青岛市体育中心游泳跳水馆焊接球网架施工与设计计算.doc

1、1青岛市体育中心游泳跳水馆焊接球网架施工与设计计算中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 提要：本工程为焊接空心球节点网架，屋面造型为双曲抛物面，东西向跨度 130m，南北方向跨度 101.2m，网架投影面积为 15041?，展开面积为 18000?，是国内罕有的大跨度曲面焊接球节点网架。工程经过优化施工方案，选定整体提升与分块吊装高空对接相结合的施工方法。在制定施工方案时以科学的态度，认真分析施工中吊装设备的受力分析，钢结构和砼结构的受力验算，实施方案时精心组织，严格按施工方案步骤进行实地测量和应力监测，保证了工程的顺利完成。 一、工程概况 青岛市体育中心游泳跳水馆工程位于崂山区海

2、尔路中段西侧，南临银川西路，北倚人工湖，交通便利，环境优美。游泳馆造型主要通过钢结构屋面来实现，整个屋面为双曲面且沿东西向有波浪状起伏，宛如一只巨大的贝壳栖息在湖边，如图所示。 游泳馆效果图 本工程钢屋盖结构型式为焊接空心球节点四角锥网架，网格尺寸为4m*4m 左右不等。南北向跨度为 101.2m，东西向跨度 130m，最高处标高2为 30.70m, 最低处标高为-108m。网架投影面积为 15041?，展开面积为 18000?，网架矢高为 4。2 m，由中心向四周变薄。网架结构总重量约1400 吨，其中室内部分网架重量约为 900 吨。网架结构中杆件重量约为900 吨，其中最大规格杆件为37

3、728?，最小规格杆件为764?；焊接球重量约为 500 吨，其中最大球径为：800?，最小球径为 300?。支撑型式为室内部分有 42 个周边支撑柱，室外有 4 个落地支撑点， 如图所示。 网架俯视图、侧视图 本工程混凝土结构为框架结构型式，地下二层，地上一层。0.00米标高层上设有跳水池、游泳比赛池和训练池。看台区位于跳水池和游泳比赛池的南侧，跳水池的西侧和游泳比赛池的东侧均有两层结构层，标高分别为 8.35 米和 7.42 米。训练池的南侧也有二层结构层，标高为8.35 米，将训练池与跳水池和游泳比赛池隔开。如图所示。 游泳馆结构平面图 本工程形式复杂，跨度大，结构不规则，标高落差大，施

4、工难度大。工程工期紧，工程量大，钢结构工程是整个工程施工的关键工作，钢结构工程的最迟完成时间直接影响整个工程的工期。 3二、网架安装方案选定 本工程形式复杂，跨度大，结构不规则，标高落差大，结合常用的网架施工方法，选用整体提升与分块吊装高空对接相结合的方法，即室内部分采用整体提升的方法，室外部分采用分块吊装高空对接的方法。采用格构式拔杆整体提升，既稳定又安全；而且成功的在多个大型工程实例中应用。运用该方案有利于其它工序穿插进行，对保证该工程的整体工期是有利的。 先以室内结构平面最低点为拼装起点，随着提升的高度不断外扩拼装直至提升达到设计标高完成拼装并就位的施工方法。第一阶段：分别以跳水池、游泳

5、池、训练池的池底为操作面和提升的起点，将池底范围内网架拼装并提升至0.00 米标高；第二阶段：将0.00 米标高层作为操作面继续拼装，拼装完再提升至 8.400 米（7.400 米）标高；第三、第四阶段：在 8.400 米标高层再拼装，并连成整体，直到支座范围内全部完成拼装并提升至设计标高并就位；第五阶段：将支座外围的钢网架分块拼装后提升至设计标高并与支座内的已提升到位网架拼接完成。卸载阶段：待外围网架对接完成后，由外圈拔杆开始向内逐渐卸载，直至全部拔杆卸载完成。 池内拼装 40.00 米标高层拼装 8.400 米标高层对接 周圈支座内网架拼装完成 室外拼装 卸载完成（室外） 卸载完成（室内）

6、 整体网架远眺 三、网架施工方案的受力分析和结构验算 图纸深化设计与施工方案相结合给现场施工提供各项指导数据，是5本工程安全施工的前提保证。本工程深化设计工作与施工方案的编制同步进行，采用空间结构“SFCAD” 、 “MSTCAD”、 ”3D3S” 软件进行计算核算，以此来保证该工程结构施工的安全。 网架提升的施工图的计算分析是依据中国建筑西南设计研究院的原网架图纸,在保证网架原有使用功能受力的基础上，增加了网架提升施工过程中各阶段不利工况分析。采用国际上先进 ANSYS 结构分析软件，模拟现场各阶段不利工况进行综合分析，分别对下列情况进行验算： 1、拔杆受力分析。依据分析，得出拔杆同步提升工

