预应力钢柑网组合结构屋盖的设计与施工_体院体育馆平面呈椭圆形,长短轴尺寸为86m×62m,馆内大厅净高15m,总建筑面积8780m2,屋面面积约4547m2(图6-6-1)屋盖采用预应力钢析网组合结构体系,主桁架2/3外露屋面,体现了现代结构技术与建筑艺术有机结合的风格第1章 屋盖结构体系选型根据建筑环境特点,为配合建筑造型的需要,经多因素综合分析比较,选用“桁-网架"组合结构体系屋盖方案,将屋盖平面沿长轴方向用2榀桁架分成约三等分,并用宽6m,高6.6m,跨度64.68m的空间三角形钢管桁架,铰支于8根直径1.4m的独立钢筋混凝土圆柱顶(图6-6-2)由于铰支大跨桁架跨中杆件内力较大,为改善桁架杆件受力分布不合理性和增强桁架刚度,结合建筑造型,在结构方案上将桁架每端外伸6.5m,并在桁架两端每角点各斜拉1道预应力筋束,即桁架体外施加预应力(图6-6-3)根据不同施工荷载阶段分阶段外张预应力,以抵抗桁架各荷载状态下产生的部分挠度,改善桁架受力性能,充分利用各杆件钢管钢材的强度在桁架下弦节点之间和外围柱顶间,搁置2.3m高正放四角锥平板片式网架,平板片式网架最大跨度24m由于桁架的设置,大大减小了屋盖网架的有效跨度,为大面积应用螺栓球节点平板网架提供了方便。
采用预应力“桁-网架”组合结构体系,在结构上发挥了主次结构受力特点;桁架2/3高度外露屋面,降低了建筑物高度,满足了规划要求,协调了建筑环境,并可减小建筑体积XX省能耗,为声学处理带来方便第2章 屋盖体系构造预应力“桁-网架”组合结构屋盖设计,关键在预应力空间三角形钢管桁架;桁架的关键是体外预应力能否在桁架各杆件中有效建立;而预应力有效建立的关键又是桁架支座的性能设计中指架支座采用双面弧形压力支座,其作法是在支座板和柱顶间设l块上下均为弧形的铸钢块,在铸钢块两侧,支座板与柱顶板上分别焊2块梯形钢板,用螺栓将三者连系在一起,这样桁架支座节点即可绕螺栓沿铸钢块上下弧面作一定的转动和移动(图6-6-4)桁架设计的另一关键是桁架的节点,计算结果表明,桁架杆件最大拉力约2500kN,最大压力约1600kN,最大管材截面为Ф450×25,按传统空心球节点做法,空心球直径达l.2m以上,而目前国内空心球模具只能加工800mm球另据统计,节点所用钢材一般占总耗钢量的20%~35%取消空心球节点,采用钢管直接焊接节点,即相贯连接节点,是本次桁架设计的一大突破对于钢管相贯节点的设计计算,现行《钢结构设计规范》(GBJ17一88)只有平面相贯节点的强度计算,对于空间节点尚无完备资料。
进行空间相贯节点的试验,无论在技术上、经费上、时间上都有一定难度为保证桁架相贯节点设计安全可靠,将空间受力分解为平面受力,参照平面相贯节点的强度计算,并适当增加相贯节点强度设计的安全储备,对受力较大的重要节点的主管采取了加强措施(图6-6-5)原设计考虑将平板网架悬挂在桁架下弦,后从美国肯萨斯州体育馆屋面倒塌事例中了解到拉力支座采用高强螺栓抗疲劳性能差,为此,本次设计将平板网架拉力支座改为压力支座由于网架一端搁置于桁架下弦节点上,另一端搁置在外围钢筋混凝土圆柱上,受荷后将架跨中各点挠度不一,平板网架必然产生次生内力,使设计、计算分析复杂化,故采用平板片式网架,铰支桁架下弦节点在圆柱上,解决了平板网架由于支座变位产生次生内力的问题为了使平板片式网架支座接近铰接,网架支座采用板式橡胶支座体外预应力筋采用无粘结Фj15钢绞线,每束7根考虑到斜拉索在长期荷载作用下的松弛影响,斜拉索张拉控制应力σcon=0.35,ƒptk=550N/mm2;考虑到斜拉索的更换,桁架端部每角点斜拉索双束设置固定端采用QMl5P挤压套,张拉端为QMl5-7群锚保护套采用薄壁无缝钢管,425普通硅酸盐水泥掺U型膨胀剂灌浆。
