大跨度多次預(yù)應(yīng)力鋼穹網(wǎng)殼設(shè)計(jì)與張拉監(jiān)控

1、工程名稱第一卷大跨度多次預(yù)應(yīng)力鋼穹網(wǎng)殼設(shè)計(jì)與張拉監(jiān)控SS攀枝花體育館平面呈八角花瓣形（圖6-7-D,周圍用8個(gè)柱面相連,跨度近6 5叫曲邊八邊形外尚有194416m不等的懸挑。屋蓋支承于標(biāo)高16. 6m的8個(gè)混凝 土圓柱頂上，相鄰柱距24. 85m,殼中心標(biāo)高（節(jié)點(diǎn)球心）27. 90m。最大平面覆蓋尺寸 74. 8mX74. 8m。該工程按7度抗震設(shè)防，屬I類場地土，基本風(fēng)壓0. 5kN/m2,屋面荷 載4 llkN/m2o網(wǎng)殼桿件用16Mn鋼管，計(jì)4633根，另加8大束鋼絞線預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)拉索，節(jié)點(diǎn)球9 86個(gè),其中大部分節(jié)點(diǎn)為鼓形螺栓球，少量（約15%）為焊接空心球。8個(gè)支座采用橡 膠墊板減振

2、并消除溫度應(yīng)力。16Mn鋼網(wǎng)殼設(shè)訃用鋼量為35. 00kg/m2o后因16Mn鋼 管現(xiàn)貨匹配不齊，改用以大代小的Q233鋼管,屋面荷載變?yōu)?. 25kN/m2,實(shí)際工程 用量增至49. 00kg/ m2o該屋蓋結(jié)構(gòu)選型時(shí)，除首先要滿足建筑功能、使用要求、安全可靠并符合設(shè) 計(jì)規(guī)定外，還進(jìn)行了曲面平板網(wǎng)架、預(yù)應(yīng)力混凝土邊構(gòu)支承的鋼網(wǎng)殼、非預(yù)應(yīng)力 鋼網(wǎng)殼、預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼等多方案比較。分析表明，多次預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼比非預(yù)應(yīng)力 鋼網(wǎng)殼節(jié)約鋼材36. 61%,比平板網(wǎng)架省鋼54. 88%o最后決定采用按多次預(yù)應(yīng)力組 合式短程線型鋼網(wǎng)殼方案。據(jù)悉這是世界上多次預(yù)應(yīng)力新技術(shù)應(yīng)用于空間鋼結(jié)構(gòu) 的首例工程。因國內(nèi)無網(wǎng)殼

3、設(shè)計(jì)規(guī)范，亦無預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程，故工程設(shè)計(jì)只 能參照相關(guān)規(guī)范和自身特點(diǎn)以及該項(xiàng)U階段性研究成果進(jìn)行。第1章 預(yù)加應(yīng)力體系的選擇網(wǎng)殼的預(yù)加應(yīng)力體系包括布索方案、預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)和預(yù)應(yīng)力拉索選型，在網(wǎng)殼 中如何布索才能提高預(yù)應(yīng)力經(jīng)濟(jì)效益是關(guān)鍵問題。布索的原則是:在預(yù)應(yīng)力的作 用下，結(jié)構(gòu)具有最多數(shù)量的卸載桿，最少數(shù)量的增載桿和中性桿，以使網(wǎng)殼的卸載 效應(yīng)大，從而收到明顯的效果。網(wǎng)殼宜在下部殼外布索，其布索方案大致可分兩類（圖6. 7-2）: 一類為殼邊緣 布索一邊構(gòu)街外布索（A-A）、支座兩兩相間配索（B-B）;另一類為殼中部布索一支 座對角線配索（C-C）、對角線下?lián)问綒ね馀渌鳎―-D） o桿件卸載

4、效應(yīng)和節(jié)點(diǎn)反拱度 效應(yīng)分析結(jié)果顯示，中部布索方案的矢高大，易獲較大的反力矩，因而卸載與反拱 度效應(yīng)均比邊緣布索方案明顯。山于建筑要布設(shè)吊頂，不容預(yù)加應(yīng)力體系結(jié)構(gòu)外 露，故正式施工圖設(shè)計(jì)采用殼外下?lián)问街笔渌鞯倪吘壊妓鞣桨福ˋ-A）。該預(yù)加 應(yīng)力體系方案與網(wǎng)殼的邊緣構(gòu)件和殼面構(gòu)件合二為一,僅需加大截面尺寸，以簡 化構(gòu)造。下?lián)卫鳛楦邚?qiáng)鋼絞線,通過間M錨具錨于預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)，考慮到平面外的 穩(wěn)定性，特于側(cè)向加桿扶持。為改善布索方案A-A矢高小的不利受力情況，在八條邊下設(shè)置了 32根向上的 撐桿，它能產(chǎn)生很大的上抬力，以彌補(bǔ)其卸載與反拱度效應(yīng)差的不足。第2章 預(yù)應(yīng)力全過程計(jì)算原理及靜力分析工程名稱預(yù)應(yīng)力

