【筑造】弦支穹顶结构屋盖体系在清丰县文体中心体育馆的应用

图2 弦支穹顶结构体系布置

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钢结构施工技术

钢结构安装方案

钢结构施工顺序为：地下室基础锚栓预埋→十字劲性柱安装→成品固定球铰支座安装→格构柱→柱间支撑→环梁→单层网壳→弦支撑体系→马道→檩条。

1）十字劲性柱和成品固定球铰支座的支座主要采用3台塔式起重机进行吊装安装。

2）钢框架格构支撑柱由散件运送至现场，在胎架上分成2段拼装，上、下2段质量和尺寸基本一致。

3）屋面网壳结构构件截面规格多样，节点数量多，现场焊接工作量大，为提高工作效率和焊接质量，屋盖下搭设满堂脚手架，屋面单层壳部分拟采用地面拼装小单元，然后利用塔式起重机和高空操作平台进行小单元拼装的施工方法。

4）上部单层壳安装完毕后，继续安装预应力索撑杆。

临时支撑体系设计

1）外围框架格构支撑柱支撑体系

格构支撑柱柱脚底板与钢铰支座暂时不焊接，在钢铰支座顶板上焊接8个限位器，如图3所示，限位器与钢铰支座采用角焊缝连接。

图3 钢铰支座限位器

2）屋面网壳拼装用满堂脚手架支撑体系

在单层壳下方设计了满堂支撑架，支撑架采用碗扣式钢管脚手架，杆件纵横距为1.0m×1.0m，步距1.0m，对于需要放置预应力索索盘的位置，杆件纵横距为0.5m×0.5m，步距不变。同时脚手架可作为后期屋面维护结构部分施工平台。

3）弦支穹顶张拉阶段格构柱支撑体系

上部单层网壳安装完成后，为便于马道、预应力索布置等，拆除满堂脚手架顶部约 1m 高杆件。此时单层壳由16根格构柱支撑，格构柱支撑共设置2圈，每圈8根，等间距布置，如图4所示。

图4 格构柱支撑布置点位

支撑拆除方案

因施工工艺原因，先拆除满堂脚手架支撑体系，然后拆除外围格构支撑柱，以防其对屋盖结构施加预应力产生不利影响。预应力施加完毕时，格构柱支撑体系自动卸载完成，将下部支座焊接固定，此时主体钢结构全部成型。

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弦支穹顶屋盖张拉施工技术

本屋盖弦支穹顶结构采用4圈环向索，由外向内，第1圈采用φ120拉索，第2圈采用φ100的拉索，第3圈采用φ70拉索，第4圈采用φ30拉索。

预应力施加方案

根据实际工程经验和项目现场施工环境，经过全过程仿真分析、不断优化方案后，采用张拉径向拉杆方式施加预应力，环向索和撑杆作为被动构件受力，不仅可保证索力施加的均匀性，并且索力调整、钢棒长度调节和锁止较容易实现。

施工仿真模拟验算

采用SAP2000有限元分析软件仿真模拟分析，仅考虑结构自重、索预应力，外围格构柱支座竖向固定。

由于结构在平面上为圆形结构，共32个轴线，对应32组径向拉杆，由于对称关系，各轴线径向拉杆内力和撑杆上节点位移均基本一致，故只列取A1轴线径向拉杆内力和竖向撑杆上节点位移值，监测点及监测杆件位置如图5所示，监测结果如图6所示。

图5 监测点及监测杆件位置

a 节点位移

b径向拉杆内力

图 6 监测结果分析

施工过程关键部位应力监测

本工程中撑杆应力监测仪器采用振弦式应力应变传感器，传感器与待测钢结构的温度膨胀系数相同，确保监测精准度和灵敏度。

应力测点位置选取14根屋面杆件及16根支撑杆件，传感器共30个，如图7所示。在结构开始张拉前进行第1次监测，后续每张拉完成1次，进行 1次监测，直至张拉完成。监测数据较多，仅列举图7中轴线第 1～4 圈撑杆监测轴力变化，并与有限元软件分析结果进行对比，如图8所示，辅助判断结构成型情况。

图7 应力监测仪器布置点

a 第1圈 b 第2圈

c 第3圈 d 第4圈

图8 第1~4圈撑杆轴力变化

由图8可知：①实测数据较有限元软件分析数据偏小5%~12%；②对于弦支穹顶等半刚性结构，施加预应力时，初期仅加载点上部杆件内力变化明显，后期随结构刚度增强，加载点远处杆件（间隔1圈距离）内力变化较明显，故此结构施加预应力时，必须按对称施加和分级施加方式，确保结构成型过程均匀缓速。

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清丰县文体中心体育馆弦支穹顶结构屋盖施工技术 （全文刊登于《施工技术（中英文）》2020年第14期）

作者：秦成文,赵钦,孙前进等

作者单位：浙江中南建设集团钢结构有限公司,北京城建集团有限责任公司,中国人民解放军32378部队

今日责编：王涵

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