第3章 屋盖结构计算由于桁架按不同施工荷载分阶段外张预应力,故桁架荷载工况较多为简化分析,先求单位力作用下的杆件内力,然后分阶段组合,选择最不利杆件内力,配置钢管截面并分别作出端部加单位力的内力图和下弦节点加单位力的内力图各种荷载工况下内力组合见表6-6-1每种荷载工况下,杆件内力Ni=P1N1i+P2N2i桁架2/3高度外露屋面,1/3高度在室内,由于室内外温差对大跨度桁架存在温度应力问题为此对桁架钢管采取保温措施,上弦杆采用80mm厚聚氨酶材料保温,下弦杆及腹杆采用50mm厚聚氨醋保温采用保温措施后,考虑到室内工作条件及室内外温度变化,桁架温度应力计算参数为:夏季最大温差△t=10℃,冬季最大温差△t =20℃经计算分析,夏季σ上弦=－14N/mm2, σ下弦=8N/mm2,冬季σ上弦=28N/mm2, σ下弦 =－16N/mm2第4章 预应力斜拉索施工该工程每榀主桁架重88t,利用8根独立的支承柱作为基点,每根独立柱内埋4根角钢组成劲性柱来顶升就位第1节 斜拉索安装基础外露部分斜拉索安装基础外露部分斜拉索预应力筋安装前,必须把预应力筋的保护套管固定在相应的位置在钢管脚手上弹出相应的位置线,然后把保护套管上端加焊于桁架下弦杆,其余部位和脚手架临时固定(扣件、点焊、绑扎),保留下部一节大一号的套管约2.3m,向上套接。
然后把预应力筋放盘逐根用人力导入套管中由下向上穿筋,直至预应力筋伸直为止,下部一节套管复位,上部安上锚具,穿筋即告结束本工程采用的保护套管为Ф102、厚4.5mm的薄壁钢管,下部一节套管为Ф114,厚4.5mm第2节 分阶段张拉预应力该工程采用分次递增地施加预应力,以抵抗或平衡逐次施工阶段的荷载挠度,预应力分3次完成;第1次在主桁架安装后,每道张拉值为400kN;第2次在网架和屋面板安装后,每道张拉至760kN;第3次在马道、吊顶、灯具、风管等安装后,每道张拉至1020kN由于分次张拉间隔时间较长,除初次应注意观察预应力筋有无松弛外,对外露预应力筋的张拉工作长度和锚具应作防锈蚀保护措施(加套管涂油脂等),以免由于锈蚀而影响下一次张拉与锚固每榀主桁架四角配套预应力张拉设备同时同步张拉,先拉内束,后拉外束,必要时进行一次补张第3节 套管灌浆最后一次张拉完成后由下而上灌浆,下设阀门,上设铁盒保护套和泌水孔压力灌浆到位后关闭阀门,卸下灌浆机头并在上部泌水孔不断注浆直到无沉陷凝固为止,最后进行钢套管防锈处理第5章 结语采用预应力钢“桁-网架”组合结构屋盖,在国内尚属首例,它将建筑艺术与结构技术相结合,推动了我国大跨度结构体系的发展。
采用劲性柱顶升法施工工艺安装桁架和螺栓球拼接片式网架,可方便施工XX省人力物力,且工艺简单,工期短,质量好桁架经足尺载荷试验和夏季、冬季考验,证明体外施加预应力方法成功,相贯连接节点安全,桁架受力合理均匀,XX省了钢材,达到预期效果钢筋施工工艺第6章 概述根据工程实际填写第7章 材料机具及作业条件第1节 材料机具1 钢筋应有出厂合格证按规定作力学性能复试当加工过程中发生脆断等特殊现象还需作化学万分分析检验钢筋应无老锈及油污2 铁丝可采用20 号铁丝(火烧丝)或镀锌铁丝(铅丝) 铁丝切断长度要满足使用要求3 垫块用水泥砂浆制成50 