国内外首例!斜拉索桁结构屋盖体系在援柬埔寨国家体育馆的应用
结构咖
结构咖 Lv.2
2023年05月09日 13:48:25
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编者按


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体育文化与会展建筑作为城市文化的重要载体,已成为衡量城市开放度、活力和发展潜力的重要标志之一。为推动该类建筑高质量发展,提高绿色化、工业化、数字化建造水平, “施工技术”公众号将以“筑造·城市活力地标 ”栏目形式分享近年来典型工程的技术创新与应用。


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工程概况

援柬埔寨国家体育场 位于柬埔寨首都金边市东郊规划的体育中心内,项目建设用地面积162200m 2 , 总建筑面积约82400m 2 ,设计观众席60000 座,是 目前我国对外投资额最高、规模最大的体育场项目 。建筑效果如图1所示。

   

图1  体育场建筑效果


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屋盖结构体系

体育场屋盖径向构件 波峰处采用36道 鱼腹式索桁架 波谷处采用34道谷索 。单榀结构如图2所示。

   

图2  单榀结构


关键节点深化设计

拉索节点主要分为 环索节点、径向索节点及谷索节点。

环索节点用于连接环索、径向索和斜拉索 ,与常规索夹不同,因斜拉索的存在,导致环索节点处不平衡力过大,因此,采用分段螺杆式连接节点,承受环索节点处的不平衡力。


分段螺杆式连接节点位置需能承受拉索破断荷载,同时满足节点有足够的安装操作空间。拉索在该处属于 硬连接 ,调节丝杆连接无法像拉索索体一样实现小角度偏转,因此,在设计时应满足结构线形,防止调节丝杆受弯。环索节点如图3所示。

   

图3  环索节点示意


采用CAD建立实体模型,通过有限元软件对环索节点夹进行力学分析,环索节点计算模型如图4所示,环索节点变形及应力云图如图5所示。由图5可知, 节点绝大部分区域处于弹性范围,安全可靠。

   

图4  环索节点计算模型

   

a 变形(单位:mm)


   

b 应力(单位:MPa)

图5  环索节点变形及应力云图


施工张拉方案

  • 施工方案的选定原则

避免高空作业 ,安装、施工尽量靠近地面;②力求在主动受力索 数量少、张拉力低 的情况下,结构达到成型态;③成品保护保证拉索、主体结构不受破坏;④ 节约高效 结合施工工艺和流程,最大限度地做到交叉作业,确保施工质量、进度和安全。


  • 施工方案比选

1)方案1(见图6) 上径向索在自然状态下,铺放在看台板上,环索节点通过CAD放样找出铺放位置,架体量减少;但在环索节点脱离胎架时, 径向索为折线形式 ,折点处径向索竖向分力对预制看台板产生过大压力致其破坏,索体有炸丝、断丝的风险。

   

a 张拉前

   

b 张拉后

图6  低空胎架搭设方案1


2)方案2(见图7)  以上径向索长度为半径画弧,与环梁和高看台边缘两点的延长线相交,交点为环索节点铺放位置。

   

图7  低空胎架搭设方案2


综上,选择 方案2 进行低空胎架搭设,施工流程如图8所示。

   

图8  低空胎架搭设施工流程



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关键施工技术

1)胎架组装索网

本项目拉索、索夹节点及其构件构造复杂,数量种类繁多, 对安装质量要求极高 。保证流水施工的同时,需确保各构件安装位置准确;考虑拉索下料及主体结构边界条件误差,调整各拉索丝杆长度;严控径向索索夹、谷索索夹安装方向和螺栓扭矩值;保证拉索和索夹节点表面观感。


2)高空装索

斜拉索的安装方法分为2种:①先连接柔性索网与斜拉索下端索头,再高空安装张拉工装,张拉斜拉索上端索头就位(张拉端为刚性边界条件);②先连接吊塔与斜拉索上端索头,再低空安装张拉工装,张拉斜拉索下端索头就位(张拉端为柔性边界条件)。


3)环索节点脱离胎架

脱离分东、西区先后进行,采用2台履带式起重机,每次抬起2个环索节点,将南、北对称的环索节点从中间向两边逐步抬起。在斜拉索提升过程中环索节点 依次脱离胎架 最大限度地减少了对胎架的扰动。


4)斜拉索同步提升

36根斜拉索分6级提升,提升力应 缓慢分级增加 ,分级标准为各列撑杆下节点安装时机。


5)下径向索同步张拉

斜拉索就位后,对36根下径向索进行 同步等比例分级张拉 ;下径向索索头孔心距环梁耳板孔心1.11m;张拉下径向索过程中同步张拉后背索,在吊塔变形的限值内,使后背索就位时张拉力较小。



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施工过程监测

索力监测

索力监测主要针对主动索索力,提升过程中, 索力监测通过油压表来实现


结构变形监测

主要监测环梁、吊塔、环索索夹和后背索基础位移, 采用 全站仪 进行测量

1)环梁位移测点布设图9所示。由于结构的抱箍效应,环梁中部向场地内( x 方向)最大变形为138mm,环梁与吊塔连接部位向场地外( y 方向)最大变形为49mm。

   

图9  环梁测点布设


2)吊塔同时承受斜拉索和后背索的拉力,在索网施工过程中,尤其 对塔顶位移影响显著 。吊塔测点布设如图10所示。

   

图10  吊塔测点布设


3)为控制后背索锚固基础在后背索作用下的变形,后背索基础变形测点布设如图11所示。

   

图11  后背索基础变形测点布设


4)通过环索位形控制索网成型位形,在环索节点中心布设反光片,环索位形测点布设如图12所示。

   

图12  环索位形测点布设


结构应力监测

本项目主要包含吊塔、环梁和环柱的应力监测, 采用BGK-4000弧焊型振弦式应变计进行结构的应力测量, 测点布置如图13所示。

     

a 吊塔

     

b 环柱(1/4模型)

图13  应力测点布设


监测结果

实际监测结果与模拟理论值误差总体 不超过10% ,表明结构施工在控制范围内,满足设计要求。



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