钢结构现场安装及索预应力张拉方案【图】

2023年12月25日发(作者：女士小车迷你型1到2万)

第一节 钢结构现场安装及索预应力张拉方案

第一小节 脚手架及结构加固措施

体育馆屋盖为单层网壳，其安装过程对支架的要求非常高，特别控制施工过程中结构的应力和变形是重点，同时保证在结构被支撑的情况下不影响环向索和径向拉杆的布索和张拉施工。所以整个结构对脚手架的设计提出了较高的要求。

■ 1 一、脚手架设计的控制原则

1、变形控制

网壳结构施工过程中，脚手架承受承受整个结构的重量，由于结构为球冠体系，由此满堂架还承受一定的水平荷载，由此承重胎架属于复杂的受力体系。脚手架在施工过程中的变形直接影响了网壳的安装精度，对预应力施工影响比较大。因此操作架的设计要使得在施工荷载作用下的变形需满足规范和本工程技术条件的要求。

2、稳定性和刚度满足要求

满堂架具有一定的高度，最高约28m高，在施工过程中需要严格保证其稳定。

3、沉降量控制

满堂架在受力后产生的沉降量不应超过5mm。

4、满足预应力施工要求

由于预应力施工在结构形成之后，且索穿行在结构于脚手架内部，脚手架的设计直接影响到预应力索的布索和张拉。满足预应力施工要求是脚手架控制的重点和难点。

■ 2 二、满足预应力施工要求的二阶平台设计

1、通过对上述情况的充分理解和对钢结构和预应力索施工方案的充分研究，我们提出了满足预应力施工要求的二阶平台设计思想。即脚手架平台搭设分两阶段进行，第一阶段搭设平台控制在预应力索撑杆的下端节点以下约500mm的水平位置处，此步完成后形成一阶梯状台阶。一阶平台搭设好后，开始铺设预应力索，将索卷用吊机吊至一阶平台上后，在撑杆垂直下方将环向索张开，形成圆形，搁置在满堂架上。

2、一阶平台搭设完成，开始搭设二阶平台，此时的二阶平台以一阶平台为基础，往上搭设，满足网壳安装要求。

3、考虑到环向索的张拉及撑杆的安装，在网壳结构安装完成后，需要设置一部分支撑支承整个结构，且支承应该不影响预应力索的张拉。

4、我们对施工过程的验算结果，对结构采取隔环设置支撑的方式能满足对结构支承的要求。即根据结构特点，将有预应力环向索布置的一圈网壳球节点下方的满堂架拆除，而没有撑杆的网壳焊接球节点下方设置独立支撑。给预应力施工留出施工空间，根据结构布置，共设置98个支撑。

■ 3 三、满堂架关键点的解决方案

根据上图设置支撑后对结构进行验算，对结构的前后影响很小，且完全能满足预应力施工要求。但由于支撑点是按椭圆布置的，而实际施工过程中，满堂架的搭设为两向正交体系，很难按理想设置成椭圆形布置。因此需要对支撑点的布置位置进行优化。

对于上述问题，解决措施如下：

先按正交网格设计满堂脚手架，由于屋盖结构为椭圆形球冠，因此满堂脚手架的设置要求按架体平面的中心位置对称。

然后按本节第二部分设计的支撑点位置为中心布置支撑点，考虑到支撑的设置要满足于满堂架相连，因此对局部支点位置的支撑中心位进行调整。由于本支撑按18立竿核心支撑体系布置，其核心筒的平面尺寸为1.5m×1.5m，立竿间距300mm。因此支撑中心对球节点的中心偏移不会大于300×2＝424mm，对支撑几乎没有影响。

支撑位置平面布置图如下：

预应力张拉过程网壳临时支

预应力张拉过程网壳支撑点布置位置图

支撑与满堂架的连接分三种情况，如下图所示：

1、支撑中心位置与满堂架的一个网格的中心位置完全重合的支撑，其中的立竿直接与满堂架网格内的纵横向钢管相连即可。

2、支撑中心位置与满堂架纵横错开300mm的支撑，此时支撑最外圈的纵横水平杆应与满堂架结构相连。

3、支撑中心位置与满堂架纵横错开600mm的支撑，此时支撑最外圈的纵横水平杆应与满堂架结构相连。

脚手架一阶平台设计剖面图

钢结构安装之前满堂架搭设成一阶的一阶平台剖面图，脚手架搭设至此阶段之后，将环向索吊至满堂架上的加强平台上，然后将预应力索布置在顶撑垂直投影的下方。其离撑杆节点投影位置左右偏差不宜大于15cm。索吊装搁置加强平台根据现场实际情况再设置。径向索在钢结构安装过程中先安放在球节点上。待二阶平台拆除径向索自然挂好了。