见方厚度同保护层垫块内预埋铁丝4 主要机具钢筋钩子撬棍扳子绑扎架钢丝刷子粉笔尺子等第2节 作业条件1 钢筋进场后应检查是否有出厂合格证复试报告并按施工平面图中指定的位置按规格使用部位编号分别加垫木堆放2 钢筋绑扎前应检查有无锈蚀除锈之后再运至绑扎部位3 熟悉图纸按设计要求检查已加工好的钢筋规格形状数量是否正确4 做好抄平放线工作弹好水平标高线柱外皮尺寸线5 根据弹好的外皮尺寸线检查下层预留搭接钢筋的位置数量长度如不符合要求应进行处理绑扎前先整理调直下层伸出的搭接筋并将锈蚀水泥砂浆等污垢清除干净6 根据标高检查下层伸出搭接筋处的混凝土表面标高(柱顶)是否符合图纸要求如有松散不实之处要剔除干净7 模板安装完并办理预检将模板内杂物清理干净8 按要求搭好脚手架9 根据设计图纸及工艺标准要求向班组进行技术交底第8章 工艺流程及作业方法第1节 柱筋施工1 工艺流程套柱箍筋→搭接绑扎坚向受力筋→画箍筋间距线→绑箍筋2 套柱箍筋按图纸要求间距计算好每根柱箍筋数量先将箍筋套在下层伸出的搭接筋上然后立柱子钢筋在搭接长度内绑扎3 个绑扣要向柱中心如果柱子主筋采用光圆钢筋搭接时角部弯钩应与模板成450 中间钢筋的弯钩应与模板成900 角3 搭接绑扎竖向受力筋根据本工程设计文件及同设计院协商规定统一为48d 任何情况下搭接长度均不小于300 绑所接头的位置应相互错开(或按设计要求) 从任何绑扎接头中心到搭接长度1.3倍区段范围内有绑扎接头的受力钢筋截面积占受力钢筋总截面面积百分率受拉区不得超过25% 受压区不得超过50%4 画箍筋间距线在立好的柱子竖向钢筋上按图纸要求用粉笔划箍筋间距线5 柱箍筋绑扎按已划好的箍筋位置线将已套好的箍筋往上移动由上往下绑扎宜采用缠扣绑扎箍筋与主筋要垂直箍筋转角处与主筋交点均要绑扎主筋与箍筋非转角部分的相交点成梅花交错绑扎箍筋的弯钩叠合处应沿柱子竖筋交错布置并绑扎牢固有抗震要求的地区柱箍筋端头应弯成1350 平直部分长度为10d 如箍筋采用900 搭接搭接处应焊接焊缝长度单面焊缝为5d柱上下两端箍筋应加密加密区长度及加密区内箍筋间距应符合设计图纸要求如设计要求箍筋设拉筋时拉筋应钩住箍筋柱筋保护层厚度应符合规范要求主筋外皮为25mm 垫块应绑在柱竖筋外皮上间距为1m 以保证主筋保护层厚度准确当柱截面尺寸有变化时柱应在板内弯折弯后的尺寸要符合设计要求第2节 梁筋施工工艺流程模内绑扎:画主次梁箍筋间距 放主梁次梁箍 穿主梁底层纵筋及弯起筋 穿次梁底层纵筋并与箍筋固定 穿主梁上层纵向架立筋 按箍筋间距绑扎 穿次梁上层纵筋 按箍筋间距绑扎模外绑扎(先在梁模板上口绑扎成型后再放入模内): 画箍筋间距 在主次梁模板上口铺横杆数根 在横杆上面放箍筋 穿主梁下层纵筋 穿次梁下层钢筋 穿主梁上层钢筋 近箍筋间距绑扎 穿次梁上层钢筋1 在梁侧模板上画出箍筋间距摆放箍筋2 穿主梁的下部纵向受力钢筋及弯起钢筋将箍筋按已画好的间距逐个分开穿次梁的下部纵向受力钢筋及弯起钢筋并套好箍筋调好箍筋间距使间距符合设计要求再绑主筋主次梁同时配合进行3 框架梁上部纵向钢筋应贯穿中间节点梁下部纵向钢筋伸入中间节点锚固长度及伸过中心线的长度要符合设计要求框架梁纵向钢筋在端节点内的锚长度也要符合设计要求4 绑梁上部纵向筋的箍筋宜用套扣法绑扎5 箍筋在叠合处弯钩在梁中应交错绑扎箍筋弯钩为1350 平直部分长度为10d 如做成封闭箍时单面焊缝长度为5d6 梁端第一个箍筋应设置在距离边缘50 