................54

14預(yù)應(yīng)力施工安全生產(chǎn).............................................54

14.1安全管理的方針............................................54

14.2安全生產(chǎn)目標(biāo)..............................................54

14.3安全組織保證體系..........................................55

14.4安全教育程序..............................................55

14.5安全管理制度..............................................56

14.6安全措施..................................................56

15文明施工.......................................................57

15.1文明施工目標(biāo)..............................................57

15.2文明施工措施..............................................57

15.3文明施工管理機(jī)制..........................................57

16預(yù)應(yīng)力工程分項(xiàng)驗(yàn)收資料.........................................57

17預(yù)應(yīng)力施工全過程分析...........................................57

17.1施工分析內(nèi)容..............................................57

17.2分析軟件和方法............................................58

17.2.1分析方法............................................58

17.2.2分析軟件............................................58

17.2.3單元類型............................................58

17.2.4材性................................................58

17.2.5荷載................................................58

17.2.6結(jié)構(gòu)建模............................................58

17.3結(jié)構(gòu)自重下初始態(tài)分析......................................59

17.4鋼結(jié)構(gòu)安裝分析............................................62

17.4.1恒載態(tài)找形分析目標(biāo)..................................63

17.4.2零狀態(tài)找形分析......................................63

17.4.3環(huán)境溫度對鋼結(jié)構(gòu)安裝位置的影響分析..................67

17.4.4單根不承受豎向荷載立柱連接套筒分析..................73

17.5索網(wǎng)施工過程分析..........................................74

17.5.1索網(wǎng)牽引提升和張拉順序..............................74

17.5.2索網(wǎng)牽引提升和張拉過程位形變化......................78

17.5.3索網(wǎng)牽引提升和張拉過程索力變化......................83

17.6索網(wǎng)牽引提升過程對周邊鋼結(jié)構(gòu)影響..........................88

17.6.1鋼結(jié)構(gòu)在索張拉過程中各工況應(yīng)力分析..................88

17.6.2鋼環(huán)梁在索張拉過程中各工況位移分析..................93

17.6.3支撐胎架在索張拉過程中受力分析......................99

17.7索長誤差和周邊節(jié)點(diǎn)安裝誤差的影響分析.....................101

17.7.1徑向索索長誤差分布模型.............................101

17.7.2徑向索索長誤差下拉索應(yīng)力統(tǒng)計(jì).......................103

17.7.3徑向索節(jié)間長度允許誤差.............................104

17.7.4徑向索外聯(lián)節(jié)點(diǎn)安裝允許誤差.........................105

17.7.5結(jié)論...............................................106

蘇州工業(yè)園區(qū)體育中心（二標(biāo)段）體育場拉索施工方案

1工程概況

蘇州工業(yè)園區(qū)體育中心位于蘇州工業(yè)園區(qū)內(nèi)，基地西距金雞湖2.5公里，北

部靠近中央文化區(qū)和湖東核心區(qū)，南部與斜塘河景觀相鄰。項(xiàng)目占地47.25公頃,

總建筑面積約35萬平方米。

體育場建筑面積81,000平方米，為地上五層混凝土結(jié)構(gòu)加鋼結(jié)構(gòu)屋面，鋼

結(jié)構(gòu)除在混凝土結(jié)構(gòu)三層設(shè)置錢接柱腳及于上層看臺(tái)側(cè)向設(shè)置連桿外，自成平衡

體系?；炷量磁_(tái)高度31.8米，鋼結(jié)構(gòu)屋面高度52.0米。體育場無地下室，僅

有局部地下通道與車庫相連。

體育場的屋面結(jié)構(gòu)體系是中間開孔的單層索網(wǎng)體系，設(shè)計(jì)思路來自于預(yù)張拉

鋼條的自行車車輪，主要包括結(jié)構(gòu)柱、外壓環(huán)、徑向索以及內(nèi)環(huán)索。屋蓋外邊緣

壓環(huán)幾何尺寸為260mx230m,馬鞍形的高差為25m,整個(gè)屋蓋的展開面積達(dá)到

31600m2o外圈的傾斜V型柱在空間上形成了一個(gè)圓錐形空間殼體結(jié)構(gòu)，從而形

成剛性良好的屋蓋支承結(jié)構(gòu)，直接支撐頂部的外側(cè)受壓環(huán)。

體育場主體結(jié)構(gòu)體系包括結(jié)構(gòu)柱、受壓環(huán)梁、徑向索與內(nèi)環(huán)索，全封閉索網(wǎng)

