1、空間大跨度張弦梁結(jié)構(gòu)施工工藝的研究摘要：本文介紹了南京會議展覽中心“空間大跨度張弦梁結(jié)構(gòu)”施工工藝的研究 關(guān)鍵詞：空間，大跨度，張弦梁結(jié)構(gòu)。作者：上海松昊鋼結(jié)構(gòu)有限公司蔣振彥(副總經(jīng)理/本工程原項(xiàng)目經(jīng)理)1、引言南京會議展覽中心的36號展廳為大跨度張弦梁結(jié)構(gòu)體系，局部大懸挑。每座展廳 有18幅張弦梁，跨度74ml上弓玄為ii1200 x 400x24 (20) x 35 (30)組合截面，下弦為 pes-7x301的預(yù)應(yīng)力鋼索。盡管單幅張弦梁為平面結(jié)構(gòu)，但由于兩端支座處的標(biāo)高按照 不同的等差數(shù)列上升，因此，相鄰兩極張弦梁在空間上并不共面， 屋面整體造型為馬鞍形， 見下圖。36號展廳總體效果圖完

2、成一半后屋面結(jié)構(gòu)整體圖單幅張弦梁總體及部分細(xì)部圖與以往其它張弦結(jié)構(gòu)相比較，以往工程的上弦構(gòu)件多為拱形結(jié)構(gòu)，即使為平面結(jié)構(gòu)也 使用桅桿吊索結(jié)構(gòu)體系，而本工程的上弦鋼梁上表面為平面，施工和張拉工藝不盡相同。 盡管單幅張弦梁與地面傾斜，但設(shè)計(jì)要求張拉完成后拉索撐桿垂直于大地，且張拉產(chǎn)生的 張弦梁起拱在屋面載荷施加后張弦梁表面仍為平面，所以施工難度非常高。2、工程概況南京會議展覽中心位于南京市河西中央?yún)^(qū)的中心位置，一期建設(shè)項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)工程由 36#展廳和9#展廳、會議中心及附屬結(jié)構(gòu)、門庭結(jié)構(gòu)和連廊、登錄廳組成。36#四個展廳的跨距和結(jié)構(gòu)形式完全一樣，沿圓弧形布置，為單層建筑：跨距( a j歹1)74m

3、m柱距9日 從121軸長度180ml 2011軸張弦梁為一個整體，112軸為一 個整體，在11軸用張弦桁架過渡。屋面結(jié)構(gòu)主要為：74m大跨度張弦梁和局部大懸挑構(gòu)件組成， 張弦梁和屋面梁為ii組 合斷面，主截面為ii1200 x400x 24 (20) x 35 (30),端部懸挑段截面為 ii600 x400x 24 (20) x35 (30),最大懸挑距離37ml張弦梁的拉索為小7x301,撐桿為小325x 8,上 端與張弦梁下翼緣較接，下段鑄鋼球節(jié)點(diǎn)將拉索固定。懸挑段在 111軸和2軸外，由于 懸挑距離較大，在柱上設(shè)鋼管支撐。張弦梁 zxl1最重89t,張弦桁架重154t。張弦梁通過支座與

4、鋼柱連接。鋼柱除 2軸的a、j列為四管格構(gòu)柱外，其它均為雙管 格構(gòu)柱，管彳基本為小600x20,腹管小351x12。鋼柱下段2.5m錨固在鋼筋混凝土柱內(nèi)， 底部標(biāo)高+9.50m,柱內(nèi)壓灌混凝土。四管格構(gòu)柱單件最重16.4t ,雙管格構(gòu)柱單件最重8.8t , 柱頂設(shè)置聯(lián)系梁和柱間支撐。建筑造型新穎，結(jié)構(gòu)體系明了，安裝精度要求高，索力分析和拉索施工難度大。3、施工方案 3.1方案的制訂由于會展中心的展廳四周為混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱距只有9m,地面承載力3t/m2,采用何種施工方案，既可以滿足鋼結(jié)構(gòu)施工，又能減小總包單位的施工配合工作，是工程的難經(jīng)過對工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和難點(diǎn)分析，我們對幾種可能的施工方案進(jìn)

