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1、大跨度多次預(yù)應(yīng)力鋼穹網(wǎng)殼設(shè)計與張拉監(jiān)控ss攀枝花體育館平面呈八角花瓣形(圖6-7-1),周圍用8個柱面相連,跨度近65m,曲邊八邊形外尚有l(wèi).944.16m不等的懸挑。屋蓋支承于標(biāo)高16.6m的8個混凝土圓柱頂上,相鄰柱距24.85m,殼中心標(biāo)高(節(jié)點(diǎn)球心)27.90m。最大平面覆蓋尺寸74.8m74.8m。該工程按7度抗震設(shè)防,屬類場地土,基本風(fēng)壓0.5kN/m2,屋面荷載4.11kN/m2。網(wǎng)殼桿件用16Mn鋼管,計4633根,另加8大束鋼絞線預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)拉索,節(jié)點(diǎn)球986個,其中大部分節(jié)點(diǎn)為鼓形螺栓球,少量(約15%)為焊接空心球。8個支座采用橡膠墊板減振并消除溫度應(yīng)力。16Mn鋼網(wǎng)殼設(shè)計2、用鋼量為35.00kg/m2。后因16Mn鋼管現(xiàn)貨匹配不齊,改用以大代小的Q235鋼管,屋面荷載變?yōu)?.25kN/m2,實(shí)際工程用量增至49.00kg/ m2。該屋蓋結(jié)構(gòu)選型時,除首先要滿足建筑功能、使用要求、安全可靠并符合設(shè)計規(guī)定外,還進(jìn)行了曲面平板網(wǎng)架、預(yù)應(yīng)力混凝土邊構(gòu)支承的鋼網(wǎng)殼、非預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼、預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼等多方案比較。分析表明,多次預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼比非預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼節(jié)約鋼材36.61%,比平板網(wǎng)架省鋼54.88%。最后決定采用按多次預(yù)應(yīng)力組合式短程線型鋼網(wǎng)殼方案。據(jù)悉這是世界上多次預(yù)應(yīng)力新技術(shù)應(yīng)用于空間鋼結(jié)構(gòu)的首例工程。因國內(nèi)無網(wǎng)殼設(shè)計規(guī)范,亦無預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程,故工程設(shè)計只能參照相關(guān)3、規(guī)范和自身特點(diǎn)以及該項目階段性研究成果進(jìn)行。第1章 預(yù)加應(yīng)力體系的選擇網(wǎng)殼的預(yù)加應(yīng)力體系包括布索方案、預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)和預(yù)應(yīng)力拉索選型,在網(wǎng)殼中如何布索才能提高預(yù)應(yīng)力經(jīng)濟(jì)效益是關(guān)鍵問題。布索的原則是:在預(yù)應(yīng)力的作用下，結(jié)構(gòu)具有最多數(shù)量的卸載桿,最少數(shù)量的增載桿和中性桿,以使網(wǎng)殼的卸載效應(yīng)大,從而收到明顯的效果。網(wǎng)殼宜在下部殼外布索,其布索方案大致可分兩類(圖6.7-2):一類為殼邊緣布索邊構(gòu)街外布索(A-A)、支座兩兩相間配索(B-B);另一類為殼中部布索支座對角線配索(C-C)、對角線下?lián)问綒ね馀渌?D-D)。桿件卸載效應(yīng)和節(jié)點(diǎn)反拱度效應(yīng)分析結(jié)果顯示,中部布索方案的矢高大,易獲較大的反力矩,因而卸4、載與反拱度效應(yīng)均比邊緣布索方案明顯。由于建筑要布設(shè)吊頂,不容預(yù)加應(yīng)力體系結(jié)構(gòu)外露,故正式施工圖設(shè)計采用殼外下?lián)问街笔渌鞯倪吘壊妓鞣桨福ˋ-A)。