屋面支撐于外側(cè)的受壓環(huán)梁與內(nèi)側(cè)受拉環(huán)之間，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)屋面采用上覆膜結(jié)構(gòu)，

上覆膜結(jié)構(gòu)是基于輪輻的原理發(fā)展而來的，結(jié)構(gòu)的外側(cè)為整個(gè)體育場的幕墻。

體育場結(jié)構(gòu)模型圖如下圖。

圖1-1體育場結(jié)構(gòu)模型簡圖

1.1屋蓋幾何尺寸

體育場屋蓋外邊緣壓環(huán)幾何尺寸為：長軸260m,短軸230m；馬鞍形屋面的

高差25m,其中壓環(huán)梁低點(diǎn)標(biāo)高+27m,壓環(huán)梁高點(diǎn)處標(biāo)高+52m,體育場的立面

高度在27到52nl間變化，形成了輕微起伏變換的馬鞍形內(nèi)環(huán)，屋蓋上的軸線是

基于體育場看臺(tái)的軸線而相應(yīng)布置的。

體育場平立面尺寸示意圖及屋蓋平面軸線分布圖如下。

高點(diǎn)壓環(huán)梁

M④

磅

④

f低

?點(diǎn)

f壓

環(huán)

?梁

⑥-

^

1

f

高點(diǎn)壓環(huán)梁

圖1-3體育場屋蓋平面軸線分布圖

1.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本工程預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)為單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，屬于預(yù)應(yīng)力自平衡的全張力結(jié)構(gòu)體

系，全張力結(jié)構(gòu)體系必須通過張拉，在結(jié)構(gòu)中建立必要的預(yù)應(yīng)力，才具有結(jié)構(gòu)剛

度，以承受荷載和維持形狀。

1）體育場的屋面結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)原理是全封閉索網(wǎng)體系，也稱輪輻式結(jié)構(gòu)體

系，內(nèi)部的受拉環(huán)以及外側(cè)的受壓環(huán)通過對徑向索施加預(yù)應(yīng)力而形成預(yù)應(yīng)力態(tài)。

屋蓋結(jié)構(gòu)簡圖如下圖。

2）主要的結(jié)構(gòu)體系包括結(jié)構(gòu)柱、外壓環(huán)、徑向索以及內(nèi)環(huán)索。施加在屋蓋

上的荷載，通過徑向索傳遞到外壓環(huán)上。如果徑向索的拉力增大，則意味著外壓

環(huán)的壓力和內(nèi)拉環(huán)的拉力均會(huì)增加。

3）外圈傾斜的V型柱在空間上形成了一個(gè)圓錐形的空間殼體結(jié)構(gòu)，從而形

成剛度良好的支撐結(jié)構(gòu)，直接支撐設(shè)置于頂部的外側(cè)受壓環(huán)。所有的屋蓋結(jié)構(gòu)柱

支承在混凝土結(jié)構(gòu)上，屋蓋結(jié)構(gòu)柱下同時(shí)設(shè)置有混凝土柱，如下圖所示。

圖1-5體育場結(jié)構(gòu)柱及環(huán)梁簡圖

設(shè)置的V型立柱對于基礎(chǔ)沉降較為敏感，為了減小基礎(chǔ)沉降差的影響，對

于結(jié)構(gòu)柱的設(shè)置進(jìn)行了方案優(yōu)化的比較，且為了節(jié)約鋼材，讓特定部位的立柱承

受指定的荷載。其中，紅色的立柱為承重及抗側(cè)力體系柱，承受結(jié)構(gòu)整體荷載；

綠色的立柱為抗側(cè)力體系柱，不承受豎向荷載；藍(lán)色的立柱為幕墻立柱，只承受

徑向荷載。

下圖為1/4局部的不同類型立柱布置圖。

圖1-61/4局部的不同類型立柱布置圖

為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)柱的特定受力，在相應(yīng)較支柱底設(shè)置相關(guān)銷軸來實(shí)現(xiàn)。體育場