5、行了綜合比較，擬 選擇施工效率高、風(fēng)險性低的常規(guī)吊裝方案。主吊機(jī)選用100t履帶吊，跨內(nèi)行走，張弦梁部分分三段吊裝，懸挑段張拉后緊隨吊裝。展廳的吊機(jī)和構(gòu)件預(yù)留場通道設(shè)在 j列的23軸，土建施工周圍結(jié)構(gòu)時預(yù)留二、三層 框架；張弦梁跨中設(shè)置兩個臨時胎架，100t履帶吊將張弦梁分三段吊裝到位，進(jìn)行高空拼 裝；張弦梁成型后安裝拉索和撐桿，進(jìn)行張拉。施工過程中，吊機(jī)行走和吊裝位置鋪設(shè)鋼制路基箱，使施工荷載擴(kuò)散分布，施工中對 地坪進(jìn)行保護(hù)。3.2 施工思路分別組織，同時施工；流水作業(yè)，合理穿插。施工組織分段吊裝，高空拼裝；中型吊機(jī)，保護(hù)地坪。施工方案穩(wěn)步懸挑，適時安裝；模擬計(jì)算，單板張拉。施工重點(diǎn)科學(xué)組織

6、，按期竣工；安全生產(chǎn)，爭創(chuàng)省優(yōu)。施工目標(biāo)(1)分別組織，分區(qū)施工；流水作業(yè)，合理穿插在施工組織上，四座展廳分別組織，平行施工。每座展廳以11軸為界分兩區(qū)施工，區(qū)與區(qū)之間、工序與工序之間組織流水作業(yè)。懸挑結(jié)構(gòu)和連廊、登錄廳及附屬結(jié)構(gòu)合理穿 插。(2)分段吊裝，高空拼裝；中型吊機(jī)，保護(hù)地坪經(jīng)過方案綜合比較，展廳施工方案選用常規(guī)吊裝方案，即：主吊機(jī)為100t履帶吊，張弦梁部分分三段吊裝就位，高空拼裝成型后進(jìn)行拉索撐桿和拉索安裝。100t履帶吊為中型吊機(jī)，在施工時吊機(jī)行走和吊裝位置鋪設(shè)鋼制路基箱，對施工荷載擴(kuò)散分布，施工中加強(qiáng)對地坪的保護(hù)。(3)穩(wěn)步懸挑，適時安裝；模擬計(jì)算，單幅張拉本工程難度最大的是

7、展廳的張弦梁安裝，施工重點(diǎn)為：大懸挑結(jié)構(gòu)的安裝時機(jī)、安裝 方法，及拉索的索力確定和撐桿的垂直度控制。穩(wěn)步外挑：主跨張弦梁成型后，在懸挑段的合適位置設(shè)置臨時支承胎架，將懸挑段安 裝就位，及時與主梁固定，并安裝斜支撐，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)步外挑，保證其空間穩(wěn)定性。適時安裝：運(yùn)用電腦模擬計(jì)算，根據(jù)大懸挑結(jié)構(gòu)安裝對張弦梁索力的影響和相應(yīng)措施， 確定懸挑結(jié)構(gòu)的安裝時機(jī)。模擬計(jì)算，單幅張拉：根據(jù)索力和位移雙控的原則，對張弦結(jié)構(gòu)的施工全過程進(jìn)行模擬計(jì)算分析，最終確定單幅張弦梁張拉的施工方案。(4)科學(xué)組織，按期竣工；安全生產(chǎn)，爭創(chuàng)省優(yōu)工程的總體目標(biāo)是：高度重視，科學(xué)組織，保證鋼結(jié)構(gòu)工程按期竣工的工期目標(biāo)；在施工過程中，

8、加強(qiáng)安全措施的投入和安全各項(xiàng)制度的落實(shí)情況，創(chuàng)造安全施工環(huán)境,確保安全生產(chǎn)。執(zhí)行全面質(zhì)量管理(tqc,以gb/t19000質(zhì)量管理與質(zhì)量保證為標(biāo)準(zhǔn)，建立健全 工程質(zhì)量保證體系，完善質(zhì)量管理制度，建立質(zhì)量控制流程。以工序控制和精度控制為重 點(diǎn)，編制專項(xiàng)施工方案，達(dá)到省優(yōu)工程的質(zhì)量目標(biāo)。3.3 展廳施工流程施工工藝流程見下圖。3.4 張弦梁施工方案簡介張弦梁從20軸向2軸逐板安裝，張弦梁部分分三段吊裝，每座展廳主吊機(jī)選用一臺 1495-3a型100t履帶吊，在跨內(nèi)行走，吊機(jī)行走和吊裝站位處鋪設(shè)鋼制路基箱。3.4.1 單根張弦梁施工流程：3.4.2 張弦梁的吊裝分段張弦梁zxl18和zxl1g 18