钢结构安装阶段脚手架剖面图

预应力索布置好后，开始搭设一阶平台以上的脚手架，即二阶平台。并开始安装屋盖钢结构。此时因为每个球和杆都需要定位，因此钢结构安装时每个球节点下均设可调托盘。进行安装。

预应力索张拉阶段脚手架剖面图

在钢结构安装过程中,网壳每安装完两环,即可对先安装完好的网壳撑杆处的一环网壳的二阶平台进行卸载,将二阶平台的脚手架拆除至一阶平台处,但需保证网壳安装方向最前端的脚手架不能拆除,安装撑杆、挂索,重复上述步骤,至结构安装完成,且索安装完成,再进行预应力张拉施工。

满堂架抗侧移的措施

本工程脚手架为满堂脚手架，为保证脚手架的整体稳定性及其抗侧移能力满足使用要求，我公司根据实际施工经验和理论公式进行计算，在满堂架内设置六个五立竿格构支架，使其能满足使用要求。五立竿格构支架立面示意见下页图。

脚手架的具体计算过程待中标后再提供。

五立杆格构支架立面图

■ 4 四、脚手架的搭设要求

1、操作架平台搭设顺序：放线、放置垫板→放置纵向扫地杆→立杆→放置横向扫地杆→第一步纵向水平杆→第一步横向水平杆→第二步纵向水平杆→第二步横向水平杆……

2、 按操作架搭设要求向搭设和使用人员进行技术交底，按JGJ130-2001规定的要求对钢管、扣件、脚手板等进行检查验收，不合格品不得使用。

3、 清除搭设场地杂物，平整搭设场地，并使排水畅通。

4、 操作架底面基础经验收合格后按要求放线定位。

5、 立杆：立杆底端放置在看台板侧板上，采用Φ48×3.5钢管。纵向间距1.5m，横向间距1.5m。必须设置纵横向扫地杆。纵横向扫地杆应用直角扣件固定在距底座上表面不大于200mm的立杆上。立杆接长除顶层顶步处可采用搭接外，其余各层各步接头必须采用对接扣件连接。立杆上的对接扣件应交错布置，两根相邻立杆的接头不应设置在同步内。同步内至少隔一根立杆，两根立杆接头位置在高度方向错开距离不少于500mm。立杆上对接扣件至节点的距离应≤1/3步高。

6、 纵向、横向水平杆：采用Φ48×3.5钢管。步距1.7m，顶层水平杆采用八字撑加固，水平杆顶层上铺设作业层。水平杆接长宜采用对接扣件连接，也可采用搭接。对接扣件应交错布置，两根相邻水平杆的接头不宜设置在同步或同跨内，错开距离不应小于500mm。对接扣件至节点的距离≤1/3立杆间距，搭接时，搭接长度不应小于1000mm，应等间距用3个旋转扣件固定，端部扣件盖板边缘至水平杆端距离不小于100mm。

水平杆长度不宜小于3跨。

水平杆与结构柱用套箍拉牢。

7、 剪刀撑： 采用Φ48×3.5钢管。剪力撑与地面的倾角宜在45°～60°之间，剪力撑跨越立杆的最多根数≤8根。剪力撑用扣件与水平杆连接牢固，扣件中心至主节点距离≤150mm。

8、 顶层构造：顶层为钢结构作业层，顶层水平杆采用Φ48×3.5钢管，间距≤400mm，水平杆上方满铺安全平网，安全平网上方满铺竹片脚手板。

9、 斜道搭设：斜道宜采用之字型斜道，宽度不宜小于1m，坡度宜采用1:3，拐弯处应

设置平台，其宽度不应小于1m，斜道两侧及平台外围应设置栏杆及挡脚板，栏杆高度应为1.2m，挡脚板高度不应小于180mm，斜道脚手架上应每隔250～300mm设置一根防滑木条，木条厚度宜为20～30mm。

