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1、,天津理工大学体育馆索穹顶结构,索穹顶，是在二十世纪八十年代由国外引进而来的。截至2016年，在国内已建成三个索穹顶工程，分别为无锡新区科技交流中心索穹顶、山西太原煤炭交易中心索穹顶和内蒙古伊金霍洛旗全民健身中心索穹顶。 索穹顶结构大量采用预应力钢索，压杆少而短，所以能充分发挥钢材的抗拉强度，结构效率极高。自从20世纪末问世以来，便以其新颖的造型、巧妙的构思、合理的受力、经济的造价、快速的施工，赢得了工程师们的喜爱，并被成功地应用在一些大跨度、超大跨度建筑的屋盖设计中，是近年来国内外空间结构的研究热点之一。索穹顶结构来源于美国建筑师R.B.Fuller于1962年提出的张拉整体思想：结构中尽可
2、能地减少受压状态而使结构处于连续的张力状态，从而实现“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中“的设想。美国工程师Geiger对Fuller的张拉整体思想进行了演变和发展，开创性的提出了索穹顶体系的概念，并在1988年的韩国汉城奥运会体操馆和击剑馆中首次将其付诸实践。此后,美国工程师Levy对Geiger设计的索穹顶中索网平面外刚度不足、容易失稳等缺点进行了改进, 将辐射状脊索变为三角化联方型布置脊索, 成功设计了1996年亚特兰大奥运会的主体育馆乔治亚穹顶。到目前为止世界上已建成十几座索穹顶结构建筑，主要分布在美国、韩国等发达国家。根据几何拓扑形式的不同，索穹顶结构分为Geiger型、Levy型、Kie
3、witt型、鸟巢型、混合型等多种形式。,内容,一.工程概况及特点 二.施工准备 三.施工工艺及方法 四.施工监测 五.监理工作要点,一、工程概况,1.1 工程基本概况天津理工大学体育馆工程位于西青区宾水西道391号天津理工大学校区内，是第十三届全运会比赛场馆之一。该工程为公建类建筑，项目总投资19829万元，项目建成后可满足手球、篮球、排球和羽毛球等项目比赛和训练的需求。本工程主体高度27.5m，主体单层，局部三层，总建筑面积约17100。主体结构采用全现浇钢筋混凝土框架结构体系,楼盖采用全现浇梁板结构承重，主馆屋面大空间部分采用索穹顶结构。建筑物周围约50m范围内没有建筑物，也没有地下室等构
4、筑物，地质情况良好。,一、工程概况,1.2 索穹顶结构工程概况体育馆屋盖平面投影为椭圆形，投影面约为6400m2，柱顶不等高，平均标高为22.950米。屋盖结合建筑造型采用索穹顶结构形式，长轴102m，短轴82m，内设三圈环索及中心拉力环，最外圈脊索及斜索按照levy式布置，共设32根，与柱顶混凝土环梁相连，内部脊索及斜索呈盖格式布置，每一圈设16根，拉索最小规格D60mm，最大规格133mm，整个索网和内拉环、撑杆的总重量约353T。,一、 工程概况,1.2 索穹顶结构工程概况,拉索平面布置图,一、 工程概况,短轴剖面,长轴剖面,1.2 索穹顶结构工程概况,一、 工程概况,中间撑杆上节点,外
5、撑杆上节点,中间撑杆下节点,外撑杆下节点-叉耳连接,1.2 索穹顶结构工程概况,外撑杆下节点盖板连接,内拉环三维示意图,一、工程概况,1.3 工程特点,1）结构形式新颖、跨度大本项目索穹顶结构是Geiger型和Levy的结合体，内侧为Geiger型，最外圈为Levy型，最大跨度达到102m，是国内首个跨度超过100m的索穹顶结构，环梁为高低不平的马鞍形，国内外都比较罕见，可借鉴的施工及监理经验很少。 2）本项目索穹顶为非极对称结构目前国内已经建成的3座索穹顶结构均为极对称结构，但本项目索穹顶结构只有两个对称轴，外环梁的高度不等，最高27.947m，最低22.215m，由于外环梁的形状高低起伏造
6、成在提升过程中的索力、提升用的工装钢绞线长度都不相同，增加了提升过程的难度。3）结构内力非常大为了保证结构成型后的形状，以及各种工况下拉索不出现松弛，成型态下脊索的内力差别比较大，短轴脊索的内力超过500T，长轴脊索的内力75T，超大的内力为结构提升和张拉带来很大的难度。,一、工程概况,1.3 工程特点,4）拉索规格大本项目拉索最大规格为D133m的高钒拉索，由于拉索单位重量大，索体本身的刚度也不能忽略，且整个索网和内拉环、撑杆的总重量达到353T，对展索和拉索提升都提出了很高的要求。 5）场地内的已建土建结构对结构安装工艺有影响本项目在长轴方向布置有土建结构，三层结构的高度为16.4m，在三