9、的張弦梁部分分三段吊裝，懸挑段單獨(dú)吊裝，構(gòu)件最長 26ml單件最重26t ,單件最重26t;張弦梁zxl9的張弦梁部分分五段吊裝，上下兩層懸挑段單獨(dú)吊裝，最長 18.5m,單件 最重36t（安裝起拱30mm）3.4.3 吊機(jī)性能張弦梁選用1495-3a型100t履帶吊吊裝，吊機(jī)在展廳內(nèi)行走，吊機(jī)性能見下表:吊機(jī)接桿工作幅度（r）允許吊重（t）備 注l=36.58mr=8m39.1tzhxl-9分段吊裝，單件吊裝最重36tr=9m35.0tzhxl-1018分段吊裝，單件最重29tr=10m30.7tzhxl-1018分段吊裝，單件最重29t張弦梁分段吊裝選用兩點(diǎn)或四點(diǎn)起吊，在張弦梁上翼緣焊接吊

10、裝吊耳，對口部位焊接工裝件，使得構(gòu)件能第一時間就位3.4.4 張弦梁的安裝當(dāng)張弦梁起吊離開地面約 1.5m后，將拉索撐桿組裝到張弦梁上，與張弦梁一起吊裝 就位，張弦梁吊裝見立面示意圖。244992506574000，格構(gòu)柱1000x 100024437張弦梁吊裝立面示意圖就位后根據(jù)柱頂和胎架頂部的測量定位軸線及時找正，支座與錨栓臨時固定，接口部 位與胎架臨時固定，進(jìn)行對接口焊接。臨時胎架上設(shè)置爬梯，頂部設(shè)置操作平臺，張弦梁上翼緣設(shè)置安全欄桿，見下圖。i10拉索提升時600聯(lián)桿移位600，8004d16孔l63x54d16孔吊裝分段點(diǎn)安全欄桿120 b600.h300x 200x 16x2012

11、00懸挑段吊裝立面圖3.5 拉索的張拉方案3.5.1 張拉順序張弦梁的拉索安裝、張拉和張弦梁的安裝萬向相同，從 20軸向3軸萬向進(jìn)行。(1)先安裝好20軸和19軸的張弦梁，以及張弦梁之間的系桿和 20軸橫向外側(cè)懸挑屋 蓋，然后兩極同步張拉。(2)18軸到3軸的張弦梁每裝一幅拉一板。張拉前裝好該板張弦梁的懸挑屋蓋，以及 與相鄰已張拉張弦梁之間的系桿。3.5.2 懸挑段的安裝由于2012軸懸挑屋蓋的懸挑長度較小，因此該部分懸挑屋蓋的安裝直接由吊機(jī)完 成，懸挑屋蓋端部不設(shè)支架；113軸懸挑屋蓋的懸挑長度較大，該部分懸挑屋蓋端部設(shè) 置支架，在張弦梁張拉完畢后安裝。3.5.3 單幅張弦梁的施工程序首先在

12、跨內(nèi)安裝胎架，安裝撐桿到上弦桿底部，然后分三段起吊上弦桿，把索展開并 就位，掛上索球后，用卷揚(yáng)機(jī)三點(diǎn)將索吊起，并牽引到位，安裝自提升馬道，然后從中間 向兩端連接撐桿和索夾，索一次性張拉到設(shè)計(jì)值后，二次擰緊索夾，并安裝好撐桿的下端。單幅張弦梁安裝示意圖如下：格構(gòu)柱1000x1000臨時支承胎架(1)胎架就位和安裝。整板桁架分三段拼裝，搭設(shè)兩個胎架。24667|j246677774000*©施工流程一1、鋼柱系統(tǒng)施工完成；2、臨時支承胎架安裝完成。(2)張弦梁和撐桿的安裝張弦梁部分分三段吊裝。構(gòu)件離開地面1.5m后，將拉索撐桿組裝到張弦梁底部，撐桿 與張弦梁一起就位，與鋼柱和臨時胎架固定