5、網(wǎng)殼全過程計(jì)算，實(shí)際上就是加載順序在網(wǎng)殼計(jì)算上的反映。該屋蓋 工程根據(jù)荷載的可分性、施工設(shè)備及工藝的可行性，在簡化構(gòu)造的情況下,為最大 限度提高結(jié)構(gòu)承載能力，節(jié)約鋼材、降低造價(jià)，在征求施工單位意見后，決定采用 以高強(qiáng)鋼絞線為預(yù)應(yīng)力拉桿的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)五階段設(shè)計(jì)。即“受載一張拉一受載一 張拉一受載的加載順序。首先，網(wǎng)殼拼裝就位后，加上約半數(shù)的屋面板重,使桿件 處于受載狀態(tài)，第一次利用荷載作用下桿件的允許承載能力;其次，張拉鋼索，大 致按荷載比例確定初始預(yù)加力值，對整個(gè)網(wǎng)殼相當(dāng)大部分的桿件施加預(yù)應(yīng)力至其 反向允許承載力的極限;再第二次加上首批余下的全部殼板重量,第二次利用荷 載下桿件的允許承載能力;然

6、后第二次張拉鋼索達(dá)總預(yù)加力控制值，這時(shí)，網(wǎng)殼乂 有相當(dāng)大部分桿件達(dá)到其反向允許承載力的極限;最后第三次將屋面構(gòu)造、室內(nèi) 吊頂、燈光、馬道、水電管線等全部荷載加上，從而使網(wǎng)殼桿件的承載能力達(dá)到 設(shè)計(jì)值，第三次利用桿件的允許承載能力。分析中，每當(dāng)全部荷載工況計(jì)算完畢， 都要根據(jù)內(nèi)力組合結(jié)果,調(diào)整桿件截面，再進(jìn)行下一輪計(jì)算，并需復(fù)檢惡劣工況， 再調(diào)桿件截面至滿足設(shè)計(jì)要求。預(yù)加力值的選擇包括預(yù)加力值的初始值和最終控制值的確定,兩次預(yù)加力幅 值變化及其引起不同的桿件內(nèi)力和經(jīng)濟(jì)效益等，問題比較復(fù)雜。預(yù)應(yīng)力值不是越 大越好，而是要根據(jù)工程具體情況，調(diào)整至變形適度、桿力不能過大、桿件理論重 量最輕的最佳狀態(tài)，

7、這主要通過不同方案反復(fù)試算后優(yōu)選確定。本工程預(yù)加力值 的初始值和最終控制值分別取450kN和230kN較為合適。按空桁法專用程序分析其 內(nèi)力分布規(guī)律，理論分析與模型實(shí)測結(jié)果比較吻合。第3章動(dòng)力特性及地震反應(yīng)分析理論分析及模型試驗(yàn)表明，結(jié)構(gòu)體系的頻率分布成兒個(gè)密集區(qū)形式。加預(yù)應(yīng) 力后，網(wǎng)殼的自振頻率有縮短趨勢。當(dāng)預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼作整體振動(dòng)（主要是基頻）時(shí)，網(wǎng) 殼各桿件間的相互拉力可以抵制其振動(dòng)幅值;但在大多數(shù)自振頻率下，網(wǎng)殼作局 部振動(dòng)。采用反應(yīng)譜理論對結(jié)構(gòu)豎向地震反應(yīng)作了分析，從若干典型桿元的內(nèi)力 反應(yīng)看，其最大的動(dòng)力效應(yīng)一般不超過靜力反應(yīng)的684%,進(jìn)行內(nèi)力組合結(jié)果，對7 度設(shè)防的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不起控制

