大跨度預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)在體育館工程中的應(yīng)用ppt課件

1、大跨度預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)造在體育館工程中的運(yùn)用 報(bào) 告 人 ：指點(diǎn)教師：. 預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)造自誕生以來(lái)，曾經(jīng)走過(guò)了50 年歷程，尤其近20 年來(lái)新資料、新工藝、新構(gòu)造開展迅速，預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)造的運(yùn)用范圍幾乎已覆蓋了全部鋼構(gòu)造領(lǐng)域。對(duì)于需求大跨度及大體量無(wú)阻撓空間體育館、歌舞劇院等；重級(jí)荷載及超重負(fù)荷條件橋梁、多層停車場(chǎng)等；挺拔構(gòu)造物電視塔、氣候觀測(cè)塔、高壓輸電塔等；需求創(chuàng)建新構(gòu)造體系、以柔索取代受彎構(gòu)件、以張力膜面取代剛性屋面層、以吊點(diǎn)取代支點(diǎn)，如吊掛體系、索穹頂及索膜構(gòu)造等體系采用預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)造，將會(huì)帶來(lái)令人稱心的效果和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。1.預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)造. 普通而言, 在構(gòu)造中采用單次預(yù)應(yīng)力技術(shù), 與非預(yù)應(yīng)力同

2、類構(gòu)造相比可獲得10% 20%的經(jīng)濟(jì)效益, 而采用多次預(yù)應(yīng)力技術(shù)那么可節(jié)約資料20% 40%左右。對(duì)于這些豐富多彩的百年奧運(yùn)建筑來(lái)說(shuō)，大跨度空間構(gòu)造技術(shù)對(duì)他們產(chǎn)生更大的促進(jìn)作用。而奧運(yùn)建筑也為大跨度空間構(gòu)造技術(shù)提供了精巧的展現(xiàn)舞臺(tái)和實(shí)際時(shí)機(jī)。最先進(jìn)的大跨度空間構(gòu)造技術(shù)往往首先用于奧運(yùn)會(huì)。以下是國(guó)內(nèi)外一些采用預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)造的實(shí)例： 韓國(guó)漢城奧運(yùn)會(huì)主賽館、廣東清遠(yuǎn)市體育館、北京西客站. 韓國(guó)漢城奧運(yùn)會(huì)主賽館, 采用整體張拉索穹頂屋蓋, 上覆纖維加強(qiáng)膜面, 自重僅14.6 kg /m2。. 廣東清遠(yuǎn)市體育館六邊形扭網(wǎng)殼屋蓋, 屋蓋用鋼量44.3 kg /m2, 省鋼率35.7%。 北京西客站采用長(zhǎng)度為

3、45m 的主桁架, 進(jìn)展兩次張拉施加預(yù)應(yīng)力,節(jié)約鋼材15%?？傊? 采用預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)造帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。. (1) 可以改動(dòng)構(gòu)造的受力形狀，滿足設(shè)計(jì)人員所要求的構(gòu)造剛度、內(nèi)力分布和位移控制。(2) 經(jīng)過(guò)預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以構(gòu)成新的構(gòu)造體系和構(gòu)造形狀(方式)，如索穹頂構(gòu)造等。(3) 預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以作為預(yù)制構(gòu)件(單元桿件或組合構(gòu)件)裝配的手段，從而構(gòu)成一種新型的構(gòu)造，如弓式預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)造。(4) 采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)后，或可組成一種雜交的空間構(gòu)造，或可構(gòu)成一種全新的空間構(gòu)造，其構(gòu)造的用鋼目的比原構(gòu)造或普通構(gòu)造可大幅度降低，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。2.預(yù)應(yīng)力技術(shù)于大跨度空間鋼構(gòu)造特征和優(yōu)勢(shì). 3. 現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力

