王群 杨叶锋 李达 孙志锋 林赵志勇
浙江中南建设集团钢结构有限公司 浙江杭州 310052
摘要：海口五源河文体中心体育场屋面罩棚结构采用大跨度索系、大悬挑索桁架结构形式。本文结合实际工程情况来分析，希望能帮助到一线钢结构建设施工人员。
关健词：大跨度、大悬挑索桁架施工
1.工程概况
1.1、工程简介
海口五源河体育场工程建筑面积9万㎡，平面投影尺寸为247m*266m，可容纳5万人。体育场由看台结构、屋盖索网结构和外围两层受压环梁组成，上层受压环梁规格为P 1500x30mm~P 1500x45mm，下层受压环梁规格为P 1200x30mm~P 1200x40mm，两层压环梁之间设置20根支撑，支撑间设置交叉钢拉杆。索网屋盖采用预应力双层索系，呈月牙形，径向索最高点为60.293m，内环索最高点为34.5m。索网由上、下径索、环索、悬挂索组成，索网悬挑长度达到66m。径向索桁架20榀，上下径向索之间设置悬挂索。径向索锚固于外围钢环梁，内侧连接于作为内拉环的环索。索结构整体视图和x-x横向剖面视图见图1、2。
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1.3、现场条件
根据现场场地条件以及施工空间位置要求，沿体育场西侧内场看台边缘设置15m宽度施工道路，道路处理后需满足250吨履带吊和150吨以下汽车吊行走及站位施工需求。内场中央摆放拉索和施工相关工器具、工装设备等。进出场通道路基经处理后满足运输车辆出入，沿体育场内场看台一圈搭设内环索铺索平台，具体场地布置见下图3。
1-索网；2-内场通道；3-压环梁结构；4-内场中央场地；5-内场施工道路；6-内场看台防爆沟；7-内环索铺索平台；8-外场道路；9-外场施工道路；10-东看台雨棚；11-灯塔
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图3 索结构施工平面布置图
2.施工方案
2.1、方案介绍
方案概述：本工程中索结构为预应力悬索体系，屋面主受力构件为上下径向索、内环索及外环钢结构（压环梁）。内环索在铺索平台上安装就位，通过张拉上下径向索使内环索被动受力，拉索现场施工内容主要包括三部分：低空无应力组装、整体提升张拉和分批张拉锚固。
方案施工流程：外环钢结构（压环梁）安装完成 → 安装钢拉杆并张拉 → 上下径向索、内环索在铺索平台上展开 → 节点位置放线 → 安装环索连接节点构件及拉索锚固端与其连接节点相连 → 使用千斤顶同步提升上径向索，根据提升高度安装悬挂索 → 使用张拉千斤顶将上径向索安装并张拉到位 → 使用张拉千斤顶将下径向索安装并张拉到位 → 完成悬挂索与下径向索安装，预应力索系施工完成。
2.2、方案实施
2.2.1、钢拉杆施工
压环梁安装完成后开始安装钢拉杆，钢拉杆安装从两边同步向中间安装，并同时从两边向中间张拉。每次同时张拉两根拉杆，张拉分两级进行，第一级张拉至设计张拉力的50%，第二级张拉至设计张拉力的100%，钢拉杆张拉形式见图4。.jpg)
图4 钢拉杆张拉示意图
2.2.2、铺索平台搭设及展索
环索铺放平台支撑架采用脚手架钢管搭设，本工程支撑架搭设形式分为两种，一种是场地上直接搭建，一种是看台上搭建，支撑架宽度3m，长度约为60m，环索支撑架高度从0m到8m高不等，呈两端高中间低状态，放置索夹位置立杆进行加密，内环索展索形式见图5；径向索直接置在看台地面上，端部临时固定。展索时将整根索放置在平板上的索盘之上，一端放置在地面上，另一端随着平板车前行随着索盘转动，索平顺地在地面上展开，当一根索全部展开后，可利用3以上台汽车吊同步吊起多个点移放置铺索平台之上。
图5 内环索展索图示
2.2.3、节点位置放线
所有索展开后进行节点放线，并做好节点标记，本工程中所有索为定长索，各节点位置在索工厂出厂前全部做好了节点位置标记工作，施工过程中做好空间位置的复核监测、复正工作。
2.2.4、安装环索连接节点构件及拉索锚固端与其连接节点相连
环索总长约270m，分为三段，分别在7-8轴及15-16轴间分别设置2个环索连接头，共4个连接头点，每个连接头点设置3根环索连接头，上下径向索通过张拉工装进行张拉连接固定，固定形式见图6。
图6 上径向索张拉工装张拉示意图
2.2.5、使用千斤顶同步提升上径向索，布设悬挂索；同步提升下径向索
所有上径向索张拉工装准备就绪后，做好每条径向索张拉工装的试提升工作，确保后续同步提升顺利进行，由于中间索体比较长，在提升过程中，可从中间同步向两侧分节阶段进行提升，待所有轴线索头距离固定端500-1000mm时保持各个提升点同步张拉，使整体索系保持受力处于平衡状态，顺利穿入各个固定端销轴，下径向索就位与上径索张拉工序一样；另外悬挂索在上径向索离开地面后，按标记节点位置及时布设悬挂索，待下径向索完成张拉后进行悬挂张拉就位。
2.2.6、悬挂索张拉就位