7、况、拔杆不同步提升工况、拔杆同步及不同步提升过程中某拉葫芦失效工况下网架对拔杆的作用力，验算拔杆受最不利工况下的作用力时的强度及刚度，以保证网架提升过程中拔杆的安全。 2、网架结构的验算。网架在满足原有使用功能下，对网架第一、二、三、四、五提升阶段及卸载阶段，分别分析验算拔杆同步提升工况、拔杆不同步提升工况、拔杆同步和不同步提升过程中某拉葫芦失效工况及其卸载工况的 受力，得出网架变形、网架杆件应力、拉压杆变号的变化，对应力比大于 80%的杆件加大了杆件截面，使杆件在提升各工况的杆件应力比不大于 80%，控制拉压杆的长细比都在 160 以下，以增加网架的刚度及强度，保证各工况提升过程中网架结构自

8、身安全。 3、对提升用的拉葫芦进行了验算，以保证提升、卸载过程中的网架结构的安全。 4、混凝土结构的验算。拔杆提升过程中，拔杆柱脚对混凝土结构的作用力集中，通过钢梁及钢板把柱脚处的集中力分散到混凝土梁或柱上，6验算此时的混凝土结构的受力及变形，以保证拔杆对混凝土结构作应力在其承力范围内。 5、揽风绳、钢丝绳、地锚验算 验算分析结论 1）网架的杆件及应力变化在同步提升、不同步提升（最大相差50mm） 、拉索失效（1 个拔杆失效 1 根拉索）时最大应力比满足要求。 3）格构式拔杆在受最大压力为 40t 情况下强度、刚度和稳定性满足要求，独立拔杆在受最大压力为 18 吨情况下强度、刚度和稳定性满足要

9、求。 3）混凝土结构承受拔杆的反作用力下，大部分混凝土梁柱强度满足施工要求，只有 7 号拔杆处混凝土梁不满足施工要求，需临时加固处理。4）揽风绳、钢丝绳、地锚等经验算均满足施工要求。 四、网架安装的过程 先室内后室外，室内从游泳池，跳水池，训练池开始拼装，拼装完成后进行第一阶段的提升；至正负零处游泳池和跳水池进行对接，进入第二阶段的提升；至 8.40 米处进行进行对接，然后整体提升至标高点并就位。室外采用地面拼装，采用吊车吊装，在北、西、东、南方向进行分块提升，至标高处进行高空对接。全部网架安装完成后卸载，卸载时按一定的比例尺寸长度由四周向中心卸载。 根据本工程结构特点和现场平面布置情况，同时

10、根据我公司以往类似工程总结的经验，该工程采用在地面拼装，分五阶段进行提升方案的7施工。 1 第一阶段分别在游泳池、跳水池和训练池底板上分块进行组装焊接网架。 2 第二阶段在游泳池、跳水池0.00 位置继续进行组装网架并对接，焊接验收完成后进行提升。 3 第三阶段:在建筑标高 8.40 米处继续呈放射状组装网架和对接网架，焊接验收完成后即可进行提升，提升标高为 17.00 米。 4 第四阶段在 17.00 米处组装完网架继续提升到设计标高，同时安装支座。 5 第五阶段：室内网架拼装完毕，室外悬挑部位开始分块拼装并分别提升至设计标高，高空对接。 五、网架安装中心测量和监测 它的作用是确保安装工作的

11、顺利完成，它的特点是测量工作量大，需要即时测量来配合安装，拟采用确定拔杆水平位置，在拔杆高度方向固定标尺控制高程。确定拔杆位置作为整体提升钢结构网架的整体水平投影和控制提升的关键测量控制点位，网架按地面上的位置线进行整体就位拼装。 由于钢结构网架分五次整体提升，此部分的测量要与提升密切配合，在提升过程中，由于拔杆位置固定，以拔杆的位置钢结构网架水平投影的控制点，拔杆处吊线坠与地面水平控制点相重合，说明提升的水平位置保持正确，在拔杆上固定标尺作为网架提升高程控制的依据，如提升过程中某一拔杆处产生了偏差，应及时予以纠正。 8监测实施以钢结构网架卸载、屋面板安装、屋面吊挂荷载、满载完成后等加荷过程作为变形监测的各监测阶段。 结束语 由中国建筑西南设计研究院设计、青岛建设集团公司总承包、徐州飞虹网架（集团）有限公司负责钢结构制作安装的青岛体育中心游泳馆焊接空心球网架结构工程在项目部的直接带领下，在有丰富经验的专业技术工人的辛勤劳动下，已顺利于 2008 年 10 月竣工，2009 年召开的第十一届全运会又增添了一座造型美观、结构新颖的体育场馆。