10、 脚手架外围均应设置高度≥1.3m栏杆，栏杆上横杆不少于二道并满挂安全网，且应设高度为200㎜的挡脚板。

扣件螺栓拧紧扭力矩值不应小于45N·m，用测力扳手抽检，抽检率为20%

11、 搭设高度： 搭设高度为网架下弦节点球中心下浮300～400mm。斜坡区域采用阶梯型。

12、 提前做好安装前的各项准备工作，包括工作平台、测量仪器、吊装设备、加工设备及有关人员等，务使安装工作顺利进行。

■ 5 五、对混凝土结构的加固措施

本工程钢结构部分施工时，部分满堂架搭设在混凝土楼板上，本次对混凝土结构的加固

在下一楼层搭设加固支顶支架，每根立柱顶部设丝扣顶托，通过旋紧丝扣螺母，使立柱与楼板完全顶紧，限制楼板变形，将楼荷载载通过支顶支架传递到下层楼板或地面上，保证楼板结构安全。

第二小节 钢结构拼装、吊装方案

■ 1 一、钢结构施工总体概况

钢结构安装主要包括：长轴92m、短轴73m的弦撑单层穹顶网壳结构施工、径向桁架安装、环桁架安装、局部桁架安装、檩条、马道等的施工。其中屋盖网壳预应力索网的施工是本工程的重点和难点问题。

对于体育馆钢结构的施工，重点需要考虑以下几个方面的内容：

1、钢结构的安装方案。对于本工程而言，钢结构的安装不同于一般的钢结构，其对安装顺序、安装精度控制等的要求大大超过一般钢结构。因此根据钢结构的特点，结合预应力索的张拉施工方案，通过比较分析确定切实可行的钢结构吊装方案，并确定钢结构吊装过程中需要控制的重点，是本工程的关键问题之一。

2、钢结构安装脚手架的设计，本工程钢结构为单层壳体，其安装过程中需要综合考虑到网壳球节点的定位、保证钢结构安装过程中产生的变形满足预应力索张拉的精度要求。且预应力索张拉过程即为钢结构的体系转换过程，在预应力索施工过程中，钢结构支撑的设置不能与索相干涉。因此对钢结构安装支架提出了很高的要求。

3、钢结构安装精度保证措施。对于本工程，为了保证预应力索张拉对精度的要求，保证结构张拉后结构变形协调一致，要求钢结构安装精度满足设计要求。主要从以下几方面加以控制和考虑；⑴：安装过程中的测量定位措施；⑵：安装过程中焊接变形的控制措施；⑶：预应力索张拉过程中结构变形的监控措施。

综合上述条件，考虑到本工程的工期及钢结构吊装施工的难点，我们考虑了以下几种吊装方案进行比较，并确定最适合本工程的施工方案。

■ 2 体育馆弦支穹顶网壳安装方案的比较及确定

对于本工程而言，钢结构安装方案的确定主要指体育馆壳体钢结构的安装，由于钢结构安装过程中需要考虑到预应力索的张拉，及钢结构的安装精度要保证张拉过程和张拉方按对结构的要求。因此需要经过对比分析选定最佳安装方案。

■ 3 ㈠、网壳各安装方案的提出

1、方案一：分片吊装方案

屋盖壳体钢结构为一椭圆形弦支穹顶单层壳体结构，各部分的杆件布置规格相互对称，因此可以在地面按根据吊装重量、吊装半径及结构特点划分拼装单元，分片地面拼装，用吊机分片吊装至场内安装胎架上，安装胎架按一定的点设置，临时支撑为单支架体系。将网壳安装成整体。待钢结构安装完毕后再进行预应力的张拉。

如下图所示，将体育馆网壳分成21片进行吊装，每片吊装重量约20吨。由于各分片网壳定位尺寸对称布置，因此可以在胎架上流水进行拼装作业。网壳安装顺序为从第1片至第21片按从外向内的顺序进行吊装。各分片之间的杆件在高空散件进行安装。