該預(yù)加應(yīng)力體系方案與網(wǎng)殼的邊緣構(gòu)件和殼面構(gòu)件合二為一,僅需加大截面尺寸,以簡化構(gòu)造。下?lián)卫鳛楦邚?qiáng)鋼絞線,通過間M錨具錨于預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn),考慮到平面外的穩(wěn)定性,特于側(cè)向加桿扶持。為改善布索方案A-A矢高小的不利受力情況,在八條邊下設(shè)置了32根向上的撐桿,它能產(chǎn)生很大的上抬力,以彌補(bǔ)其卸載與反拱度效應(yīng)差的不足。第2章 預(yù)應(yīng)力全過程計算原理及靜力分析預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼全過程計算,實(shí)際上就是加載順序在網(wǎng)殼計算上的反映。該屋蓋工程根據(jù)荷載的可分性、施工設(shè)備及工藝的可行性5、,在簡化構(gòu)造的情況下,為最大限度提高結(jié)構(gòu)承載能力,節(jié)約鋼材、降低造價,在征求施工單位意見后,決定采用以高強(qiáng)鋼絞線為預(yù)應(yīng)力拉桿的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)五階段設(shè)計。即“受載張拉一受載一張拉一受載的加載順序。首先,網(wǎng)殼拼裝就位后,加上約半數(shù)的屋面板重,使桿件處于受載狀態(tài),第一次利用荷載作用下桿件的允許承載能力;其次,張拉鋼索,大致按荷載比例確定初始預(yù)加力值,對整個網(wǎng)殼相當(dāng)大部分的桿件施加預(yù)應(yīng)力至其反向允許承載力的極限;再第二次加上首批余下的全部殼板重量,第二次利用荷載下桿件的允許承載能力;然后第二次張拉鋼索達(dá)總預(yù)加力控制值,這時,網(wǎng)殼又有相當(dāng)大部分桿件達(dá)到其反向允許承載力的極限;最后第三次將屋面構(gòu)造、室內(nèi)吊頂、6、燈光、馬道、水電管線等全部荷載加上,從而使網(wǎng)殼桿件的承載能力達(dá)到設(shè)計值,第三次利用桿件的允許承載能力。分析中,每當(dāng)全部荷載工況計算完畢,都要根據(jù)內(nèi)力組合結(jié)果,調(diào)整桿件截面,再進(jìn)行下一輪計算,并需復(fù)檢惡劣工況,再調(diào)桿件截面至滿足設(shè)計要求。預(yù)加力值的選擇包括預(yù)加力值的初始值和最終控制值的確定,兩次預(yù)加力幅值變化及其引起不同的桿件內(nèi)力和經(jīng)濟(jì)效益等,問題比較復(fù)雜。預(yù)應(yīng)力值不是越大越好,而是要根據(jù)工程具體情況,調(diào)整至變形適度、桿力不能過大、桿件理論重量最輕的最佳狀態(tài),這主要通過不同方案反復(fù)試算后優(yōu)選確定。本工程預(yù)加力值的初始值和最終控制值分別取450kN和250kN較為合適。按空桁法專用程序分析其內(nèi)力分7、布規(guī)律,理論分析與模型實(shí)測結(jié)果比較吻合。第3章 動力特性及地震反應(yīng)分析理論分析及模型試驗表明,結(jié)構(gòu)體系的頻率分布成幾個密集區(qū)形式。加預(yù)應(yīng)力后,網(wǎng)殼的自振頻率有縮短趨勢。當(dāng)預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼作整體振動(主要是基頻)時,網(wǎng)殼各桿件間的相互拉力可以抵制其振動幅值;但在大多數(shù)自振頻率下,網(wǎng)殼作局部振動。采用反應(yīng)譜理論對結(jié)構(gòu)豎向地震反應(yīng)作了分析,從若干典型桿元的內(nèi)力反應(yīng)看,其最大的動力效應(yīng)一般不超過靜力反應(yīng)的6.84%,進(jìn)行內(nèi)力組合結(jié)果,對7度設(shè)防的結(jié)構(gòu)設(shè)計不起控制作用。總的看來,預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有良好的動力特性和抗震性能。