4、鋼構(gòu)造的主要類型1.斜拉構(gòu)造2.張弦梁構(gòu)造3.弦支穹頂構(gòu)造4.索穹頂構(gòu)造5.預(yù)應(yīng)力索桁架構(gòu)造6.大型索網(wǎng)構(gòu)造. 4. 大跨度預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)造在國(guó)家體育館工程中的運(yùn)用 國(guó)家體育館鋼屋架南北長(zhǎng)144米，東兩寬114米，整個(gè)體育館鋼屋架工程由14榀桁架組成，總用鋼量達(dá)2800噸，鋼屋架外形呈扇形波浪曲線，是目前國(guó)內(nèi)空間跨度最大的雙向張弦鋼屋架構(gòu)造體系。. 國(guó)家體育館屋蓋采用大跨度鋼構(gòu)造。大跨度鋼構(gòu)造經(jīng)過(guò)施加預(yù)應(yīng)力可有效節(jié)約鋼材，且本身剛度大，預(yù)應(yīng)力構(gòu)造受力合理，可抵消大部分自重和屋面其他懸掛物的附加應(yīng)力，應(yīng)變較小，中心撓度小，后期應(yīng)力應(yīng)變安康監(jiān)測(cè)便利，可隨時(shí)調(diào)整預(yù)應(yīng)力，保證構(gòu)造平安穩(wěn)定。. 國(guó)家體育館是

5、奧運(yùn)中心區(qū)三大主場(chǎng)館之一，由競(jìng)賽區(qū)，熱身區(qū)，外圍附屬用房，地下車庫(kù)，四個(gè)功能區(qū)組合而成，總建筑面積約81000平方米。地下一層，地上四層， 競(jìng)賽區(qū)和熱身區(qū)屋頂鋼構(gòu)造連成一整體，鋼屋蓋構(gòu)造方式為單曲面、雙向張弦桁架鋼構(gòu)造，上弦為正交正放的平面桁架，下弦預(yù)應(yīng)力 張拉索 穿過(guò)鋼撐桿下端的雙向索夾節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成雙向張拉索網(wǎng)。4.1 工程概略. 競(jìng)賽館屋面呈南高北低波形曲線，構(gòu)造最高點(diǎn)標(biāo)高為42.454m。屋蓋鋼構(gòu)造上層采用正交正放桁架構(gòu)造，桁架雙向間距8.5m，構(gòu)造截面高1.518-3.973m。上弦面內(nèi)一切桿件及腹管為圓管，圓管截面為1596mm48024mm，采用無(wú)縫鋼管，下弦面內(nèi)一切桿件為焊接矩形管

6、，截面范圍為350200884502752520mm。上弦采用帶肋焊接球節(jié)點(diǎn)，截面范圍D50018mmD70035mm。下弦采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)。. 屋蓋鋼構(gòu)造在競(jìng)賽區(qū)區(qū)域的尺寸為114m144.5m。縱向有 BQ軸共14榀平面桁架，兩側(cè)邊6榀桁架不布索，EM軸共8榀，為預(yù)應(yīng)力索張弦縱向桁架。橫向有724軸共18榀平面桁架，兩側(cè)邊各2榀不布索，922軸為預(yù)應(yīng)力索張弦橫向桁架圖1)。預(yù)應(yīng)力索分上下兩層，縱索在上采用單索，橫索在下為雙索。. 桁架預(yù)應(yīng)力鋼索采用擠包雙護(hù)層大節(jié)距扭絞型纜索，定位撐桿撐桿為圓管，截面為21912mm，最長(zhǎng)為9.248m。上端與桁架構(gòu)造的下弦采用萬(wàn)向球絞節(jié)點(diǎn)銜接，下端與索采用夾板

