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1、大跨度多次预应力钢穹网壳设计与张拉监控SS攀枝花体育馆平面呈八角花瓣形（图6-7-1）,周围用8个柱面相连,跨度近65m,曲边八边形外尚有1.944.16m不等的悬挑。屋盖支承于标高16.6m的8个混凝土圆柱顶上,相邻柱距24.85m,壳中心标高（节点球心）27.90m。最大平面覆盖尺寸74.8mX74.8m。该工程按7度抗震设防,属I类场地上,基本风压0.5kNm2,屋面荷载4.llkN112网壳杆件用16Mrl钢管,计4633根，另加8大束钢绞线预应力高强拉索,节点球986个,其中大部分节点为鼓形螺栓球，少量（约15酚为焊接空心球。8个支座采用橡胶垫板减振并消除温度应力。16Mn钢网壳设计
2、用钢量为35.00kgm20后因16Mn钢管现货匹配不齐，改用以大代小的Q235钢管,屋面荷载变为4.25kNm2,实际工程用量增至49.OOkg/m2。该屋盖结构选型时,除首先要满足建筑功能、使用要求、安全可靠并符合设计规定外,还进行了曲面平板网架、预应力混凝土边构支承的钢网壳、非预应力钢网壳、预应力钢网壳等多方案比较。分析表明，多次预应力钢网壳比非预应力钢网壳节约钢材36.6%比平板网架省钢54.88机最后决议采用按多次预应力组合式短程线型钢网壳方案。据悉这是世界上多次预应力新技术应用于空间钢结构的首例工程。因国内无网壳设计规范，亦无预应力钢结构设计规程,故工程设计只能参照相关规范和自身特
3、征以及该项目阶段性研究结果进行。第1章预加应力体系的选择网壳的预加应力体系包括布索方案、预应力节点和预应力拉索选型,在网壳中如何布索才干提高预应力经济效益是关键问题。布索的原则是:在预应力的作用下，结构具有最多数量的卸载杆,最少数量的增载杆和中性杆，以使网壳的卸载效应大,从而收到显著的效果。网壳宜在下部壳外布索,其布索方案大致可分两类（图6.7-2）:一类为壳边缘布索一边构街外布索（A-A）、支座两两相间配索（B-B）;另一类为壳中部布索一支座对角线配索（C-C）、对角线下撑式壳外配索（D-D）。杆件卸载效应和节点反拱度效应分析结果显示,中部布索方案的矢高大，易获较大的反力矩,因而卸载与反拱度
4、效应均比边缘布索方案显著。由于建筑要布设吊顶,不容预加应力体系结构外露,故正式施工图设计采用壳外下撑式直束配索的边缘布索方案（A-A）。该预加应力体系方案与网壳的边缘构件和壳面构件合二为一,仅需加大截面尺寸，以简化构造。下撑拉索为高强钢绞线,通过间M锚具锚于预应力节点,考虑到平面外的稳定性,特于侧向加杆扶持。为改善布索方案A-A矢高小的不利受力情况,在八条边下设置了32根向上的撑杆,它能发生很大的上抬力，以弥补其卸载与反拱度效应差的不足。第2章预应力全进程计算原理及静力分析预应力网壳全进程计算,实际上就是加载顺序在网壳计算上的反映。该屋盖工程依据荷载的可分性、施工设施及工艺的可行性,在简化构造
5、的情况下,为最大限度提高结构承载能力,节约钢材、降低造价,在征求施工单位意见后，决议采用以高强钢绞线为预应力拉杆的预应力结构五阶段设计。即“受载一张拉一受载一张拉一受载的加载顺序。首先,网壳拼装就位后，加上约半数的屋面板重,使杆件处于受载状态,第一次使用荷载作用下杆件的允许承载能力;其次,张拉钢索,大致按荷载比例确定初始预加力值,对整个网壳相当大部分的杆件施加预应力至其反向允许承载力的极限;再第二次加上首批余下的全部壳板重量,第二次使用荷载下杆件的允许承载能力;然后第二次张拉钢索达总预加力控制值,这时,网壳又有相当大部分杆件到达其反向允许承载力的极限;最后第三次将屋面构造、室内吊顶、灯光、马道