第4章 預(yù)應(yīng)力施工網(wǎng)殼拉索選用低松弛1860級4束7j12.7鋼絞線,閔M13-7型錨具8、。第1節(jié) 預(yù)應(yīng)力筋下料穿束預(yù)應(yīng)力筋按各邊構(gòu)兩球節(jié)點(diǎn)間長度加千斤頂施工長度作為鋼絞線下料長度。用電動砂輪機(jī)切斷,逐根穿入球節(jié)點(diǎn)錨固。穿孔時應(yīng)對號入座,使所有鋼絞線在兩受力球節(jié)點(diǎn)中不得相互纏繞和錯頭,每束須平行對稱定位。由于預(yù)應(yīng)力筋完全外露在空間,張拉前用錯具將鋼絞線作臨時錨固,待預(yù)應(yīng)力筋全部穿完后,因為采用整束張拉,需對每束(4束7j12.7)作長度調(diào)整。調(diào)整方法為將每束中7根鋼絞線逐根由人工拉直,使每束7根鋼絞線在跨中相互撓度誤差不得超過10mm。按此標(biāo)準(zhǔn)值控制,其縱向長度誤差僅0.03mm,所以只需要保證每束跨中撓度相互誤差在10mm以內(nèi),縱向長度誤差可忽略不計。這樣在鋼索張拉過程中,滿足了9、鋼絞線受力均勻的要求。第2節(jié) 預(yù)應(yīng)力張拉預(yù)應(yīng)力張拉根據(jù)網(wǎng)殼預(yù)應(yīng)力束布置特點(diǎn),選用16臺YCQ-100型千斤頂,8臺ZB4-500型電動油泵,分別布置在8條邊構(gòu)交叉處。網(wǎng)殼中每條邊構(gòu)鋼索設(shè)置有4束鋼絞線,由8套拉伸機(jī)分別對8條鋼索同時張拉。每次張拉需分兩批進(jìn)行。為使球節(jié)點(diǎn)受力均勻,先將2臺千斤頂安放在對角束端部作第一批張拉,待第一批張拉結(jié)束后再以相同方法作第二批對角束張拉。因預(yù)應(yīng)力筋為直線體外束,故采用一端張拉,另一端錨固(圖6-7-3)。當(dāng)分批張拉時,兩端受力球會產(chǎn)生較大軸向變形;張拉又不能反復(fù)過多,以免夾片損傷鋼絞線。所以需提高先張拉的第一批鋼絞線張拉力,以解決第二批張拉時球節(jié)點(diǎn)軸向位移而產(chǎn)10、生的對第一批兩束的損失值。為更精確地確定超張拉值,在兩端球節(jié)點(diǎn)上分別安放位移計,實(shí)測出第一批預(yù)應(yīng)力束張拉到設(shè)計張拉力時兩球節(jié)點(diǎn)之間的位移,從而得出實(shí)際超張拉值。待第一批張拉到設(shè)計控制預(yù)應(yīng)力時暫不錨固,需補(bǔ)足超張拉值后再行錨固。這樣在第二批預(yù)應(yīng)力結(jié)束后,使每邊構(gòu)中4束預(yù)應(yīng)力筋張拉力基本相等。最后工程實(shí)測位移值為13.8mm,設(shè)計計算位移為13.7mm,實(shí)測與計算基本吻合。設(shè)計要求8條邊構(gòu)鋼索施加的預(yù)應(yīng)力必須同步進(jìn)行。張拉由16臺千斤頂和8臺油泵控制,要做到同步,須控制8臺油泵的進(jìn)油量。故采用分級同步方案,即將張拉控制應(yīng)力分5個級差,逐級提高張拉力。現(xiàn)場由專人統(tǒng)一指揮控制各加油點(diǎn)級差的提高,以保證同步張拉。第3節(jié) 鋼索及球節(jié)點(diǎn)的處理張拉結(jié)束后,將錨具外50mm處多余鋼絞線割斷。對球心灌入高標(biāo)號水泥漿,以加強(qiáng)錨固效果,最后用細(xì)石混凝土封閉錨頭。體外鋼索采用先刷紅丹磁漆2遍,后用石棉繩密纏鋼索,再用0.3mm鍍鋅鐵皮外包,最后在鍍鋅鐵皮上涂刷防火涂料作防腐處理。第4節(jié) 監(jiān)控在各工況加荷和預(yù)應(yīng)力張拉卸荷過程中,分別對網(wǎng)殼191根桿件內(nèi)力、51個特征節(jié)點(diǎn)的三向節(jié)點(diǎn)位移和支座水平位移進(jìn)行監(jiān)控檢測,結(jié)果表明網(wǎng)殼位移和內(nèi)力大部分實(shí)測值較為滿意。結(jié)構(gòu)主要受力部位的節(jié)點(diǎn)位移和內(nèi)力實(shí)測值與理論值吻合良好,預(yù)應(yīng)力已足夠地建立起來,結(jié)構(gòu)能安全正常工作。