13、22 -臨時支承胎架"trti12.0011.606.60分段臨時支承胎架格構(gòu)i00ox柱10007400024667j)施工流程二1a1、張弦梁分段吊裝，高空拼裝；(3)拉索索體展開：索就位后，利用卷揚(yáng)機(jī)腭索沼放置好的放索工具展開。(4)安裝好球形索夾：在地面將索夾安裝到索體上(5)拉索的起吊：拉索采用三點(diǎn)起吊，便于安裝j74000(6)工作馬道的就位和吊裝：馬道兩側(cè)是傾斜的，吊掛在張弦梁上。'jf。rj(7)連接撐桿與索夾索夫與撐桿連接順序：從中間向兩側(cè)進(jìn)行74000施工流程八1拉索一次張拉到設(shè)計(jì)值。(9)二次擰緊索夾，安裝下部撐桿74000ij施工流程九(a1、二次擰緊

14、一夾;(10)安裝懸挑段，拆除臨時馬道和跨晌帝h柒2、拆除臨時馬道和跨中臨時胎架。(11)拆除端部懸挑段的胎架1、拆除懸挑段臨時胎架。拉索提升圖拉索張拉圖3.6 萬案實(shí)施的難點(diǎn)和對策3.6.1 構(gòu)件的安裝精度是保證張弦梁正常張拉的基本(1)建筑物軸線的定位和放線根據(jù)測量基準(zhǔn)點(diǎn)，采用坐標(biāo)定位的放線方法，精確放出建筑物的軸線；根據(jù)施工需要, 將標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)投放到各施工面上。(2)高空拼裝胎架的定位放線由于張弦梁跨度大，需要分段吊裝高空拼裝成型，張弦梁分段點(diǎn)處的標(biāo)高和位置控制 是測量放線的關(guān)鍵，所以拼裝胎架的精確定位和監(jiān)控調(diào)整是工程的重點(diǎn)。(3)構(gòu)件安裝精度的控制鋼柱、臨時胎架的安裝精度是保證張弦梁能

15、正確安裝的前提，施工中我們嚴(yán)格控制鋼 柱和臨時胎架的軸線偏差和垂直度，加強(qiáng)工序報驗(yàn)，全程嚴(yán)控。張弦梁分段安裝的精度是影響結(jié)構(gòu)張拉后構(gòu)件是否正常變形的關(guān)鍵，我們對每段張弦 梁的就位精度都全程監(jiān)控，用全站儀測量張弦梁兩端支座處和跨中兩點(diǎn)的平面位置和標(biāo) 高；三段就位后精心對口，控制張弦梁整體的直線度和垂直度，確認(rèn)后焊接。3.6.2 加強(qiáng)焊工培訓(xùn)和工藝控制，控制焊接變形，保證焊接質(zhì)量對于張弦梁為雙拼ii的特點(diǎn)，腹板和翼緣板厚均為 30和35mmi勺q345b中厚板焊接。 焊接質(zhì)量是工程的重點(diǎn)，我們組織操作水平高的焊工，焊前交底培訓(xùn) 100貼試，并接受業(yè) 主委托的第三方抽查，保證焊工的實(shí)際操作能力。焊前

16、的試件編號焊后試件正確制訂焊接工藝，控制焊接變形。針對構(gòu)件的斷面特點(diǎn)，制訂焊接工藝和順序如下 圖，采取對稱焊接，控制焊接變形。焊工1焊工2焊工1焊工4焊工3焊工3 焊工4翼緣板焊接順序示意圖焊工2腹板焊接順序示意圖為保證夏季多雨季節(jié)，焊接不受風(fēng)雨影響，在焊接部位我們搭設(shè)防風(fēng)防雨棚， 見下圖:加強(qiáng)焊后自檢，對每條焊縫100%s行超聲波檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理；自檢合格后接受第三方每條焊縫20%抽檢，合格后才能進(jìn)行下工序施工一一拉索張拉。梁編號規(guī)格(mm)數(shù)量焊縫長度(m)自檢合格率第二方檢測合格率質(zhì)量監(jiān)督抽檢合格率zxl梁1200 x 400/20 x 30/30 乂 353662299%100%