7、節(jié)點(diǎn)銜接，縱橫向索穿過(guò)鋼撐桿下端的雙向節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成雙向張拉空間索網(wǎng)，索端與鋼構(gòu)造相連處設(shè)計(jì)為鑄鋼節(jié)點(diǎn)。(圖2.3.4). . 4.2 鋼構(gòu)造預(yù)應(yīng)力施工 4.2.1預(yù)應(yīng)力索的安裝 索的安裝交叉在鋼構(gòu)件的安裝過(guò)程中，索盤放置在構(gòu)造外地坪上，縱橫向拉索運(yùn)用捯鏈輔助牽引，隨鋼構(gòu)造一同滑移，但索不張拉，僅預(yù)緊。索規(guī)格主要有4種:5109,5187,5253,5367.橫向鋼索預(yù)張力中間索最大2000KN，端部索最小1100KN；縱向鋼索預(yù)張力中間索最大1600KN，端部索最小1300KN，張拉過(guò)程中，思索縱橫向索相互影響和張拉先后順序?qū)λ髁τ绊?，需超張拉，橫向雙索最大張拉力到達(dá)2730KN,縱向單索最大張

8、拉力到達(dá)1850KN。. 4.2.2預(yù)應(yīng)力索張拉 按施工方案，張拉施工分3級(jí)由兩端向中間雙方向?qū)ΨQ施工。第一張拉至80%設(shè)計(jì)索力；第二次張拉100%設(shè)計(jì)索力，并超張拉5%；第三級(jí)進(jìn)展索力微調(diào)，調(diào)整到設(shè)計(jì)值。分級(jí)張拉施工順序如以下圖所示第一級(jí)為1-7號(hào)圖，第二級(jí)為8-14號(hào)圖，第三級(jí)根據(jù)監(jiān)測(cè)情況對(duì)個(gè)別索調(diào)整。 第一次張拉9,22，E,M軸線張拉到80%設(shè)計(jì)力，分別為980.1060.0.0KN.第二次張拉21.F.L軸線張拉到80%設(shè)計(jì)力，分別為1110.1750.1640.1640KN。. 第三次張拉、軸線張拉到80設(shè)計(jì)力，分別為1670、2160、1850、1850(KN)。第四次張拉、軸線

9、張拉力到80設(shè)計(jì)力，分別為2190、2220、1720、1640(KN)。第五次張拉、軸線張拉力到80設(shè)計(jì)力，分別為2380、2730(KN)。第六次張拉、軸線張拉力到80設(shè)計(jì)力，分別為2400、2430(KN)。. 第七次張拉15.16軸線張拉到80%設(shè)計(jì)力，分別為1860.1910KN.第八次張拉15.16.H.J軸線張拉到105%設(shè)計(jì)力，分別為2520.2580.1900.1900KN.第九次張拉14.17.G.K軸線張拉到105%設(shè)計(jì)力，分別為2270.2290.1810.1810KN第十次張拉13.18.F.L軸線張拉到105%設(shè)計(jì)力，分別為2110.2180.1490.1490KN

10、. 第十一次張拉12.19.E.M軸線張拉到105%設(shè)計(jì)力，分別為1940.1960.1400.1400KN第十二次張拉11.20軸線張拉到105%設(shè)計(jì)力，分別為1540.1930KN第十三次張拉10.21軸線張拉到105%設(shè)計(jì)力，分別為1160.1690KN第十四次張拉9.22軸線張拉到105%設(shè)計(jì)力，分別為1160.1160KN. 張拉過(guò)程中，嚴(yán)厲按方案施工，張拉力允許偏向5%，各級(jí)張拉施工張拉力實(shí)測(cè)值均在允許偏向范圍內(nèi)。表1表一 預(yù)應(yīng)力施工張拉力 KN . 4.2.3預(yù)應(yīng)力張拉施工應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)情況 張拉中鋼屋架逐榀向上拱起，張拉終了屋蓋整體與中滑道支撐塔架勝利脫離，完成卸載，與前期實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

