郭正兴：绍兴山水馆弦支穹顶结构施工技术--20140723优质PPT.pptx

1、屋屋盖结构体系采用盖结构体系采用“钢桁架弦支穹顶组合网壳结构钢桁架弦支穹顶组合网壳结构”。由由上部弦支穹顶上部弦支穹顶、中央环桁架中央环桁架、径向桁架径向桁架、下部屋面网壳下部屋面网壳组成。组成。借鉴借鉴巨型结构体系概念，采用巨型结构体系概念，采用“主骨架主骨架+次结构次结构”的结构的结构形式。形式。2.结构特点径向主桁架径向主桁架+环桁架环桁架联方型支撑联方型支撑环梁环梁径向脊梁径向脊梁+环梁环梁+屋面斜杆屋面斜杆索杆系索杆系中央弦支穹顶中央弦支穹顶钢桁架组合网壳钢桁架组合网壳钢桁架弦支穹顶组合网壳钢桁架弦支穹顶组合网壳2.结构特点主骨架由主骨架由16榀径向桁架和榀径向桁架和1道中央环桁架构

2、成，径向主桁架采用道中央环桁架构成，径向主桁架采用倒三角形截面形式，截面宽倒三角形截面形式，截面宽4m，高，高4m；中央环桁架采用倒三；中央环桁架采用倒三角形截面，宽角形截面，宽6m7m不等，高不等，高4m。次结构由联方形网格和马道组成。中央环桁架内部采用环肋形次结构由联方形网格和马道组成。中央环桁架内部采用环肋形弦支穹顶结构，上方采光玻璃顶。弦支穹顶结构，上方采光玻璃顶。长轴为长轴为229.0 米，短轴为米，短轴为138.4 米米结构顶结构顶标高约标高约28.5m；中央穹顶长中央穹顶长64m，宽，宽44m2.结构特点中央弦支穹顶中央弦支穹顶钢桁架组合网壳钢桁架组合网壳2.结构特点弦弦支穹顶支

3、穹顶是结合空间网壳和索穹顶结构的一种合理的是结合空间网壳和索穹顶结构的一种合理的新型大跨空间结构新型大跨空间结构，其基本思想是，其基本思想是将索穹顶的柔性上弦用将索穹顶的柔性上弦用刚性的单层网壳替代刚性的单层网壳替代。弦支穹顶结构受力弦支穹顶结构受力特征特征单单层网壳与去掉上弦柔性索的索穹顶组合层网壳与去掉上弦柔性索的索穹顶组合2.结构特点弦支穹顶结构受力特征弦支穹顶结构受力特征在结构成形时在结构成形时，通过施加合理的预拉力给环索、径，通过施加合理的预拉力给环索、径向索，使撑杆产生向上的分力，在上层构件中建立向索，使撑杆产生向上的分力，在上层构件中建立起预应力，使结构产生反拱变形。起预应力，使

4、结构产生反拱变形。在荷载作用时在荷载作用时，荷载通过上端的单层网壳传到下端，荷载通过上端的单层网壳传到下端的撑杆，再通过撑杆传给索，索受力后产生对支座的撑杆，再通过撑杆传给索，索受力后产生对支座的反向拉力；与此同时，撑杆的作用大大减少了上的反向拉力；与此同时，撑杆的作用大大减少了上部单层网壳各节点的竖向位移和变形，杆件的内力部单层网壳各节点的竖向位移和变形，杆件的内力相对单层网壳也有较大幅度的降低。相对单层网壳也有较大幅度的降低。2.结构特点与单层网壳相比较而言与单层网壳相比较而言，下部的索下部的索撑体系不仅增撑体系不仅增强了总体结构的刚度，还提高了单层网壳的稳定强了总体结构的刚度，还提高了单

5、层网壳的稳定性，克服了单层网壳对缺陷敏感的缺点，从而可性，克服了单层网壳对缺陷敏感的缺点，从而可以实现结构跨度更大、网壳矢高更小以实现结构跨度更大、网壳矢高更小。与与索穹顶相比较而言索穹顶相比较而言，用刚性的上弦层取代柔性，用刚性的上弦层取代柔性的上弦索，使施工大为简化。的上弦索，使施工大为简化。弦支穹顶结构受力弦支穹顶结构受力特征特征2.结构特点a.单单层网壳边缘向外水平推力需拉力环层网壳边缘向外水平推力需拉力环b.索索穹顶边缘向内水平拉力需压力环穹顶边缘向内水平拉力需压力环结构结构对边界约束的要求明显对边界约束的要求明显降低降低。单单层网壳以及索穹顶分别对周边支承结构有较大的推力或拉力，而