用了關(guān)節(jié)軸承錢支座、可以上下滑動(dòng)的關(guān)節(jié)軸承錢支座、可以上下左右滑動(dòng)的關(guān)

節(jié)軸承較支座、V形柱其中一根柱的套筒滑動(dòng)支座。具體柱腳節(jié)點(diǎn)示意圖如下。

圖1-8雙向錢接+豎向滑動(dòng)柱腳節(jié)點(diǎn)示意圖

圖1-9雙向較接+豎向滑動(dòng)+切向滑動(dòng)柱腳節(jié)點(diǎn)示意圖

1.3鋼結(jié)構(gòu)和拉索材料和規(guī)格

鋼結(jié)構(gòu)材料及規(guī)格：鋼柱和受壓外環(huán)梁主要采用圓鋼管截面，部分柱采用圓

鋼管和方鋼管組合截面。

拉索材料和規(guī)格：共有40根徑向索，內(nèi)側(cè)受拉環(huán)由8根環(huán)向索組成，所有

索均采用全封閉索，對鋼索進(jìn)行防腐處理，內(nèi)層采用熱鍍鋅連同內(nèi)部填充，外層

采用鋅-5%-鋁混合稀土合金鍍層。

徑向索根據(jù)不同的受力部位共有三種直徑：100mm,110mm,120mm（內(nèi)環(huán)

曲率大的地方預(yù)應(yīng)力大，故采用索直徑大），內(nèi)環(huán)索采用8根直徑為100mm的全

封閉索。

表1-1拉索、索頭材料和規(guī)格表

索體索頭

連接調(diào)

錨具節(jié)

拉索級(jí)別索體件

規(guī)格/固定裝

防護(hù)（固定

/MPa置

端

端）

9/10/11/12/13

100熱鑄叉耳

29/30/31/32/331670GALFAN無

mm

軸錨式

5/6/7/8

徑14/15/16/17110熱鑄叉耳

索1670GALFAN無

向25/26/27/28mm錨式

網(wǎng)

索34/35/36/37軸

結(jié)1/2/3/4

構(gòu)18/19/20/21120熱鑄叉耳

1670GALFAN無

22/23/24mm錨式

38/39/40軸

熱鑄叉耳

環(huán)索16708*100mmGALFAN無

錨式

1.4環(huán)索連接夾具

索夾徑向索和環(huán)向索的鑄鋼節(jié)點(diǎn)，8根環(huán)向通過環(huán)索索夾與徑向索相連；為

減小鑄鋼重量、減少鑄鋼模具，降低造價(jià)，本工程環(huán)索徑向索連接節(jié)點(diǎn)中間耳板

與加強(qiáng)板采用鋼材焊接，再將鑄鋼索夾節(jié)點(diǎn)焊在其上

環(huán)索連接夾具（鑄鋼節(jié)點(diǎn)）材料選用GS20Mn5V,其化學(xué)性能及力學(xué)指標(biāo)

參照歐洲及德國標(biāo)準(zhǔn)DINEN10213的規(guī)定，具體見表1-2,且索夾鑄造后須對

索孔等位置進(jìn)行二次機(jī)械加工打磨，以滿足精度要求。

表1-2GS20Mn5V化學(xué)性能及力學(xué)指標(biāo)

厚度強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度破壞變形

牌號(hào)

(mm)(MPa)(MPa)(%)

修10030055024

GS20MN5V

t<25030055024

圖1-11環(huán)索連接夾具構(gòu)造圖

2方案編制依據(jù)

1）本工程設(shè)計(jì)施工圖紙以及相關(guān)技術(shù)文件。

2）拉索材料：《建筑工程用索》

（1）Galfan涂層拉索

a.《鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層鋼絲、鋼絞線》GB/T20492-2006

b.德國規(guī)范DINEN10213

（2）工裝索

a.《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GB/T5224-2003

b.《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》GB/T14370-2007

c.《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ85-2002

3）鑄鋼件：《鑄鋼節(jié)點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》CECS235：2008