悬挂索安装过程中最大索力接近16t，需要借助工装和千斤顶进行安装，即工装一端连接在悬挂索索头上，一端连接在下径向索夹两侧，通过千斤顶将悬挂索的索头拉向下径索索夹穿入销轴达到悬挂索安装就位。
3.施工要点
3.1、施工规划
根据本工程现场施工特点，着重从以下几点进行施工规划：
（1）建立一个高强有效的项目经理部，从组织上确保材料供应、机械供应，保证施工现场按既定计划正常展开，如发现偏差，及时调配人力、物力等各项资源进行纠偏。同时项目经理部与业主、监理、总包、现场各兄弟单位积极协调，争取为作业层创造一个良好的施工环境。
（2）施工技术保证措施：主要包括施工图纸的深化设计；专项施工方案并通过方案评审，同时编制作业指导书。在索系提升张拉过程中确保每台提升设备均匀受力，误差必须控制在仿真计算所确定的合理范围内。
（3）及时进行施工技术交底，让作业层充分了解施工操作规程和设计及规范要求。了解施工过程存在的风险并做好风险控制措施，在正式提升前，必须确保每台提升设备完好无故障。
（4）在提升过程中保证每台提升装置同步控制措施及应急措施，以及在提升和卸载过程中的安全保障措施。
3.2、施工验算
对整个拉索施工过程进行了初步的施工全过程仿真分析，计算模型采用设计提供的成型态为初始模型，通过对径向索逐渐升温将径向索逐渐伸长，逆向模拟整个结构逐渐提升的过程，结构的仿真分析的完成态就是设计提供的成形态。将整个提升过程划分为12个工况（G1-G12），按照施工顺序对每一个施工工序进行了仿真计算，得到各状态的拉索索力、结构位移、钢结构应力。验算结果是在径向索提升过程中，索力逐渐增加，径向索最大张拉力出现在径向索锚固时工况，上径向索最大张拉力245吨，下径向索最大张拉力249吨，内环索最大索力为501吨，各种规格拉索张拉力较大，因而对张拉设备要求比较高。在施工过程中的径向索提升阶段（G1-G12），在周边钢结构中产生的应力值维持在较低水平，通过验算张拉提升各工况下钢结构最大应力值为124-136MPa，略有提高，但各截面拉、压应力均未超过150MPa。
3.3、施工测量与监控
3.3.1、施工监测布点时采取拉索索力和结构变形的原则
拉索索力：通过油压表安装于液压千斤项油泵上，索张拉过程中通过压力表读数仪可随时监测到预应力拉索的拉力，以保证预应力施工完成后的应力与设计单位要求的应力吻合。结构变形：通过采用全站仪和反光片，共设置60个监测点，在每个检测点上粘贴反光片进行观测定位和采集数据。
3.3.2、监测时间
监测时间分别在上径索安装就位，下径索安装就位，索网张拉成型后三个阶段展开。
3.3.3、监控控制指标
拉索施工过程中，结构采用索力和位移双控的方式，其中索力控制为主，位移控制为辅。施工过程中记录各轴线索力值、环索索夹三维坐标值，并和仿真计算值进行对比，在径向索即将就位时，索力和计算值偏差超过15%，停止张拉，查明原因保证施工质量、安全情况下继续施工。
3.4、施工安全保证措施
3.4.1、现场索体施工严格按审批的罩棚预应力拉索专项方案实施，实施过程中碰到疑问及时向工程技术负责人报告，现场所有张拉机索具局部调整变更只有在取得经工程技术负责人审批同意后才能实施。
3.4.2、强大的施工仿真模拟计算软件为整个施工过程提供了理论依据和施工质量、安全保障，结构索系的施工是本工程的难点，因此需要对施工全过程进行仿真计算分析。对于柔性结构体系，其计算的难度和复杂性均较一般工程大得多，对于本工程，采用大型通用有限元分析软件Ansys对施工过程进行模拟计算。
3.4.3、建立完善的安全管理体系和安全生产制度，认真严格落实到实处，为工程顺利实施奠定了基础。
3.4.4、针对本索系工程编制的专项脚手架搭设方案、专项应急预案、大型机械进入内场的通道加固方案、专项防雷防台措施、专项季节性施工措施等为工程顺利实施提供了有力支持。
4.结束语
4.1、本工程属于新型结构体系，为大型的柔性悬索结构体系，施工过程复杂；本项目的成功实施，为今后大型柔性悬索结构施工积累了宝贵实物资料，同时为今后类似项目提供了施工经验借鉴。
4.2、本工程索体施工过程中针对施工全过程的每一阶段的仿真计算与实施过程中对应阶段监控分析总结，为今后类似复杂柔性索结构仿真计算积累了仿真计算经验。
4.3、本工程中索系张拉过程，针对40组（80套）提升装置要保持同步张拉的协同作战，指令的传达、提升设备的操控达到统一性提出了及极高要求，在本工程中充分体现，为今后类似大型工程积累了宝贵经验。
4.4、本索系工程的顺利实施，从管理、到组织实施，精细化管理得到进一步提升。
论文作者:王群,杨叶锋,李达,孙志锋,林赵志勇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/26
标签：结构论文; 工程论文; 内环论文; 过程中论文; 节点论文; 内场论文; 拉杆论文; 《防护工程》2018年第13期论文;