根据网壳分片的重量和吊装半径，特别最中间一片的重心点至结构边缘的距离大于50m，需要采取超大型吊机进行吊装。或采用两台大型塔吊进行双机抬吊。

2、方案二：网壳从中间往两边进行安装

此方法为满堂架进行安装的方法，以整个屋盖结构为整体，并按一定的规律，以通过网壳中心点的一条网壳带为基准，往两边逐环安装。其施工过程如下。

从上图可以看出，网壳以通过中心点的一条网壳为基准，逐环累积进行安装，网壳安装过程中，径向桁架和环向桁架根据安装方向和进度进行安装，且径向桁架和环向桁架作为网壳安装的定位点。

采用此方法安装，所有构件均为高空散装，在满堂脚手架上进行安装，构件上料采用四台塔吊吊至安装平台上，再人工水平搬运转移，能满足施工要求。

3、方案三：网壳从中心往四周逐环进行安装

以网壳中心点为起点，往四周扩散进行安装。在本安装方案中又分为两种情况。

（1）、先安装径向桁架和环桁架，然后屋盖网壳与径向桁架和环桁架相连接，但此方案的最大缺点是径向桁架和环桁架与屋盖网壳存在很长的一条合拢带，很难保证施工精度。。

（2）、网壳从中间一直往四周逐环对称发展，最后与径向桁架和环桁架相连接。

4、方案四：网壳从四周往中心逐环进行安装

网壳以径向桁架和环桁架为基准，逐环由外向内进行安装，最后在网壳中心压力环处形成合拢点。

■ 4 ㈡、各安装方案技术经济及方案关键控制点比较

比序较号 项目

方案一：分片吊装方案

方案二：网壳从中间往两边进行安装

方案三：网壳从中心往四方案四：网壳从四周往中心逐环进行周逐环进行安装 安装

屋盖网壳分片吊装的方案，由于本工程网壳类似于联方型球面网壳，虽然整个结构是对称结技构，但结构分片难以形成规则的术曲面。且分片后吊装重量和吊装1

难半径均很大，若吊装则分片单层度 网壳的变形难以控制，且安装过程中分片网壳的合拢缝太多，对结构施工精度不利。其施工难度大大增加。技术难度大。

网壳从中间往两边对称进行安装，网壳结构杆件采用满堂架进行安装，是一种网架结构施工过程中经常采用的方案。其技术难度不大。

网壳从中心往四周逐环进行安装，由于满堂架采用扣件式钢管脚手架，网壳安装定位点很难固定，结构很难找到一个稳定的基准点，其测量和构件定位难度大。

网壳从四周往中心逐环进行安装，径向桁架和环桁架分段吊装，技术难度不大。网壳安装以先安装好的径向桁架和环桁架为基准逐环往内安装，避免了施工合拢缝的产生。

选需用300吨以上履带吊或两只需要采用塔吊或小型用台大型塔吊进行双机抬吊。且网汽车吊解决材料垂直上料即2

设壳分片安装的临时支撑需要量较可，不需要采用大型设备。

备 多。

同方案二 同方案二

需要采用要求很高的临时支安装方案不需要采用大安装方案不需要采安装方案不需要采用大型吊机，经撑，吊装机械费用高，且由于方型吊机，且满堂架采用选材用大型吊机，方案技术难但方案技术难度不大。较经济。

3 济案技术难度带来的经济性难以控容易的扣件式钢管脚手架，度不大。较经济。

性 制。整个方案不经济。 安装技术难度不大，整体方案最经济。

钢结构分片拼装焊接，大部分焊接工作在地面完成，结构焊接质量有保证。各分片网壳的安质装精度能保证，但由于分片不规量4 则，且施工合拢缝太多，网壳整安体精度很难控制。整体质量难以全

保证。且施工技术难度增加，施工安全保证难度增加。

网壳安装过程中很难形成规则施工面，在安装过程中需要以边桁架为基准面，且网壳构件从高处往低处发展，高空定位困难，安装精度难控制。采用满堂架安装，按规范进行安全操作和设置，容易保证工程的安全运行。