6、层网壳以及索穹顶分别对周边支承结构有较大的推力或拉力，而弦支穹顶结构的径向拉杆和环向索能够减小甚至抵消支座水平力。弦支穹顶结构的径向拉杆和环向索能够减小甚至抵消支座水平力。从而大大降低对下部结构抗侧性能的要求，并使支座受力明确，易从而大大降低对下部结构抗侧性能的要求，并使支座受力明确，易于设计与制作，使该结构体系具有更广泛的适用性。于设计与制作，使该结构体系具有更广泛的适用性。弦支穹顶结构受力弦支穹顶结构受力特征特征三、施工过程3.施工过程总结已建弦支穹顶结构，上部钢结构网壳和下部总结已建弦支穹顶结构，上部钢结构网壳和下部索杆系的安装方法索杆系的安装方法大部分为在满堂脚手架上进而原位大部分为在

7、满堂脚手架上进而原位拼装拼装，极少数工程采用了网壳整体提升或索杆系部分，极少数工程采用了网壳整体提升或索杆系部分提升的提升的施工施工安装安装方法；方法；而根据预应力施加对象的不同，可将弦支穹顶的而根据预应力施加对象的不同，可将弦支穹顶的张拉方式分为张拉方式分为3大类，即张拉环向索、张拉径向索和顶大类，即张拉环向索、张拉径向索和顶升撑杆。升撑杆。3.施工过程满堂脚手架满堂脚手架上钢构拼装上钢构拼装径向索安装现场径向索安装现场济南奥体中心体育馆济南奥体中心体育馆3.施工过程满堂脚手架满堂脚手架上钢构拼装上钢构拼装环向索张拉现场环向索张拉现场常州市常州市体育馆体育馆3.施工过程搭设搭设满堂脚手架满堂

8、脚手架进行结构安装、张拉进行结构安装、张拉营口营口奥奥体中心体育馆体中心体育馆调节撑杆，施加预应力调节撑杆，施加预应力3.施工过程搭设脚手架搭设脚手架，安装网壳，安装网壳安装撑杆、下端节点及径向钢安装撑杆、下端节点及径向钢拉杆拉杆环环索提升索提升茌平茌平体育馆体育馆现现绍兴山水馆绍兴山水馆的的弦弦支穹顶结构支穹顶结构体系与体系与以往以往不同不同该该工程工程采用采用胎架支撑，上部网壳地面拼装、分单元高空胎架支撑，上部网壳地面拼装、分单元高空吊装，下部吊装，下部索杆系无支架整体提升索杆系无支架整体提升的方法进行安装。的方法进行安装。3.施工过程避免了满堂避免了满堂脚手架支撑安装脚手架支撑安装需要的

9、大量支撑需要的大量支撑系统系统，大大，大大节省了施工节省了施工措施措施费用；费用；索索杆杆系整体提升安装效率高、系整体提升安装效率高、现场施工组织管理一目了然。现场施工组织管理一目了然。C馆弦支穹顶施工现场馆弦支穹顶施工现场3.施工过程1安装环桁架支撑胎架；安装环桁架支撑胎架；2地面拼装，高空分段安装中央环桁架；地面拼装，高空分段安装中央环桁架；3分块吊装弦支穹顶上部网壳；分块吊装弦支穹顶上部网壳；4分段吊装径向桁架，分块分段吊装径向桁架，分块吊装下部屋面组合吊装下部屋面组合网壳网壳，散件散件高空补档；高空补档；5钢结构焊接钢结构焊接安装安装，索杆系整体提升安装；索杆系整体提升安装；6从外环至

