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1、预应力钢柑网组合结构屋盖的设计与施工南京体院体育馆平面呈椭圆形,长短轴尺寸为86mX62m,馆内大厅净高15m,总建筑面积8780m2,屋面面积约4547m2（图6-6-1）。屋盖采用预应力钢析网组合结构体系，主桁架2/3外露屋面，体现了现代结构技术与建筑艺术有机结合的风格。第1章屋盖结构体系选型依据建筑环境特征,为配合建筑造型的需要,经多因素综合分析比较,选用“桁-网架组合结构体系屋盖方案,将屋盖平面沿长轴方向用2根桁架分成约三等分,并用宽6m,高6.6m,跨度64.68m的空间三角形钢管桁架,较支于8根直径1.4m的独立钢筋混凝土圆柱顶（图6-6-2）。由于钱支大跨桁架跨中杆件内力较大,为
2、改善桁架杆件受力分布不合理性和增强桁架刚度，结合建筑造型,在结构方案上将桁架每端外伸6.5m,并在桁架两端每角点各斜拉1道预应力筋束,即桁架体外施加预应力（图6-6-3）。依据不同施工荷载阶段分阶段外张预应力，以抵制桁架各荷载状态下发生的部分挠度，改善桁架受力性能,充分使用各杆件钢管钢材的强度。在桁架下弦节点之间和外围柱顶间,搁置2.3m高正放四角锥平板片式网架,平板片式网架最大跨度24m。由于桁架的设置,大大减小了屋盖网架的有效跨度，为大面积应用螺栓球节点平板网架提供了方便。采用预应力“桁-网架”组合结构体系，在结构上发挥了主次结构受力特征;桁架2/3高度外露屋面,降低了建筑物高度，满足了规
3、划要求,协调了建筑环境,并可减小建筑体积,节省能耗,为声学处置带来方便。第2章屋盖体系构造预应力“桁-网架”组合结构屋盖设计，关键在预应力空间三角形钢管桁架;桁架的关键是体外预应力能否在桁架各杆件中有效树立;而预应力有效树立的关键又是桁架支座的性能。设计中指架支座采用双面弧形压力支座,其作法是在支座板和柱顶间设1块上下均为弧形的铸钢块,在铸钢块两侧,支座板与柱顶板上分别焊2块梯形钢板,用螺栓将三者连系在一-起,这样桁架支座节点即可绕螺栓沿铸钢块上下弧面作肯定的转动和移动（图6-6-4）o桁架设计的另一关键是桁架的节点,计算结果表明,桁架杆件最大拉力约250OkN,最大压力约1600kN,最大管
4、材截面为中450X25,按传统空心球节点做法,空心球直径达1.2m以上,而当前国内空心球模具只能加工80Onlm球。另据统计，节点所用钢材一般占总耗钢量的20%35%取消空心球节点,采用钢管直接焊接节点，即相贯连接节点,是本次桁架设计的一大突破。对于钢管相贯节点的设计计算,现行钢结构设计规范（GBJI788）只有平面相贯节点的强度计算，对于空间节点尚无完备资料。进行空间相贯节点的实验,无论在技术上、经费上、时间上都有肯定难度o为保证桁架相贯节点设计安全可靠,将空间受力分解为平面受力,参照平面相贯节点的强度计算,并适当增加相贯节点强度设计的安全储备,对受力较大的重要节点的主管采用了加强措施（图6
5、-6-5）。原设计考虑将平板网架悬挂在桁架下弦,后从美国肯萨斯州体育馆屋面倒塌事例中了解到拉力支座采用高强螺栓抗疲劳性能差,为此,本次设计将平板网架拉力支座改为压力支座。由于网架一端搁置于桁架下弦节点上,另一端搁置在外围钢筋混凝土圆柱上,受荷后将架跨中各点挠度不一,平板网架必然发生次生内力,使设计、计算分析复杂化,故采用平板片式网架，较支桁架下弦节点在圆柱上,解决了平板网架由于支座变位发生次生内力的问题。为了使平板片式网架支座接近较接,网架支座采用板式橡胶支座。体外预应力筋采用无粘结中jl5钢绞线,每束7根。考虑到斜拉索在长期荷载作用下的松弛影响,斜拉索张拉控制应力。con=0.35JPtk=