网壳安装过程中没有固定的基准点，其施工精度难以保证，且逐环安装的圆度难以保证。采用满堂架安装，按规范进行安全操作和设置，容易保证工程的安全运行。

网壳安装过程中先精确定位径向桁架和环桁架，然后以径向桁架和环桁架为基准逐环安装网壳，后安装的网壳以先安装完成的网壳为基准进行安装，容易保证质量。且网壳逐渐向上发展，降低空间定位的难度，安装精度易于保证。

分片吊装，补缺杆件较多， 网壳安装工作面能展 同方案二

工5 且需要按一定的顺序进行吊装，开，工期容易保证。

期

工期难以保证。

对于单层网壳而言，其整体结构刚度较弱，在施工过程中容易产生变形。而本工程需要综合考虑预应力钢索的施工对钢结构安装精度的要求。而本方案较难保证上述方面，因此适用性不大，不考虑。

本安装方案在网壳结构形成过程中，各个球节点的定位较为独立，施工测量难度增大，不易保证预应力索张拉时对钢结构的要求。没有充分考虑与预应力索施工相结合。可用，但不选用。

本安装方案，钢结构逐环向外发展，钢结构相对精度能保证，但在安装过程中整个屋盖“漂浮”在满堂架上，若结构发生整体平动，则很难进行调整，不能满足预应力施工要求。因此适用性不大，不考虑。

同方案二

适6 用性

本安装方案是在充分考虑钢结构本身的结构特点，结构预应力施工对钢结构的要求而确定的。在安装过程中网壳逐环测量，逐环保证安装精度，且网壳与外围的径向桁架和环桁架相连，能提供稳定的支撑。网壳安装累积误差通过逐环反复测量可以消除，另外网壳从低处往高处安装，又为焊接结构，其小量的安装误差可以通过结构顶部最后安装的小圈内的网壳进行调整，而不影响整体精度。最能保证张拉后结构的协调变形性。作为本工程钢结构安装方案。

■ 5 三、钢结构安装施工流程

根据工程特点和施工工期，本工程体育馆钢结构施工工期紧，施工技术难度大，质量控制要求高。其施工过程和施工流程详下图所示：

■ 6 、钢结构整体施工流程

图示 说明

第一步：安装径向桁架，四台塔吊同时向两侧安装。

第二步：安装径向桁架的同时安装外圈环桁架，顺沿径向桁架方向安装。

第三步：继续径向桁架和环桁架的安装，同时安装单排混凝柱区域的局部桁架。

第四步：安装弦支穹顶单层网壳，从外围向中间开始安装。

第五步：继续安装单层网壳。

第六步：单层网壳安装至3/4处。

第七步：单层网壳安装完成。

第八步：体育馆钢结构整体安装完成。

■ 7 单品径向桁架安装流程

图示 说明

第一步：安装双排混凝土柱上分段小桁架。

第二步：安装竖向弦杆。

第三步：安装径向桁架腹杆。

第四步：继续安装桁架腹杆，直至安装完成。

第五步：安装完成。

■ 8 四、钢结构安装技术措施

■ 9 ㈠、预埋件施工

本工程钢结构对支座定位点的要求较高，预埋件与混凝土结构的主要连接方式为锚栓连接，对锚栓的安装要求较高。

（1）测量放线：首先根据原始轴线控制点及标高控制点对现场进行轴线和标高控制点的加密，然后根据控制线测放出的轴线再测放出每一个埋件的中心十字交叉线和至少两个标高控制点。

（2）予埋螺栓框架的制作：每一根钢柱予埋螺栓的框架全部在工厂进行加工制作，制作采用角钢锚栓支架将锚栓进行固定，然后整体埋入混凝土内，实现精确定位。予埋螺栓的制作精度：予埋螺栓中到中的间距≯2㎜, 予埋螺栓顶端的相对高差≯2㎜。

（3）予埋螺栓的埋设：在柱顶钢筋绑扎完成之前，预埋件的埋设工作即可插入。根据测量工所测放出的轴线，将予埋螺栓整体就位，首先找准埋件上边固定钢圆环的纵横向中心线（预先量定并刻画好），并使其与测量定位的基准线吻合；然后用水准仪测出埋件上螺栓顶面的标，高度不够时在埋件下边四根固定角钢的四个角下用钢筋或者角钢抄平。