10、内环对径向索进行第一阶段逐从外环至内环对径向索进行第一阶段逐环分批张拉环分批张拉（径向索同环间隔分批）；径向索同环间隔分批）；7结构卸载；结构卸载；8从内环至外环对径向索进行第二阶段的逐从内环至外环对径向索进行第二阶段的逐环分批环分批补张拉。补张拉。3.施工过程安装环桁架支撑胎架安装环桁架支撑胎架高空分段安装中央环桁架高空分段安装中央环桁架3.施工过程分块吊装弦支穹顶上部网壳分块吊装弦支穹顶上部网壳分段吊装径向桁架分段吊装径向桁架3.施工过程分块吊装下部屋面组合网分块吊装下部屋面组合网壳壳散件高空补档散件高空补档索杆系无支架整体提升索杆系无支架整体提升3.施工过程索杆系无支架整体提升索杆系无支

11、架整体提升1.在在地面依次由内向外组装每一环的环向索、径向索及地面依次由内向外组装每一环的环向索、径向索及撑杆撑杆3.施工过程索杆系无支架整体提升索杆系无支架整体提升2.用用钢丝绳对撑杆和钢拉杆的相对位置进行固定，同时在撑杆和钢丝绳对撑杆和钢拉杆的相对位置进行固定，同时在撑杆和钢拉杆的环向之间也用钢丝绳连系以固定其相对钢拉杆的环向之间也用钢丝绳连系以固定其相对位置位置3.施工过程索杆系无支架整体提升索杆系无支架整体提升3.依次依次由内环向外环通过竖直撑杆处的主牵引点整体由内环向外环通过竖直撑杆处的主牵引点整体牵引提升各环索杆牵引提升各环索杆系系4.调整调整索杆系形状，使撑杆上端对准与网壳连接的

12、相索杆系形状，使撑杆上端对准与网壳连接的相应节点，并安装应节点，并安装就位就位3.施工过程索杆系无支架整体提升索杆系无支架整体提升扰动力作用下的结构静力平衡态扰动力作用下的结构静力平衡态斜拉杆上节点同旋转斜拉杆上节点同旋转方向方向施加施加水平环向集中力水平环向集中力 提升过程稳定性分析提升过程稳定性分析3.施工过程索杆系无支架整体提升索杆系无支架整体提升C馆馆提升动画提升动画为实现上述为实现上述“索杆系无支架整体提升索杆系无支架整体提升”施工方法的顺施工方法的顺利应用，利应用，本工程采用本工程采用了一种了一种撑杆端头焊接板式大转角球铰撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置节点装置（申请发明专利（申

13、请发明专利）；该该构造可以满足使用阶段和施工阶段对撑杆双向甚至构造可以满足使用阶段和施工阶段对撑杆双向甚至任意向大转角的转动要求，同时构造形式简单，费用低。任意向大转角的转动要求，同时构造形式简单，费用低。主要组成构件主要组成构件包括包括：上上十字板十字板底座底座上端板上端板防防脱脱盖板盖板球体球体下下十字板十字板底座底座下端板下端板3.施工过程3.施工过程撑杆撑杆端头焊接板式大转角球铰节点端头焊接板式大转角球铰节点3.施工过程逐环分批次循环张拉径向钢拉杆逐环分批次循环张拉径向钢拉杆四、预应力张拉技术分析4.预应力张拉技术分析结构结构施工成形过程是一个连续变化的过程，下一阶段的施施工成形过程是

14、一个连续变化的过程，下一阶段的施工会对已施工完成的结构和构件产生影响，尤其是在预应力结工会对已施工完成的结构和构件产生影响，尤其是在预应力结构施工过程中预应力的施加，会使结构形态产生很大改变构施工过程中预应力的施加，会使结构形态产生很大改变。只有只有对结构进行施工全过程分析，跟踪模拟计算每个施工对结构进行施工全过程分析，跟踪模拟计算每个施工阶段的结构内力和位移，才能准确得到施工过程对结构产生的阶段的结构内力和位移，才能准确得到施工过程对结构产生的累积效应，有效地保证的结构施工安全、有效地进行累积效应，有效地保证的结构施工安全、有效地进行。本本工程对工程对A、B、C三馆的弦支穹顶结构都进行了详细的预三馆的弦支穹顶结构都进行了详细的预应力施工过程模拟分析及方案优化，并结合多年施工经验选择应力施工过程模拟分析及方案优化，并结合多年施工经验选择先进