7、层的边缘还布置有5m高的柱子和梁。在成型以后，该土建结构和穹顶结构没有位置冲突，但是采用提升工艺进行穹顶的安装，则土建结构对提升工艺有很大的影响。,一、工程概况,1.3 工程特点,6）结构在短轴方向的HS1和内拉环之间布置有内环直索该结构在短轴方向的HS1和内拉环之间布置有内环直索，短轴每个方向各布置5根，一共10根。内环直索的作用可以减小HS1的内力且使环索受力均匀，这也是相对其他类似索穹顶结构的一个新的特点。,一、工程概况,1.4 施工重点难点分析及解决措施,一、工程概况,1.5 施工技术风险分析及应对措施,本工程跨度之大以及结构内力之大在国内目前同类的体育馆结构中都是首屈一指，结构成型以
8、后的单根索力最大超过500T，远远超过了同类结构的单索内力。因此对结构施工技术提出了很高的要求，施工工艺也随之复杂很多，因此施工过程中也存在着施工技术风险，初步确定施工过程的技术风险有如下几点：,二、施工准备,2. 1 施工平面布置,二、施工准备,2.2 工程施工用电1） 用电负荷要求32个油泵同时工作，油泵功率3.5KW/个，总功率112KW。电源使用位置：在每个轴线的柱底位置处布置一个油泵。2）现场配电箱及开关箱设置要求配电箱、开关箱应设置端正、牢固，移动式配电箱、开关箱装设在坚固的支架上；移动式配电箱、开关箱的下底与地面的垂直距离应大于0.6米、小于1.5米。电箱、开关箱内的开关电器应按
9、其规定位置紧固在电器安装板上，不得歪斜和松动。配电箱、开关箱的金属箱体必须做保护接零，保护零线应通过接线端子板连接。每台用电设备应有各自专用的开关箱，必须实行一机一闸一漏电开关制。,二、施工准备,2.3 主要施工设备及工具,二、施工准备,2.4 预应力劳动力需用量计划,其中每套泵顶配备1人。1人操作千斤顶，1人操作油泵。1人负责监测，1人负责设备维修。 现场配备专门机具维修人员，设备出现故障，立即修理或更换，不能耽误张拉。 工长在现场负责人员设备组织调配，抓好质量进度与安全，协助工程师处理有关技术问题。 各相应部位配备相应质检员，负责相关部位的质量。 工程师在现场巡回检查，出现问题，及时处理。
10、 钢结构配备辅助人员主要是准备好工作面。,二、施工准备,2.5 现场临时道路现场临时道路为围绕建筑的环形路，宽度4.5m，浇筑100厚C25混凝土，道路地基土为原状土，没有扰动，基底地质良好，满足机械设备等承载要求。 2.6 现场构件存放及倒运拉索构件进场后均存放于场地西侧钢结构材料堆放区，位于2#塔吊吊装范围，距离2#塔吊约10m，材料倒运至中心场地均通过2#塔吊倒运，单个构件重量均在塔吊吊装能力范围内。构件拼装均位于中心场地内，场地内维护及存放摆放条件良好，场地内为60厚C15混凝土垫层，地基土为原状土，承载能力良好。 2.7 安全防护设施中心场地为主场馆区域，四周均为看台，首层设4个安全
11、通道，可满足人员正常出入及应急逃生，安全通道位于场地四角。二层以上看台均设置定型防护栏杆。,二、施工准备,2.8 进度计划安排,三、 施工工艺及方法,3.1 施工思路总体思路：索系采用高空拼装的方法进行安装。首先利用中央塔架拼装内拉环，然后高空依次分批安装脊索、撑杆、环索、斜索，最后张拉XS4使结构成型。 具体思路：第1步：在场地中心搭设中央塔架，塔架高度以内拉环高度比成型态低2.22m控制，约21.75m；第2步：在中央塔架上拼装内拉环，并用缆风绳加固；第3步：分8批对称安装脊索，为减小脊索安装的荷载，将部分脊索的调节量放松；第4步：在地面组装HS3，然后利用提升装置提升外撑杆和HS3并和脊
12、索索夹连接；第5步：利用工装索将斜索4和外环梁耳板连接并预紧。第6步：提升长轴看台的各3个外撑杆，将该位置的外撑杆和相应的索夹连接,三、 施工工艺及方法,3.1 施工思路第7步：在地面组装HS1、HS2，然后利用提升装置提升撑杆和环索并和脊索索夹连接；第8步：依次安装内环直索、XS1、XS3、XS2；第9步：张拉短轴方向的脊索；第10步：同步提升安装32根XS4，使结构成型。,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示由于索穹顶施工工艺复杂，施工过程中需要制定很多施工措施，因此先将整个施工过程通过简单图示的方式列出，然后再详细阐述各施工工艺及施工措施。本项目索穹顶施工工艺图示如下：第1步：搭设