8、作用?？偟目磥?預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有良好的動(dòng)力特 性和抗震性能。第4章預(yù)應(yīng)力施工網(wǎng)殼拉索選用低松弛1860級(jí)4束7jl2. 7鋼絞線，閔M13-7型錨具。第1節(jié) 預(yù)應(yīng)力筋下料穿束預(yù)應(yīng)力筋按各邊構(gòu)兩球節(jié)點(diǎn)間長度加千斤頂施工長度作為鋼絞線下料長度。 用電動(dòng)砂輪機(jī)切斷，逐根穿入球節(jié)點(diǎn)錨固。穿孔時(shí)應(yīng)對號(hào)入座，使所有鋼絞線在兩 受力球節(jié)點(diǎn)中不得相互纏繞和錯(cuò)頭，每束須平行對稱定位。工程名稱山于預(yù)應(yīng)力筋完全外露在空間，張拉前用錯(cuò)具將鋼絞線作臨時(shí)錨固，待預(yù)應(yīng) 力筋全部穿完后，因?yàn)椴捎谜鴱埨?，需對每束?束7jl27）作長度調(diào)整。調(diào)整 方法為將每束中7根鋼絞線逐根山人工拉直,使每束7根鋼絞線在跨中相互撓度誤 差

9、不得超過10mm。按此標(biāo)準(zhǔn)值控制，其縱向長度誤差僅003mm,所以只需要保證每 束跨中撓度相互誤差在10mm以內(nèi)，縱向長度誤差可忽略不計(jì)。這樣在鋼索張拉過 程中，滿足了鋼絞線受力均勻的要求。第2節(jié)預(yù)應(yīng)力張拉預(yù)應(yīng)力張拉根據(jù)網(wǎng)殼預(yù)應(yīng)力束布置特點(diǎn)，選用16臺(tái)YCQ-100型千斤頂,8臺(tái)ZB4 -500型電動(dòng)油泵，分別布置在8條邊構(gòu)交義處。網(wǎng)殼中每條邊構(gòu)鋼索設(shè)置有4束鋼絞線，山8套拉伸機(jī)分別對8條鋼索同時(shí)張 拉。每次張拉需分兩批進(jìn)行。為使球節(jié)點(diǎn)受力均勻，先將2臺(tái)千斤頂安放在對角束 端部作第一批張拉，待第一批張拉結(jié)束后再以相同方法作第二批對角束張拉。因 預(yù)應(yīng)力筋為直線體外束，故采用一端張拉，另一端錨固（

10、圖6-7-3） o當(dāng)分批張拉時(shí)，兩端受力球會(huì)產(chǎn)生較大軸向變形;張拉乂不能反復(fù)過多，以免 夾片損傷鋼絞線。所以需提高先張拉的第一批鋼絞線張拉力，以解決第二批張拉 時(shí)球節(jié)點(diǎn)軸向位移而產(chǎn)生的對第一批兩束的損失值。為更精確地確定超張拉值， 在兩端球節(jié)點(diǎn)上分別安放位移計(jì)，實(shí)測岀第一批預(yù)應(yīng)力束張拉到設(shè)計(jì)張拉力時(shí)兩 球節(jié)點(diǎn)之間的位移，從而得岀實(shí)際超張拉值。待第一批張拉到設(shè)計(jì)控制預(yù)應(yīng)力時(shí) 暫不錨固，需補(bǔ)足超張拉值后再行錨固。這樣在第二批預(yù)應(yīng)力結(jié)束后，使每邊構(gòu)中 4束預(yù)應(yīng)力筋張拉力基本相等。最后工程實(shí)測位移值為13. 8mm,設(shè)計(jì)計(jì)算位移為13 7mm,實(shí)測與計(jì)算基本吻合。設(shè)計(jì)要求8條邊構(gòu)鋼索施加的預(yù)應(yīng)力必須同步進(jìn)行。張拉山16臺(tái)千斤頂和8臺(tái) 油泵控制，要做到同步，須控制8臺(tái)油泵的進(jìn)油量。故采用分級(jí)同步方案，即將張拉 控制應(yīng)力分5個(gè)級(jí)差，逐級(jí)提高張拉力?，F(xiàn)場由專人統(tǒng)一指揮控制各加油點(diǎn)級(jí)差的 提高，以保證同步張拉。第3節(jié)鋼索及球節(jié)點(diǎn)的處理張拉結(jié)束后，將錨具外50mm處多余鋼絞線割斷。對球心灌入高標(biāo)號(hào)水泥漿，以 加強(qiáng)錨固效果，最后用細(xì)石混凝土封閉錨頭。體外鋼索采用先刷紅丹磁漆2遍，后 用石棉繩密纏鋼索，再用0. 3mm鍍鋅鐵