6、、水电管线等全部荷载加上,从而使网壳杆件的承载能力到达设计值,第三次使用杆件的允许承载能力。分析中，每当全部荷载工况计算完毕,都要依据内力组合结果,调整杆件截面,再进行下一轮计算,并需复检恶劣工况,再调杆件截面至满足设计要求。预加力值的选择包括预加力值的初始值和最终控制值的确定,两次预加力幅值变化及其引起不同的杆件内力和经济效益等，问题比较复杂。预应力值不是越大越好,而是要依据工程具体情况,调整至变形适度、杆力不能过大、杆件理论重量最轻的最佳状态,这主要通过不同方案反复试算后优选确定。本工程预加力值的初始值和最终控制值分别取45OkN和25OkN较为适合。按空桁法专用程序分析其内力分布规律,理
7、论分析与模型实测结果比较吻合。第3章动力特性及地震反应分析理论分析及模型实验表明,结构体系的频率分布成几个密集区形式。加预应力后，网壳的自振频率有缩短趋势。当预应力网壳作整体振动(主要是基频)时，网壳各杆件间的相互拉力能够抵制其振动幅值;但在大多数自振频率下,网壳作局部振动。采用反应谱理论对结构竖向地震反应作了分析,从若干典范杆元的内力反应看,其最大的动力效应一般不超越静力反应的6.84乳进行内力组合结果,对7度设防的结构设计不起控制作用。总的看来,预应力网壳结构具有良好的动力特性和抗震性能。第4章预应力施工网壳拉索选用低松弛1860级4束7中只2.7钢绞线,闵3-7型锚具。第1节预应力筋下料
8、穿束预应力筋按各边构两球节点间长度加千斤顶施工长度作为钢绞线下料长度。用电动砂轮机切断,逐根穿入球节点锚固。穿孔时应对号入座,使一切钢绞线在两受力球节点中不得相互缠绕和错头,每束须平行对称定位。由于预应力筋完全外露在空间,张拉前用错具将钢绞线作临时锚固,待预应力筋全部穿完后，因为采用整束张拉,需对每束(4束7jl2.7)作长度调整。调整方法为将每束中7根钢绞线逐根由人工拉直,使每束7根钢绞线在跨中相互挠度误差不得超越IonlnU按此标准值控制,其纵向长度误差仅0.03mm,所以只需要保证每束跨中挠度相互误差在IOmm以内，纵向长度误差可疏忽不计。这样在钢索张拉进程中,满足了钢绞线受力均匀的要求
9、。第2节预应力张拉预应力张拉依据网壳预应力束部署特征,选用16台YCQTOO型千斤顶,8台ZB4-500型电动油泵,分别部署在8条边构交叉处。网壳中每条边构钢索设置有4束钢绞线，由8套拉伸机分别对8条钢索同时张拉。每次张拉需分两批进行。为使球节点受力均匀，先将2台千斤顶安放在对角束端部作第一批张拉,待第一批张拉结束后再以相同方法作第二批对角束张拉。因预应力筋为直线体外束,故采用端张拉,另一端锚固（图6-7-3）。当分批张拉时,两端受力球会发生较大轴向变形;张拉又不能反复过多，以免夹片损伤钢绞线。所以需提高先张拉的第一批钢绞线张拉力，以解决第二批张拉时球节点轴向位移而发生的对第一批两束的损失值。
10、为更精确地确定超张拉值,在两端球节点上分别安放位移计，实测出第一批预应力束张拉到设计张拉力时两球节点之间的位移，从而得出实际超张拉值。待第一批张拉到设计控制预应力时暂不锚固，需补足超张拉值后再行锚固。这样在第二批预应力结束后，使每边构中4束预应力筋张拉力基本相等。最后工程实测位移值为13.8Inm,设计计算位移为13.7mm,实测与计算基本吻合。设计要求8条边构钢索施加的预应力必须同步进行。张拉由16台千斤顶和8台油泵控制,要做到同步,须控制8台油泵的进油量。故采用分级同步方案,即将张拉控制应力分5个级差,逐级提高张拉力。现场由专人统一指导控制各加油点级差的提高，以保证同步张拉。第3节钢索及球
11、节点的处置张拉结束后，将锚具外50mm处多余钢绞线割断。对球心灌入高标号水泥浆，以加强锚固效果，最后用细石混凝土封闭锚头。体外钢索采用先刷红丹磁漆2遍,后用石棉绳密缠钢索,再用0.3mm镀锌铁皮外包,最后在镀锌铁皮上涂刷防火涂料作防腐处置。第4节监控在各工况加荷和预应力张拉卸荷进程中,分别对网壳191根杆件内力、51个特征节点的三向节点位移和支座水平位移进行监控检测,结果表明网壳位移和内力大部分实测值较为满足。结构主要受力部位的节点位移和内力实测值与理论值吻合良好,预应力已足够地树立起来,结构能安全正常工作。施工现场安全施工注意事项1、施工人员进入施工现场前，必须要进行施工安全、消防知识的教育