13、中央支撑胎架和环索放索马道,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示,第2步：在中央支撑胎架上拼装内拉环并加固,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示第3步：在马道上展开环索,第4步：分批安装脊索和脊索节点,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示第5步：提升并安装HS3、XS3上端,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示第6步：抬高长轴方向的外撑杆上节点,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示第7步：利用工装索和工装安装XS4并预紧,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示第8步：安装HS1和内撑杆、XS1上端,三、 施工工艺及方
14、法,3.2 施工过程图示,第9步：安装HS2和中撑杆、XS2上端,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示第10步：安装内环直索和斜索1,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示,第11步：安装XS3,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示第12步：安装XS2,三、 施工工艺及方法,3.2 施工过程图示,第13步：拆除内拉环与中央塔架的临时连接设施，提升和张拉XS4就位,三、 施工工艺及方法,3.3 中央塔架搭设为了实现高空散拼的施工方案，需要将内拉环抬高以减小脊索安装时的内力。对于本项目，短轴的脊索矢高相对较小，成型后的内力较大，为了减小脊
15、索的安装内力，最有效的措施就是将内拉环的顶部高度抬高至和短轴的外环梁等高，使得短轴上的JS4的耳板和JS1的耳板在同一高度上。采用609x16的钢管制作提升塔架，单根钢管长度6m，中央用法兰盘连接，钢管间距2830mm，腹杆采用180x110x10的角钢。结构整体尺寸如下图所示：,三、 施工工艺及方法,3.3 中央塔架搭设,内拉环与塔架位置示意图,三、 施工工艺及方法,3.4 操作平台搭设1）环索放索马道搭设本项目环索一共有3圈，其中第1圈在场地内，第2圈有一半在看台上一半在地面，第3圈有一半在看台上，另一半在设备层楼面上。根据环索和看台以及三层楼面的位置关系确定每圈环索的铺放位置及马道搭设方
16、式。,三、 施工工艺及方法,3.4 操作平台搭设1）环索放索马道搭设第2圈环索马道分两部分，一部分是场地内的，一部分是看台上的。环索马道根据地面和看台的高度搭设成高低起伏的形状，即马道高度距离地面0.6m左右即可，由于HS2落在看台上的高度最高点为5m左右，所以搭设马道时，马道的高差也为5m左右。马道的搭设位置为水平投影圆直径小0.5m。,三、 施工工艺及方法,3.4 操作平台搭设1）环索放索马道搭设第3圈环索马道分两部分，一部分是看台上的，一部分是三层楼面上的。由于HS3分为8段，图示红色部分在三层楼面展开，其余部分在看台上展开，尤其是粉红色显示的索段在看台上展开，待被提升至于三层楼面接近时再与三层楼面上的环索对接。,三、 施工工艺及方法,3.4 操作平台搭设1）环索放索马道搭设,三、 施工工艺及方法,3.4 操作平台搭设2）环梁处操作平台搭设由于拉索安装和张拉均要在环梁耳板处进行，因此需要在环梁耳板处搭设操作平台，根据张拉点所在的位置以及张拉点与下方看台之间的高度，分2种搭设形式。第1中是位于三层楼面上方的张拉点，利用三层楼面进行搭设，如图中红色圆圈所示位置，一共12处，根据环梁的标高，操作平台从三层楼面的搭设高度分别为：4.5m，5.5m，7.5m。,