4）設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收規(guī)范

a.《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012

b.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003

c.《預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS212：2006

d.《建筑結(jié)構(gòu)用索應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》DG/TJ08-019-2005

e.《建筑工程預(yù)應(yīng)力施工規(guī)程》CECS180：2005

f.《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661-2011

g.《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50300-2013

h.《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205-2011

i.《重型結(jié)構(gòu)（設(shè)備）整體提升技術(shù)規(guī)程》DG/TJ08-2056-2009

5）張拉設(shè)備

a.《預(yù)應(yīng)力用液壓千斤頂》JG/T5028-93

b.《預(yù)應(yīng)力張拉機(jī)械用電動(dòng)油泵》JG/T5029-1993

6）有關(guān)廠家產(chǎn)品說明書

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對拉索及其相關(guān)施工的要求

3.1鋼索的種類與規(guī)格

體育場拉索分為徑向索與環(huán)向索，且所有拉索均采用定長索，規(guī)格為①100、

①110和①120,要求布魯克拉索。

3.2索體及索頭材料

體育場拉索采用全封閉鎖緊鋼絲束，彈性模量1.60X105Mpa,公稱抗拉強(qiáng)

度為1670Mpa,索體防腐形式采用鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層。

拉索的索頭采用熱鑄錨具，叉耳式連接件，索頭承載能力應(yīng)不低于索體承載

力。所有銷軸采用40Cr,標(biāo)準(zhǔn)參考《合金結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T3077-1999),直徑大于

120mm的銷軸應(yīng)采用鍛造加工工藝。

3.3拉索的加工及運(yùn)輸

拉索出廠前必須進(jìn)行超張拉，鋼索張拉值分別達(dá)到其破斷強(qiáng)度的50%-55%,

并維持1.5h,消除拉索的非彈性變形。

超張拉檢驗(yàn)后的成品拉索的彈性模量：Galfan拉索為160±5KN.m2。

拉索安裝前周邊鋼結(jié)構(gòu)必須安裝完畢，并形成可靠體系，所有與拉索相連接

的支座都與主體可靠連接。

成品拉索的靜載破斷力應(yīng)不低于索體標(biāo)稱破斷力的95%-

拉索的外徑允許偏差：正偏差為1mm,無負(fù)偏差。

拉索的切割長度由承包者根據(jù)設(shè)計(jì)提供的系統(tǒng)長度、安裝階段的應(yīng)力、拉伸

試驗(yàn)的結(jié)果，并考慮溫度的影響和拉索的塑性變形等因素計(jì)算并經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可后確

定。鋼索的總長度應(yīng)準(zhǔn)確，容差范圍為1：10000(0.01%)。

當(dāng)在索體上標(biāo)記索夾位置時(shí)，對不可調(diào)的拉索，應(yīng)將索長制作誤差根據(jù)每段

索段長度按比例分配至各索段上；標(biāo)記應(yīng)在工廠完成并在現(xiàn)場由張拉單位進(jìn)行復(fù)

核；

應(yīng)對拉索進(jìn)行唯一編號(hào)，且對每根索做好醒目標(biāo)識(shí)，按照索制作單位給定總

長度制作索編號(hào)列表。在拉索進(jìn)場時(shí)對拉索長度和外徑進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核措施為量

取每根索索長和索體外徑，當(dāng)索總長偏差小于0.01%,且索體外徑偏差小于+lmm

時(shí)，即確保該索為合格產(chǎn)品。

鋼索在運(yùn)輸和裝配過程中都應(yīng)避免對涂層造成的較大損害。護(hù)層小面積的損

害(單獨(dú)的破損面積不大于OZcn?)應(yīng)馬上用無機(jī)鋅涂料進(jìn)行修補(bǔ)。

拉索出廠卷盤時(shí)，索盤直徑應(yīng)大于30倍索體直徑。運(yùn)到工地的鋼索應(yīng)在展

開后進(jìn)行一次預(yù)張拉，張拉力的大小以能消除由盤旋運(yùn)輸造成的變形原則，在拉

直后應(yīng)重新復(fù)核拉索的索長。

3.4索結(jié)構(gòu)的安裝

整個(gè)索結(jié)構(gòu)將由提升機(jī)械從組裝地點(diǎn)或看臺(tái)的上部結(jié)構(gòu)提升，固定于壓力環(huán)

