郭正兴-武汉体育馆弦支穹顶屋盖预应力拉索施工

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1、中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文2006年武汉体育馆弦支穹顶屋盖预应力拉索施工郭正兴石开荣罗斌张建（东南大学土木工程学院，江苏南京210096）（南京东大现代预应力工程有限责任公司，江苏南京210018）摘要武汉体育馆钢屋盖为一大跨弦支穹顶结构体系，结合该结构特点，详细介绍了预应力拉索安装及张拉的施工工艺，为类似新型空间结构的研究与应用提供了有益的参考。关键词弦支穹顶，拉索，撑杆，施工，预应力1工程概况与结构特点武汉体育中心二期工程——体育馆为2007年第六届全国城市运动会主要赛场之一，其下部主

2、体为钢筋混凝土结构，上部屋盖采用钢结构，位于武汉经济技术开发区。建成后将容纳1.2万至1.3万名观众观看比赛，为湖北地区规模最大的现代体育馆，不仅能满足高水平体育竞赛和大型文化活动的需要，同时还能满足市民日常健身娱乐和文化体育生活的需要。该工程上部钢屋盖采用了一新型弦支穹顶（亦称索承网壳）结构（图1），是传统空间网壳与索穹顶的混合体，即：屋盖上部采用扁平双层网壳结构，其外形为椭圆抛物面，水平投影为一椭圆，长轴方向总长165m，短轴方向总长145m，投影面积约18800m2。网壳上弦曲面由下弦曲面向上平移3m形成，网

3、格由三向交叉桁架单元组成，采用焊接球节点连接。屋盖下部采用整体张拉索杆体系，共设三环拉索，每环均设双根环向索，环向索、径向索和网壳之间通过撑杆（Ф299×7.5）相连。三者之间为一有机整体，对拉索施加预应力后，将大大减小屋盖结构对支座的水平推力，网壳的竖向变形及杆件内力也得到降低，从而改善了结构的整体受力性能。（a）整体效果图（b）钢屋盖平面图（c）钢屋盖立面图（d）索杆布置图图1武汉体育中心二期工程——体育馆中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文2006年郭正兴，男。1956.8出生，教授，博导2预

4、应力拉索材料及规格该工程采用1670级Ф5.3镀锌钢丝双护层扭绞型拉索，内层PE为黑色耐老化高密度聚乙烯（HDPE），外层为白色PE。其中，径向索索头为热铸锚，环向索索头为冷铸锚，环向索采用双索体系，由连接钢棒相连。3预应力拉索施工3.1该工程拉索施工特点拉索施工主要包括拉索的安装和张拉两大部分。该工程拉索体量大、分布面广、单根长度较长（最长达166m），且由径向索、环向索及撑杆组成整体张拉索杆结构体系。首先，拉索施工需穿插于普通网壳结构的施工中，与普通钢结构的施工顺序、方法和工艺密切相关。其次，弦支穹顶屋盖预应力

5、的建立方法不同于普通预应力钢结构。由于整体张拉索杆结构体系，径向索、环向索及撑杆为一有机整体，索力与撑杆内力相互影响、互为依托。不同的张拉方法、张拉顺序对结构内力分布及变形有较大的影响。为在结构中建立有效的预应力，并尽量缩短或少占用工期，应确定合理的张拉力、张拉方法和张拉顺序。3.2钢屋盖施工总体流程结合本结构特点及施工现场实际条件，屋盖总体安装顺序如下：钢网壳分区块安装（中部区域采用顶升和悬拼安装），拉索和撑杆的安装穿插其中→网壳合拢→拆除屋盖外围钢管支架→拉索张拉→拆除屋盖中心区域顶升支架。其中，中部区域顶升经

6、优化后采取8点顶升。中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文2006年图2钢屋盖总体安装流程图3.3拉索及撑杆安装1.安装基本原则（1）根据网壳安装过程，拉索和撑杆依次从内环向外环安装；（2）同一环内，先安装撑杆，再安装环向索，最后安装径向索。2.安装顺序工厂里拉索及撑杆编号，拉索初始长度确定，及环向索索夹定位→拉索索盘运输就位→开盘放索→安装撑杆（预先缩短）和索夹→挂环向索和径向索→调节环向索和径向索的初始长度，并预紧。3.安装控制要点（1）撑杆下料时严格控制精度，安装前按实际位置对每根撑杆编号，撑杆

7、上端耳板下料时同样严格控制精度并编上号，焊接时严格控制方向定位及焊接质量。这样既方便安装，也便于保证精度。（2）在工厂里对拉索进行严格精确编号和标记。根据这些标记，在现场进行拉索及索夹的安装和索长的调节。这样既便于实际安装，更重要的是为了撑杆下节点索夹的精确定位和拉索初始态索长的确定。（3）拉索安装前，需对径向索调节螺杆、环向索连接棒、撑杆螺杆螺母等涂适量黄油润滑，以便于拧动。（4）应严格根据两耳板之间的实际距离控制现场拉索安装，拉索的初始长度严格按计算要求和现场实测节点板销孔间距确定。3.4拉索张拉1.拉索张拉总

8、体原则（1）模拟张拉过程，进行施工全过程力学分析，预控在先。（2）等网壳主体钢结构和拉索全部安装完成后进行张拉。（3）张拉顺序由外到内、每环同步、分区控制、分级加载。即：张拉由外环到内环进行，各环同步分级张拉。（4）拉索张拉控制采用双控原则：控制力和结构变形，其中以控制力为主。2.拉索预应力建立方法选取对于弦支穹顶结构拉索预应力的建立通常有3种基本方法，即：