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广饶国际博览中心8区弦支单层网壳拉索施工方案

弦支单层网壳拉索施工方案

专项施工单位：南京东大现代预应力工程有限责任公司

ATB沥青碎石基层施工工艺标准总包施工单位：浙江东南网架股份有限公司

广饶国际博览中心8区弦支单层网壳拉索施工方案

广饶国际博览中心8区钢结构屋盖为椭圆形，长轴129m，短轴56m，屋盖采用弦支单层网壳结构体系，共设置8道弦支拉索，11道水平拉索以及20根竖向吊索。网壳底部设置周边环向桁架，屋盖支承拉索，屋盖支承在周圈钢柱上。

体育馆结构详见图11至图13。

图11结构平面布置图

图13网壳及桁架侧立面图

图14网壳及桁架左视图

图15主拱剖面示意图

本工程预应力钢结构为弦支单层网壳结构体系。

网壳主体结构由10榀主拱桁架组成，每榀主拱桁架包含中部桁架和两边张弦结构，通过对弦支拉索施加预应力，为上部网壳提供刚度；整体结构存在较大水平推力和水平位移，在支座处布置水平拉索，通过在张拉水平拉索可产生有利的预应力和反向变形，减小支座推力、支座水平位移和跨中挠度，从而优化内力分布，增加结构刚度，节省用钢量；另外每榀钢拱设2道吊索，避免水平拉索过大垂度。

本工程共设16根弦支拉索，11根水平拉索以及20根竖向吊索，拉索节点示意图如下：

图16拉索端部示意图

图17弦支拉索上端示意图

图18水平拉索构造示意图

图19弦支拉索构造示意图

图110吊索构造示意图

水平拉索位于单层网壳下部，与支座相连。索体为1670级高强半平行钢丝束拉索，外包双层PE，最外层为白色；一端可调；张拉端和固定端锚具为热铸锚，连接件为叉耳式，见表11。

弦支拉索位于单层网壳两侧。索体为1670级高强半平行钢丝束拉索，外包双层PE，最外层为白色；一端可调；张拉端和固定端锚具为热铸锚，连接件为叉耳式，见表11。

吊索用于控制水平拉索形态。索体为1670级高强半平行钢丝束拉索，外包单层PE，颜色为白色；一端可调；张拉端和固定端锚具为热铸锚，连接件为叉耳式，见表11。

表11拉索材料和规格表

本工程设计施工图纸以及相关技术文件

《建筑工程用索》（送审稿）

《建筑缆索用高密度聚乙烯塑料》CJ/T3078

《预应力钢结构技术规程》CECS212：2006

《建筑工程预应力施工规程》CECS180：2005

结构设计对拉索及其相关施工的要求

根据设计要求，拉索采用钢丝强度级别不小于1670MPa，水平拉索截面面积不小于1360mm2，弦支拉索截面积不小于860mm2。

恒载作用下弦支拉索LS1至LS8预拉力依次为90kN、145kN、165kN、190kN、290kN、300kN、285kN、285kN；恒载作用下水平拉索SPS1至SPS11预拉力依次为25KN、110kN、395kN、395kN、485kN、485kN、490kN、490kN、475kN、470kN、455kN。

本工程屋盖部分为弦支单层网壳结构体系，为椭圆形，长轴129m，短轴56m。

本工程共有10榀主拱桁架，为主要受力构件，使用水平拉索减少结构水平推力和水平位移；其中8榀钢拱跨度较大，达40m以上，采用弦支拉索增强网壳稳定性，增加结构刚度。

结构曲面造型复杂，矢跨比较大，屋盖各点标高不同，对钢结构制作、安装和施工精度要求较高。

网壳底部设置了周边环向桁架，增加其整体刚度。

单根水平拉索长度较大，故采用吊索对水平拉索形态进行控制。

网壳与拉索间采用单撑杆连接，撑杆与拉索采用铸钢索球进行连接。

网壳通过成品橡胶支座支承在周圈钢柱上。

拉索施工难点和解决措施

本工程撑杆下端索夹节点空间性强、受力复杂、空间定位要求准确。因此，在进行索夹节点构造设计时，除需考虑准确定位和受力安全外，还应满足拉索实际施工的要求（包括拉索安装和张拉）。同样，对于撑杆上端节点采用球铰，因此在选择拉索张拉方法时应考虑这一特点。

单根拉索的长度较大，水平拉索最长可达55m，弦支拉索最长可达28m，拉索安装较为不便。

网壳结构采用满堂脚手架拼装法，从中间榀向两侧对称安装网壳钢结构，水平索和弦支拉索滞后钢网壳安装2榀进行张拉。

分批次张拉的索力相互影响

对于群索结构，一般均不可能对所有拉索同时同步施加预应力，通常的做法是采取分批分级的办法来实现。拉索分批分级张拉会因张拉先后顺序和张拉力级别的不同，导致群索之间的索力相互影响较大。

批数少，同批根数多，则先后张拉批之间的索力相互影响小，张拉工期短，但需要投入较多的张拉机具和人员；批数多，同批根数少，但存在先后张拉批的索力相互影响。因此，需要根据本工程的特点，在先后张拉索力相互影响、张拉机具和人员以及工期之间，寻求合理的张拉方案。

另外，考虑工期因素，对张拉方案进行优化，将预应力张拉穿插在钢结构施工过程中，考虑多方面因素对比分析后初步确定：分阶段、分批、按一定顺序张拉的方案。

结构共包含11榀水平拉索，定其编号为SPS1~SPS11，其中从SPS2~SPS11为10榀主拱所在位置，从主拱1~主拱8包含8道弦支拉索，其编号示意图见图71。