上，直到索結(jié)構(gòu)達(dá)到它的最終位置，并錨固于位于壓力環(huán)處的耳板上。

索網(wǎng)結(jié)構(gòu)安裝施工前，應(yīng)對周圈鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)鋼壓環(huán)上拉索耳板定

位是否滿足設(shè)計(jì)要求，檢驗(yàn)完畢后方能進(jìn)行索網(wǎng)結(jié)構(gòu)施工。

索結(jié)構(gòu)安裝時(shí)通過控制系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，觀測各階段結(jié)構(gòu)的形態(tài)。在索結(jié)構(gòu)施工過

程中須對所有看臺(tái)表面和索的外表進(jìn)行保護(hù)。

索網(wǎng)施工前，應(yīng)進(jìn)行施工模擬計(jì)算，保證索網(wǎng)施工過程中周圈鋼結(jié)構(gòu)的安全

性及索網(wǎng)結(jié)構(gòu)施工過程中的可控性。在拉索施工中每一步應(yīng)觀察周圍鋼結(jié)構(gòu)變化

情況，并做好記錄。如有因拉索施工導(dǎo)致周圈鋼結(jié)構(gòu)變形過大等不良情況，應(yīng)及

時(shí)通知設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人予以處理。

施工中應(yīng)進(jìn)行索力檢測，位形檢測，檢測結(jié)果至少應(yīng)包含拉索施工完畢與屋

面安裝完畢后的相應(yīng)結(jié)果，檢測時(shí)各責(zé)任主題需到場。

4工程特點(diǎn)和施工難點(diǎn)及對策

4.1工程特點(diǎn)

本工程索網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

1）整個(gè)屋面曲面為馬鞍形單層輪輻式索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。索網(wǎng)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力張拉

的過程是結(jié)構(gòu)施工中非常重要的環(huán)節(jié)，不僅直接決定了結(jié)構(gòu)施工成型狀態(tài)的內(nèi)力

和位形，而且關(guān)系到結(jié)構(gòu)基于實(shí)際施工成型狀態(tài)條件在使用過程中的受力性能。

2）拉索規(guī)格尺寸大，索力大，數(shù)量多，徑向索共40根，環(huán)索共8根。為節(jié)

省拉索費(fèi)用，本工程采用定長索（索頭不設(shè)調(diào)節(jié)量），降低了結(jié)構(gòu)施工的容差性,

必然對施工精度提出了高要求。實(shí)際施工中一旦出現(xiàn)問題，這對工期和經(jīng)濟(jì)的影

響都是非常大的。

3）不同于國內(nèi)其它大型工程的雙層索網(wǎng)（承重索和穩(wěn)定索位于同一豎向平

面或交替布置），本工程輪輻式單層索網(wǎng)的構(gòu)形具有獨(dú)特性（承重索和穩(wěn)定索分

別位于高區(qū)和低區(qū)），這必然導(dǎo)致索網(wǎng)安裝和張拉過程中的幾何位形和索力分布

也具有不同以往的獨(dú)特性。

4.2工程施工難點(diǎn)和對策

4.2.1索網(wǎng)施工方法

1）難點(diǎn)