17、100%bm-31200x600/20 x 30/30 x 35239.4100%100%bms1200x400/600/20 x 3010637299%gl600 x 300/14 x 2045052899%3.6.3 全工況模擬計(jì)算，正確制訂拉索張拉方案(1)施工全工況模擬計(jì)算施工階段計(jì)算的目的是通過科學(xué)計(jì)算指導(dǎo)施工，保證每個施工階段的結(jié)構(gòu)安全性，確保設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)尺寸、受力參數(shù)。我們采用有限元分析程序ansys建立了分析模型，對各個施工階段的受力情況進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬了各個連接桿件和支撐在各階段參與工作或 退出工作的連續(xù)過程，采用一個計(jì)算模型計(jì)算了施工過程的連續(xù)受力階段，計(jì)算得到各項(xiàng) 關(guān)

18、鍵點(diǎn)內(nèi)力、應(yīng)力、變形能夠很好地預(yù)測結(jié)構(gòu)在施工階段的受力特點(diǎn)。在計(jì)算中考慮了大 變形和幾何非線性、材料非線性，也考慮了拉索的材料非線性(抗拉不抗壓)。/ivelementsmkk 25 2007n：i2：3i單幅張弦梁計(jì)算模型圖對于本結(jié)構(gòu)的張弦梁，其下弦索的張拉是結(jié)構(gòu)仿真模擬的關(guān)鍵。在工程實(shí)踐中，通過 對端部節(jié)間的索兩端節(jié)點(diǎn)分別施加對稱的反向力模擬索力，分析中采用了降溫法進(jìn)行預(yù)應(yīng) 力的模擬，非常真實(shí)地模擬施加預(yù)應(yīng)力的過程。(2)張拉索的出平面平衡張弦索在出平面方向沒有任何支撐，與張弦梁的連接方式是較接，機(jī)構(gòu)分析表明在出 平面方向并不滿足“結(jié)構(gòu)”所需的約束量。因此，張弦索的出平面穩(wěn)定完全依靠索應(yīng)力

19、和 幾何形狀提供的應(yīng)力剛度。針對此，建立了簡化模型，直觀地分析了出平面剛度的原理和 影響因素。(3)張拉方案的確定張弦索是本結(jié)構(gòu)中最重要的結(jié)構(gòu)組成之一，何時張拉可以使得索力能夠最有效地施加 在張弦梁結(jié)構(gòu)上，是本工程施工方案確定的重要環(huán)節(jié)。張拉時機(jī)的不同，張拉施工作業(yè)對 其它結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響程度也不一樣。張拉時機(jī)的選擇也要考慮結(jié)構(gòu)在施工過程中的可行性和安全性，通過有效合理的計(jì)算，在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上制定詳細(xì)的施工方案。(4)張拉力的確定和控制我們采用有限元分析模型對張拉過程進(jìn)行了分析，確定出對應(yīng)施工工況下的各預(yù)應(yīng)力 索的張拉力，且得出各軸張弦梁均“一次張拉完成”是可行的。由于張弦梁上弦桿的剛度較小，

20、結(jié)構(gòu)變形對預(yù)應(yīng)力值十分敏感，在張拉時索力的微小 變化會引起大幅度的變形。為滿足設(shè)計(jì)要求，確定雙控目標(biāo)：控制索力和結(jié)構(gòu)豎向變形， 其中以變形為主控項(xiàng)目。經(jīng)過對各種工況計(jì)算分析，制訂索力如下：版卒長跖年后力前二魅力工汽肄標(biāo)既為q述力f106/9兆,：3836j wod26012340132579230052491225042533j u ri-f?300022501b27907251622501627972500825/11726892370g2545n n c a zzou飛n l力 123/0二.38361 -2805.-1-120803100在最終確定的索力作用下，屋蓋的豎向位移如下圖所示:

21、an"tef: eu日r tttt -.u2"tm： 1即注3 20 m 09:1:23ul-k 5hn smx= &3.221-92.91s=19.179-.n. nr 1.-43.095-ib.19b-30.6415,72419.179為保證索力和拉索撐桿在張拉后能垂直于大地，計(jì)算出索夾的固定位置見下表:天后記夕莖,優(yōu)/j上i| j ） , j j：| | |卜thtd史fii1inffj1 £ 11 -4髓.1 14-1514 /心151： 1心a湖i'心工但1.】史-1 k丘ll1 :4上45d1.虹1im11215030.1乃靈ba.1 44勝4叱代151政1：.直-1牧154f:l站打6壇簿l：.z】:：4 匕一，匕,ixi%：4h42。格hq犯”足丸5b.'鋁951-1aia收4：,鈕451七n451j52j4匚50