其张拉顺序依次为见7.2节。

支架对结构初始预应力态的影响

本工程采用满堂脚手架法进行安装。在拉索张拉时有两种选择，一是保留胎架，待拉索张拉完毕后再拆除胎架。二是拆除所有支架后再进行拉索张拉。前者可确保施工阶段结构的安全性，防止发生意外整体坍塌事故，但若张拉过程中屋盖始终不脱架，那么支架将会对施工过程中索力和结构变形产生一定的影响。因此，综合两种情况并考虑工期因素，选择保留胎架安装。

应采用合理的张拉设备、工装、索头和钢构节点，保证张拉力施加的精准，并减小预应力损失。

在确定合理的拉索张拉方案，并通过精确张拉过程分析确定每根拉索的施工张拉力的基础上，采用配套标定的千斤顶和油压表进行拉索的张拉作业；为减小拉索锚固预应力损失和长期预应力损失，拉索张拉端采用热铸锚，并在理论施工张拉力的基础上超张拉3％。

拉索张拉控制包括力和形两大部分内容，其中力包括索力、支座反力、钢构内力等；形包括跨度、矢高、关键构件空间姿态、关键节点位移等。

根据本工程的结构特点，确定了张拉控制的项目以及主控项目。拉索张拉实行力和形的双控。力的控制主要为索力，形的控制主要为网壳控制点的竖向位移以及支座的水平位移，其中以控制索力为主。

本工程为弦支单层网壳结构，预应力拉索跨度大，单根拉索长度较大，施工的过程也就是结构成形的过程，每一榀拉索的张拉都会对前阶段张拉产生影响，并影响结构的成型状态。因此必须按照一定顺序进行施工，保证拉索建立设计的预应力值。

预应力施工实施的思路：

我们在多年从事预应力专项施工工作中，对所施工结构特点的充分理解一向倍加重视。预应力施工绝不仅仅是张拉，因为预应力钢结构与普通钢结构的重要区别是预应力张拉对结构的形状、对相邻构件的影响较大，在对结构特点不了解的情况下进行张拉可能引起严重的后果，并对钢结构安装带来不便。

对本工程这样复杂结构，我们采用大型有限元分析软件进行分析计算，首先从全面的结构分析入手，充分了解该结构的受力特点，再具体模拟各种工况进行施工阶段的分析，确保施工之前可能出现的情况分析透彻。根据分析结果提出合理、经济的预应力张拉方案。

分析、深化设计、施工一体化

现场的情况多变，出现意料之外的情况时预应力施工单位应能及时分析出原因，必要时应对施工方法作出必要的调整。紧张的工期要求预应力施工单位能够及时提供与预应力有关的构造处理措施，供设计人员参考。

预应力施工必须采用先进、合理的施工工艺，同时具备设备开发能力，能够及时解决现场出现的各种问题。

我们具备上述的综合实力，准备在本工程的实施中采用分析、深化设计、施工一体化服务，为本工程的顺利实施作出贡献。我们将把在近十年在多项重大预应力钢结构工程中积累的经验应用到本工程，不遗余力去完善好每个细节。

加强监控、重视协作、注重质量及安全

“加强监控、重视协作、注重质量和安全”一直是本公司的宗旨。我们在本工程的实施中将继续保持并发扬这一优良传统。

结构及拉索的施工总体方案

从中间榀向两侧对称安装网壳钢结构；

拉索安装与钢结构安装流水作业；

水平索和弦支拉索滞后钢网壳安装2榀进行张拉；

屋面檩条安装滞后拉索张拉2榀进行安装；

安装主拱3~主拱7之间的网壳钢结构（主拱编号及拉索编号见图71）；

张拉主拱5的弦支拉索及水平拉索（见图72，阴影部分为已安装网壳钢结构，下同）；

安装主拱2和主拱8及中间的网壳钢结构；

张拉主拱4和主拱6的弦支拉索及水平拉索（见图73）；

安装主拱1和主拱9及中间的网壳钢结构；

张拉主拱3和主拱7的弦支拉索及水平拉索（见图74）；

安装主拱10及剩余的网壳钢结构，安装主拱4和主拱6中间的屋面檩条；

张拉主拱2和主拱8的弦支拉索及水平拉索（见图75）；

安装主拱3和主拱7中间的屋面檩条；

张拉主拱1和主拱9的弦支拉索及水平拉索（见图76）；

安装主拱2和主拱8中间的屋面檩条；

张拉主拱10的水平拉索，并张拉SPS1（见图77）；

安装剩余部分屋面檩条（见图78）。

弦支拉索张拉时采用单侧张拉，下部为主动张拉端，上部为被动张拉端（见图78）；

张拉过程中以控制索力为主，控制关键点竖向变形为辅。

图71张拉平面布置图

图72张拉主拱5的弦支拉索及水平拉索

图73张拉主拱4和主拱6的弦支拉索及水平拉索

图74张拉主拱3和主拱7的弦支拉索及水平拉索

图75张拉主拱2和主拱8的弦支拉索及水平拉索

图76张拉主拱1和主拱9的弦支拉索及水平拉索

图77张拉主拱10和剩余水平拉索

图78安装剩余部分屋面檩条

本工程采用1670级ф5镀锌钢丝双护层扭绞型拉索GBT 38779-2020 有轨电车道路通行安全技术规范，内层PE为黑色耐老化高密度聚乙烯（HDPE），外层为白色PE。

索体断面结构见示意图81。

图81索体断面结构示意图

表81拉索用1670级φ7热镀锌钢丝主要技术条件

延伸率（L0=250mm）(%)

某项目施工组织设计之方案松弛率(0.7G.U.S.T.1000h)(%)

应力疲劳（0.45G.U.S.T）