區(qū)工程單層索網(wǎng)的形式特殊、空間規(guī)模大、索段數(shù)量多、索力大，因此必須

根據(jù)工程特點(diǎn)和條件，采取安全合理、先進(jìn)科學(xué)的施工方法。

常規(guī)工程中，一般搭設(shè)滿堂支架，在支架上組裝索網(wǎng)，然后進(jìn)行各索的張拉。

但本工程空間規(guī)模尺寸大，顯然搭設(shè)滿堂腳手架的施工措施費(fèi)用很高，工期長，

而且將長索吊運(yùn)至支架平臺(tái)上展開和組裝的難度也非常大。

2）對策

采用地面組裝和空中牽引提升的方法將索網(wǎng)安裝至高空，即整體牽引提升，

分批錨固連接就位的方法：

所有的徑向索與環(huán)向索在看臺(tái)內(nèi)側(cè)地面上組裝，然后利用液壓千斤頂對若干

徑向索進(jìn)行連續(xù)牽引提升，在索頭到達(dá)環(huán)梁錨固點(diǎn)時(shí)進(jìn)行錨固，然后再進(jìn)行第二

批牽引、張拉、錨固，直至拉索全部錨固完成，結(jié)構(gòu)成型。

低空組裝和空中牽引提升的方法，本單位已經(jīng)多次在大型、復(fù)雜的全張力結(jié)

構(gòu)工程中成功應(yīng)用。該方法避免了大量滿堂支架的搭設(shè)，大大節(jié)省了施工費(fèi)用，

且低空組裝提高了組裝質(zhì)量，高空作業(yè)量少，施工安全；速度快，節(jié)省工期，是

安全合理、先進(jìn)科學(xué)的安裝方法。

4.2.2索網(wǎng)施工分析

1）難點(diǎn)

為使結(jié)構(gòu)成型滿足設(shè)計(jì)要求（如內(nèi)力和位形等），在現(xiàn)場施工前，需要先進(jìn)

行索網(wǎng)施工過程的數(shù)值模擬分析（主要是針對牽引安裝和張拉成型兩個(gè)過程），

以掌握關(guān)鍵施工階段的索網(wǎng)的狀態(tài)，驗(yàn)證施工過程中索網(wǎng)的穩(wěn)定性，為施工、監(jiān)

測提供參數(shù)和依據(jù)。

施工階段靜力平衡態(tài)下的索網(wǎng)位形與結(jié)構(gòu)成形狀態(tài)差異較大，特別是在早期

施工階段的差異非常大，而隨著牽引安裝和張拉成形，索網(wǎng)位形逐漸趨向、接近

和達(dá)到成形狀態(tài)。在未張拉前索網(wǎng)為機(jī)構(gòu)，必須通過張拉建立預(yù)應(yīng)力，方可具有

結(jié)構(gòu)剛度和形成結(jié)構(gòu)。將設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)成形狀態(tài)的位形作為初始位形建立模

型，由此通過找形分析來確定某個(gè)施工階段的索網(wǎng)靜力平衡狀態(tài)時(shí)，索網(wǎng)主要呈

現(xiàn)的是機(jī)構(gòu)位移，而彈性位移是小量。另外，由于柔性拉索（如鋼絲束索、鋼絞

線、鋼絲繩等）僅能受拉，不能受壓和受彎，因此施工過程中部分拉索還會(huì)處于

松弛狀態(tài)。由于存在超大位移且包含機(jī)構(gòu)位移和拉索松弛，采用針對常規(guī)結(jié)構(gòu)的

線性靜力有限元方法已無法解決。

2）對策

采用發(fā)明專利分析方法一一“確定索網(wǎng)靜力平衡狀態(tài)的非線性動(dòng)力有限元

法”（發(fā)明專利號(hào)：ZL200910032743.6）0

通過引入虛擬的慣性力和粘滯阻尼力以及系列分析技術(shù)，建立整體結(jié)構(gòu)的非

線性動(dòng)力有限元方程，將難以求解的靜力問題轉(zhuǎn)為易于求解的動(dòng)力問題，并通過

迭代更新索網(wǎng)位形，使動(dòng)力平衡狀態(tài)逐漸收斂于靜力平衡狀態(tài)。索網(wǎng)在分析前處

于靜力不平衡狀態(tài)，在分析中處于動(dòng)力平衡狀態(tài)，在收斂后達(dá)到靜力平衡狀態(tài)，

即索網(wǎng)由初始的靜力不平衡狀態(tài)間斷地運(yùn)動(dòng)（非連續(xù)運(yùn)動(dòng)）至穩(wěn)定的靜力平衡狀

心、O

該方法很好地解決了存在超大位移和機(jī)構(gòu)位移的索網(wǎng)施工全過程跟蹤分析

技術(shù)難題，通過多個(gè)索網(wǎng)、索網(wǎng)以及索穹頂工程的實(shí)踐驗(yàn)證了其適用性和實(shí)用性。

4.2.3結(jié)構(gòu)施工誤差控制

1）難點(diǎn)