11、型相吻合。屋蓋中心起拱采用吊線墜與全站儀兩種監(jiān)測(cè)方式，屋蓋中心起拱設(shè)計(jì)實(shí)際計(jì)算值為177mm，實(shí)測(cè)為159mm，偏向18mm。按事先設(shè)計(jì)計(jì)算，假設(shè)起拱值到達(dá)實(shí)際計(jì)算值的50%(即89mm)，在屋面全負(fù)荷形狀下仍可滿足承載力和正常運(yùn)用要求，因此，起拱159mm與設(shè)計(jì)實(shí)際值177mm吻合較好，完全滿足設(shè)計(jì)要求。. 張拉施工中采用振弦式應(yīng)變計(jì)對(duì)鋼屋架進(jìn)展應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)控，張拉完成后，最大應(yīng)力點(diǎn)監(jiān)測(cè)情況如表2. 經(jīng)設(shè)計(jì)單位復(fù)核以為，上述屋蓋中心起拱值，桿件應(yīng)力監(jiān)測(cè)值的實(shí)測(cè)值和偏向值情況良好，滿足設(shè)計(jì)要求，相比前期1:10模型實(shí)驗(yàn)更為理想。. 4.2.4預(yù)應(yīng)力張拉施工驗(yàn)收 按照國(guó)家體育館鋼構(gòu)造專項(xiàng)驗(yàn)收規(guī)范，

12、預(yù)應(yīng)力張拉工程驗(yàn)收和控制點(diǎn)是張拉后預(yù)應(yīng)力索能否到達(dá)設(shè)計(jì)張拉力。規(guī)范未將起拱值列為驗(yàn)收工程之一，也沒給定允許偏向值。屋蓋中心起拱值僅作為預(yù)應(yīng)力施工參考，是預(yù)應(yīng)力施加和受預(yù)應(yīng)力構(gòu)造剛度匹配的綜合反映。屋架高空拼裝誤差，高度的不均勻分布都會(huì)呵斥張拉后起拱實(shí)測(cè)值和實(shí)際計(jì)算值的偏向。. 預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量的最終評(píng)定： 一是看預(yù)應(yīng)力能否到達(dá)設(shè)計(jì)值，能否在驗(yàn)收規(guī)范允許偏向范圍內(nèi)。二是應(yīng)力變形監(jiān)測(cè)情況經(jīng)設(shè)計(jì)單位復(fù)核確認(rèn)能否復(fù)核設(shè)計(jì)要求。國(guó)家體育館鋼構(gòu)造全部預(yù)應(yīng)力到達(dá)設(shè)計(jì)張拉力，并在驗(yàn)收規(guī)范允許偏向范圍內(nèi)，張拉施工中設(shè)計(jì)單位也多次到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)張拉和應(yīng)力變形監(jiān)測(cè)情況進(jìn)展了驗(yàn)收和確認(rèn)，國(guó)家法定檢測(cè)單位在張拉施工前后都對(duì)屋蓋

13、鋼構(gòu)造進(jìn)展了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均符合驗(yàn)收規(guī)范要求。技術(shù)控制的關(guān)鍵是預(yù)應(yīng)力到達(dá)設(shè)計(jì)值，構(gòu)造構(gòu)件最大應(yīng)力，最大應(yīng)變值控制在允許偏向范圍內(nèi)。.4.3預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)造施工技術(shù)控制要點(diǎn) 預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)造施工技術(shù)控制要點(diǎn)按施工過(guò)程可以分為原資料進(jìn)廠檢驗(yàn)，預(yù)應(yīng)力張拉實(shí)施和預(yù)應(yīng)力驗(yàn)收三個(gè)階段。主要包括:1鋼索和張拉設(shè)備的進(jìn)廠檢驗(yàn)。2張拉設(shè)備技術(shù)參數(shù)標(biāo)定和檢定。3油路有無(wú)滲漏。4索端外露長(zhǎng)度的初始標(biāo)定。5張拉的同步性控制。6構(gòu)造應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)。7預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)指點(diǎn)書確實(shí)定。8供電中斷和構(gòu)造或構(gòu)件變形位移超出允許范圍后應(yīng)急處置預(yù)案的制定。9吊籃和通道腳手架的驗(yàn)收。10張拉前和張拉后抽取鋼桁架縱向橫向長(zhǎng)度，相鄰支座高差，支座中心偏移等技術(shù)目的的檢測(cè)等。. 4.