6、550Nmm2;考虑到斜拉索的更换,桁架端部每角点斜拉索双束设置。固定端采用QM15P挤压套,张拉端为QMI5-7群锚。保护套采用薄壁无缝钢管,425普通硅酸盐水泥掺U型膨胀剂灌浆。第3章屋盖结构计算由于桁架按不同施工荷载分阶段外张预应力,故桁架荷载工况较多。为简化分析,先求单位力作用下的杆件内力,然后分阶段组合,选择最不利杆件内力,配置钢管截面。并分别作出端部加单位力的内力图和下弦节点加单位力的内力图。各种荷载工况下内力组合见表6-6-1。每种荷载工况下,杆件内力Ni=PINIi+P2N2i桁架2/3高度外露屋面，1/3高度在室内，由于室内外温差对大跨度桁架存在温度应力问题。为此对桁架钢管采
7、用保温措施,上弦杆采用80mm厚聚氨酶原料保温,下弦杆及腹杆采用50mm厚聚氨醋保温。采用保温措施后，考虑到室内工作条件及室内外温度变化,桁架温度应力计算参数为:夏季最大温差1（）,冬季最大温差=20oCo经计算分析,夏季。上弦14Nmm2,o下弦=8Nmm2,冬季。上弦:28Nmm2,。下弦=16Nmm2o第4章预应力斜拉索施工该工程每根主桁架重881,使用8根独立的支承柱作为基点,每根独立柱内埋4根角钢组成劲性柱来顶升就位。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,必须把预应力筋的保护套管固定在相应的地位。在钢管脚手上弹出相应的地位线,然后把保护套管上端加焊于
8、桁架下弦杆,其余部位和脚手架临时固定（扣件、点焊、绑扎），保留下部一节大一号的套管约2.3m,向上套接。然后把预应力筋放盘逐根用人力导入套管中由下向上穿筋,直至预应力筋伸直为止,下部一节套管复位,上部安上锚具,穿筋即告结束。本工程采用的保护套管为中102、厚4.5mm的薄壁钢管,下部一节套管为114,厚4.5mm第2节分阶段张拉预应力该工程采用分次递增地施加预应力，以抵制或平均逐次施工阶段的荷载挠度，预应力分3次完成;第1次在主桁架安装后，每道张拉值为400kN;第2次在网架和屋面板安装后，每道张拉至76OkN;第3次在马道、吊顶、灯具、风管等安装后，每道张拉至1020kN由于分次张拉间隔时间
9、较长,除初次应注意观察预应力筋有无松弛外,对外露预应力筋的张拉工作长度和锚具应作防锈蚀保护措施（加套管涂油脂等），以免由于锈蚀而影响下一次张拉与锚固。每幅主桁架四角配套预应力张拉设施同时同步张拉,先拉内束,后拉外束,必要时进行一次补张。套管灌浆最后一次张拉完成后由下而上灌浆,下设阀门，上设铁盒保护套和泌水孔。压力灌浆到位后关闭阀门，卸下灌浆机头并在上部泌水孔不断注浆直到无沉陷凝固为止,最后进行钢套管防锈处置。第5章结语采用预应力钢“桁-网架”组合结构屋盖,在国内尚属首例,它将建筑艺术与结构技术相结合,推动了我国大跨度结构体系的开展。采用劲性柱顶升法施工工艺安装桁架和螺栓球拼接片式网架,可方便施
10、工,节省人力物力，且工艺简单,工期短,质量好。桁架经足尺载荷实验和夏季、冬季考验,证明体外施加预应力方法胜利,相贯连接节点安全，桁架受力合理均匀，并节省了钢材,到达预期效果。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
11、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
12、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；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
13、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,掌饕子和打锤要站成斜角，注意扔锤区域内的人和
14、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,1-10kv6m）.34、夜间施工灯光要充足，不准把灯具挂在竖起的钢筋上或其他金属构件上，导线应架空.