索'結(jié)構(gòu)施工誤差包括：鋼構(gòu)制作和安裝誤差、拉索制作長度誤差、拉索組裝

誤差、拉索張拉力誤差、分析誤差等。且本工程拉索要求索頭不設(shè)置調(diào)節(jié)量，拉

索為定長索，對結(jié)構(gòu)施工的精度提出了更高的要求。

因此為保證張拉成型質(zhì)量，需要采取系列措施盡量減少誤差，控制精度。

2）對策

針對拉索施工，為減小誤差對索網(wǎng)施工質(zhì)量的影響，須采取以下主要措施：

a.所有拉索均在制作單位，進(jìn)行預(yù)張拉，以消除拉索自身的非彈性變

形；

b.所有拉索均在制作單位，按照設(shè)計(jì)預(yù)張力，在有應(yīng)力條件下確定索

長和標(biāo)記索夾位置；

c.嚴(yán)格控制外環(huán)剛構(gòu)的安裝質(zhì)量，特別是連接節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)和方向；

d.在外環(huán)剛構(gòu)安裝完畢后，精確測量剛構(gòu)的安裝誤差，通過耳板后焊

等方法消除剛構(gòu)安裝誤差對索長的影響；

e.在施工現(xiàn)場，被動(dòng)張拉索均嚴(yán)格按照在制作單位標(biāo)記的長度和位置

進(jìn)行索桿的組裝；

f.所有液壓提升和張拉的千斤頂和油壓表在有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行配套

標(biāo)定，現(xiàn)場嚴(yán)格按照標(biāo)定記錄進(jìn)行千斤頂和油壓表的配套使用和施工張拉。

4.2.4索力監(jiān)測

1）難點(diǎn)

索結(jié)構(gòu)中的拉索是結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其索力變化不僅影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的位

形，還影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀況，其失效導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度的嚴(yán)重退化，常常引起整個(gè)結(jié)構(gòu)

的失效。因此，索結(jié)構(gòu)的索力測試，是保證施工階段預(yù)應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)和

使用階段結(jié)構(gòu)安全性的重要內(nèi)容之一。

目前建筑索力測試的主要方法有頻率法、磁通量法、千斤頂法、壓力傳感器

等。壓力傳感器安裝在索頭調(diào)節(jié)螺母和承壓件之間，安裝后不能移動(dòng)，價(jià)格相對

便宜，適用于支承式錨具（如冷鑄錨），但本工程全封閉索均采用熱鑄錨，難以

適用；千斤頂法是直接采用千斤頂和工裝對拉索進(jìn)行復(fù)拉，該方法張拉設(shè)備移動(dòng)

困難，效率低，且在測試位置需要操作平臺(tái)。

2）對策

按照設(shè)計(jì)院圖紙要求，本工程宜采用磁通量法對索力進(jìn)行測試。磁通量法需

要在拉索制作時(shí)安裝固定在索體上，需要在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定，適用于監(jiān)測結(jié)構(gòu)中少量

關(guān)鍵索的索力。

4.2.5索夾抗滑

1）難點(diǎn)

索在張拉過程中，索長邊長，索徑變細(xì)，會(huì)導(dǎo)致索夾的夾緊力降低，很

容易造成索夾滑移，從而發(fā)生事故。因此，高強(qiáng)螺栓副的扭矩系數(shù)的確定，拉索

在受力狀態(tài)下的索夾抗滑移承載力，以及二次擰緊的施工工藝等關(guān)鍵因素都需要

確定。

圖4-2徑向索索夾示意圖

2）對策

進(jìn)行索夾抗滑試驗(yàn)，以確定高強(qiáng)螺栓副的扭矩系數(shù)，拉索在受力狀態(tài)下的索

夾抗滑移承載力，以及二次擰緊的施工工藝等關(guān)鍵因素，具體見索夾抗滑移試驗(yàn)