处梁端与柱交接处箍筋应加密其间距与加密区长度均要符合设计要求7 在主次梁受力钢筋下均应垫垫块保证保护层的厚度受力筋为双排时可用短钢筋垫在两层钢筋之间钢筋排距应符合设计要求8 梁筋的搭接梁的受力钢筋直径等于或大于22mm 时采用焊接接头小于22mm 时用绑扎接头搭接长度要符合规范的规定搭接长度末端与钢筋弯折处的距离不得小于钢筋直径的10 倍接头不宜位于构件最大弯矩处受拉力区域内一级钢筋绑扎接头的末端应做弯钩(二级钢筋可不做弯钩) 搭接处应在中心和两端扎牢接头位置应相互错开当采用绑扎搭接接头时在规定搭接长度的任一区段内有接头的受力钢筋截面面积占受力钢筋总截面面积百分率受拉区不大于50%第3节 板筋施工1 工艺流程清理模板 模板上画线 绑板下受力筋 水电预埋 绑板负筋 自检合格 提请质检员专检 验收 移交混凝土工种2 清理模板上面的杂物用粉笔在模板上划好主筋分布筋间距3 按划好的间距先摆放受力主筋后放分布筋预埋件电线管预留孔等及时配合安装4 在现浇板中有板带梁时应先绑扎板带梁钢筋再摆放板钢筋5 绑扎板筋时一般用顺扣或八字扣除外围两根筋的相交点应全部绑扎外其余各点可交错绑扎(双向板须满扎) 如板为双层筋两层筋之间须加钢筋马凳以确保上部钢筋的位置准确负弯矩钢筋每个相交点均要绑扎6 在钢筋的下面垫好砂浆垫块间距1m 垫块的厚度等于保护层厚度板的保护层厚度为15mm 钢筋搭接长度与搭接位置的要求与前面所述梁相同第4节 楼梯筋施工1 工艺流程划位置线绑主筋绑分布筋绑踏步筋2 在楼梯底板上划主筋和分布筋的位置线3 根据设计图纸中主筋分布筋的方向先绑扎主筋后绑扎分布筋每个交点均应绑扎如有楼梯梁时先绑扎梁后绑扎板筋板筋要锚固到梁内4 底板筋绑完待踏步模板吊绑好支好后再绑扎踏步钢筋主筋接头数量和位置均要符合施工规范的规定第9章 应注意的质量问题1 钢筋的品种和质量必须符合设计要求和有关标准的规定2 钢筋的表面必须清洁带有颗粒或片状老锈经除锈后仍留有麻点的钢筋严禁按原规格使用钢筋表面应保持清洁3 钢筋规格形状尺寸数量锚固长度接头位置必须符合设计要求和施工规范的规定4 浇筑混凝土前检查钢筋的位置是否正确振捣混凝土时防止碰动钢筋浇完混凝土后立即修整钢筋的位置防止柱筋位移5 梁柱核心区箍筋应加密熟悉图纸按设计要求施工6 箍筋末端应弯成1350 弯钩平直部分长度为10d7 梁主筋进支座长度钢筋位置应准确8 板的负弯矩钢筋位置应准确施工时要注意保护不应踩踏变形9 绑板的钢筋时用尺杆划线绑扎时随时找正调直防止板筋不顺直位置不准10 绑竖向受力筋时要吊正搭接部位绑3 个箍筋绑扣不能用同一方向顺扣要采取措施固定钢筋防止柱钢筋骨架不垂直第10章 钢筋工程质量控制程序图第11章 成品保护1 柱子钢筋绑扎后不准踩踏2 楼板的负筋绑扎好后不准在上面踩踏行走浇筑混凝土时要派钢筋工专门负责修理保证负筋位置的准确3 绑扎钢筋时禁止碰动预埋件及洞口模板4 禁止污染钢筋5 安装电线管卫生管线或其他设施时不得任意切断和移动钢筋6 柱竖向主筋容易在楼面处发生位移严重者造成柱子偏位必须及时检查调整采取加固措施坚决杜绝柱筋的偏位7 板面负筋容易踩坏变形应在水电管线预埋完成后再绑负筋设置架空通道下设钢筋马凳上铺人员通道浇混凝土时混凝土工站在人行走道板上作业并有钢筋工值班随时纠正变形钢筋第12章 钢筋工程质量记录1 钢筋出厂质量证明书2 钢筋力学性能复试报告3 钢筋在加工制作过程中发生脆断和力学性能显著不正常时应作化学成分检验4 焊条出厂合格证5 钢筋分项工程质量检验评定资料__。