12、和考核工作，对考核不合格的职工，禁止进入施工现场参加施工。2、进入施工现场必须戴好安全帽，系好帽带，并正确使用个人劳动防护用品.3、严格执行操作规程，不得违章指挥和违章作业，对违章作业的指令有权拒绝并有责任制止他人违章作业。4、施工作业时必须正确穿戴个人防护用品，进入施工现场必须戴安全帽。不许私自用火，严禁酒后操作。5、穿拖鞋、高跟鞋、赤脚或赤膊不准进入施工现场。6、穿硬底鞋不得进行登高作业。7、在高空、钢筋、结构上作业时，一定要穿防滑鞋.8、现场用电,一定要有专人管理，同时设专用配电箱，严禁乱接乱拉，采取用电挂牌制度,尤其杜绝违章作业，防止人身、线路，设备事故的发生。9、电钻、电锤、电焊机等
13、电动机具用电、配电箱必须要有漏电保护装置和良好的接地保护地线，所有电动机具和线缆必须定期检查,保证绝缘良好，使用电动机具时应穿绝缘鞋，戴绝缘手套。10、工地施工照明用电，必须使用36伏以下安全电压,所有电器机具在不使用时，必须随时切断电源,防止烧坏设备.11、在用喷灯、电焊机以及必要生火的地方，要填写用火申请登记和设专人看管，随带消防器材等，保证消防措施的落实。施焊时，特别注意检查下方有无易燃物，并做好相应的防护，用完后要检查，确认无火后再离开.12、未经安全教育培训合格不得上岗，非操作者严禁进入危险区域；特种作业必须持特种作业资格证上岗。13、凡2m以上的高处作业无安全设施,必须系好安全带；
14、安全带必须先挂牢后再作业。14、高处作业材料和工具等物件不得上抛下掷.15、从事高空作业人员要定期体验。凡患有高血压、心脏病、贫血症、癫痫病以及不适于高空作业的人员，不得从事高空作业。16、机械设备、机具使用,必须做到“定人、定机”制度;未经有关人员同意，非操作人员不得使用。17、电动机械设备，必须有漏电保护装置和可靠保护接零，方可启动使用.18、未经有关人员批准，不得随意拆除安全设施和安全装置；因作业需要拆除的，作业完毕后，必须立即恢复。19、井字架吊篮、料斗不准乘人。20、酒后不准上班作业.21、作业前应对相关的作业人员进行安全技术交底。22、在高空以及施工现场作业，如配管放配线，设备安装
15、及开通调试中,必须要严格执行安全技术规程，顺利进行作业严禁违章操作，造成不应发生的事故。23、在整个施工过程中，必须严格执行国家、省市、各部委关于工程消防法规和有关条款。24、经常配齐、保养消防器材，做到会保养、会使用。认真贯彻逐级消防责任制，做好消防工作。25、现场人工断料，所用工具必须牢固,掌塞子和打锤要站成斜角，注意扔锤区域内的人和物体。切断小于30Cm的短钢筋,应用钳子夹牢,禁止用手把扶，并在外侧设置防护箱笼罩或朝向无人区。26、多人合运钢筋，起、落、转、停动作要一致，人工上下传送不得在同一直线上.钢筋堆放要分散、稳当、防止倾倒和塌落。27、在高空、深坑绑扎钢筋和安装骨架,须搭设脚手架
16、和马道。28、绑扎立柱、墙体钢筋，不得站在钢筋骨架上和攀登骨架上下。柱筋在4m以内,重量不大，可在地面或楼面上绑扎，整体竖起；柱筋在4m以上，应搭设工作台。柱梁骨架应用临时支撑拉牢，以防倾倒。29、绑扎基础钢筋时,应按施工设计规定摆放钢筋支架或马凳架起上部钢筋,不得任意减少支架或马凳。30、绑扎高层建筑的圈梁、挑檐、外墙、边柱钢筋，应搭设外架或安全网。绑扎时挂好安全带。31、起吊钢筋骨架，下方禁止站人，必须待骨架降落到离地Im以下始准靠近,就位支撑好方可摘钩。32、吊运短钢筋应使用吊笼，吊运超长钢筋应加横担,捆绑钢筋应使用钢丝绳千斤头,双条绑扎，禁止用单条千斤头或绳索绑吊。33、吊运在楼层搬运、绑扎钢筋，应注意不要靠近和碰撞电线。并注意与裸体电线的安全距离(IkV以下4m,1IOkV6m).34、夜间施工灯光