章節(jié)120

5預(yù)應(yīng)力施工實(shí)施的思路

1）在對該結(jié)構(gòu)充分理解的前提下提出合理的實(shí)施方案

我們在多年從事預(yù)應(yīng)力專項(xiàng)施工工作中，十分重視對所施工結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的充分

理解。預(yù)應(yīng)力施工絕不僅僅是張拉，因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)與普通鋼結(jié)構(gòu)的重要區(qū)別

是預(yù)應(yīng)力張拉對結(jié)構(gòu)狀況影響大，在對結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不十分了解的情況下張拉可能引

起災(zāi)難性的后果，或者精度不高，給鋼結(jié)構(gòu)安裝帶來麻煩。

對本工程這樣復(fù)雜結(jié)構(gòu)，我們采用大型有限元分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算，首先

從全面的結(jié)構(gòu)分析入手，充分了解該結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，再具體模擬各種工況進(jìn)行

施工階段的分析，確保施工之前可能出現(xiàn)的情況分析透徹。根據(jù)分析結(jié)果提出合

理、經(jīng)濟(jì)的預(yù)應(yīng)力張拉方案。

2）分析、深化設(shè)計(jì)、測試、施工一體化

現(xiàn)場的情況瞬息萬變，出現(xiàn)意料之外的情況時(shí)預(yù)應(yīng)力施工單位應(yīng)能及時(shí)分析

出原因，必要時(shí)施工方法應(yīng)作必要的調(diào)整。緊張的工期要求預(yù)應(yīng)力施工單位能夠

及時(shí)提供與預(yù)應(yīng)力有關(guān)的構(gòu)造處理措施（以詳盡的分析為基礎(chǔ)），供設(shè)計(jì)人員參

考。

復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測是必須的。檢測可以及時(shí)了解施工情況，為工程的順利

實(shí)施提供必要的保障。預(yù)應(yīng)力施工必須采用最先進(jìn)、合理的施工工藝，同時(shí)具備

設(shè)備開發(fā)能力，能夠及時(shí)解決現(xiàn)場出現(xiàn)的各種問題。我們具備上述的綜合實(shí)力，

準(zhǔn)備在本工程的實(shí)施中采用分析、深化設(shè)計(jì)、測試、施工一體化服務(wù)，為本工程

的順利實(shí)施做出貢獻(xiàn)。

3）加強(qiáng)監(jiān)控、重視協(xié)作、注重質(zhì)量及安全

加強(qiáng)監(jiān)控、重視協(xié)作、注重質(zhì)量和安全一直是本公司的宗旨。我們在本工程

的實(shí)施中將繼續(xù)保持、發(fā)揚(yáng)這一傳統(tǒng)。

6結(jié)構(gòu)施工總體方案

6.1全結(jié)構(gòu)總體施工方案

全結(jié)構(gòu)包括：外環(huán)鋼構(gòu)（V型柱和環(huán)梁等）、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)和屋面膜結(jié)構(gòu)?？傮w

施工方案如下：

1）外環(huán)鋼構(gòu)安裝

在支撐架上拼裝外環(huán)鋼構(gòu)，包括V型柱和環(huán)梁等。

2）索網(wǎng)施工

a.索網(wǎng)低空組裝：在地面進(jìn)行拉索的組裝。

b.索網(wǎng)空中牽引提升：通過工裝索分批牽引徑向索，使整個(gè)索網(wǎng)面

向上抬起。

c.索網(wǎng)張拉:在拉索提升過程中，索頭達(dá)到錨固點(diǎn)時(shí)進(jìn)行索的錨固。

3）屋面膜結(jié)構(gòu)施工

4）其它附屬設(shè)施的安裝。

6.2索網(wǎng)總體施工方案

索網(wǎng)總體施工方案為：低空無應(yīng)力組裝、整體牽引提升、高空分批錨固。

6.2.1索網(wǎng)施工順序

根據(jù)本工程索網(wǎng)特點(diǎn)，米用索網(wǎng)整體張拉提升，端頭分批連接固定的施工方

案。根據(jù)施工方法，將牽引工裝索分成三部分：QYS1、QYS2和QYS3,索網(wǎng)結(jié)

構(gòu)和牽引工裝索布置見下圖：

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壓

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梁

梁

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