地脚螺栓预埋时，予埋螺栓埋设质量不仅要保证埋件埋设位置准确，更重要的是固定支架牢固，因此，为了防止在浇灌砼时埋件产生位移和变形，除了保证该埋件整体框架有一定的强度以外，还采取相应的加固措施：

先把支架底部与柱根部钢筋焊牢固定，四边加设刚性支撑于模板上，使预埋件底部刚性连接于已浇筑的混凝土柱；待预埋件外围钢筋绑扎完毕，再把预埋件与柱顶的钢筋焊接为一个整体，在螺栓固定前后应注意对埋件的位置及标高进行复测。

支座锚栓在浇灌前应再次复核，确认其位置及标高准确、固定牢靠后方可进入浇灌工序；砼浇灌前，螺纹上要涂黄油并包上油纸，外面再装上套管，浇灌过程中，要对其进行监控，便于出现移位时可尽快纠正。

支座锚栓的埋设精度，直接影响到结构的安装质量，所以埋设前后必须对预埋螺栓的轴线、标高及螺栓的伸出长度进行认真的核查、验收。标高以及水平度的调整一定要精益求精，确保支座就位。

对已安装就位弯曲变形的地脚螺栓，严禁碰撞和损坏，支座底板安装前要将螺纹清理干净，对已损伤的螺牙要进行修复。

■ 10 ㈡、体育馆径向桁架拼装及安装技术措施

根据我们在充分考虑预应力施工的基础上，通过多方面、多方案进行比较，对本工程网壳结构采用的方案为从外往内逐环安装。其中在安装过程中对安装精度起重要影响的外环刚性环梁的安装是钢结构吊装的重点。根据方案，环梁HTR桁架采取分段吊装的方案。根据屋盖钢结构特点，圆形穹顶网壳共36个支座，每个支座间间距10度，桁架总长度约292m，分12段吊装，分段长度约24.4m，分段重量15吨。

1、桁架的分段拼装

⑴、桁架拼装定位

径向桁架在出厂前要经过预拼装，预拼装后分段运输至现场安装。

首先将桁架的整体轴线尺寸用激光经纬仪投射定位在拼装地面上。并用墨线弹出每个拼装胎架的定位位置。安装好胎架，实现对胎架的定位。

⑵、径向桁架杆件拼装顺序

桁架的拼装顺序遵循先下后上，先节点后弦杆、先弦杆后腹杆，先主受力杆件后次受力杆件（例如腹杆先拼装斜交杆后拼装正交杆），从中心向两侧拼装的原则。对本工程桁架的拼装，尤其注意节点的定位措施及定位精度。

桁架预拼装过程如下图所示：

图示 说明

第一步：在平台上确定胎架底线，放置胎架。

第二步：拼装桁架上弦杆。

第三步：拼装桁架下弦杆。

第四步：拼装桁架腹杆，直至完成。

第五步：径向桁架拼装完成。

⑶、拼装技术要求

①、桁架在拼装前，拼装场地必须进行整平，并保证有足够的承载力。

②、平台搭设首先对支承柱采用经纬仪进行测量放线确定每个控制点的坐标，而后采用水准仪对定位块或平台找平，要求各支承点偏差不大于3mm，拼装时不得使用大锤锤击，可设置临时固定或拉（压）紧装置，保证拼装过程的安全。

③、将检验合格的各钢构件依次放入拼装平台，并按规范规定的进行拼装，调整各构件位置，装上所有节点连接板，用相应规格安装螺栓拧紧或采用C02焊接。

④、拼装变形控制：

拼装时存在大量的焊接工作，若焊接操作控制不当容易造成较大焊接拼装变形。因此必须制定合理的焊接方案。焊接组装时应先进行点焊，全部组装好点焊固定后，经检查合格后再进行正式的焊接。同时组装点焊时应考虑焊接的变形采取适当地反焊接变形来消除焊接的变形。正式焊接时从桁架的中间向两边进行焊

接，并采用双数的焊工对称焊接。分段桁架的断口必须采用临时的杆件使桁架形成闭合结构。

■ 11 ㈢、预应力索张拉过程防止结构平动的措施

根据我公司制定的预应力索张拉方案，预应力索采取环向张拉的方式，根据计算机对施工过程进行仿真验算，单层网壳在张拉过程中，网壳中部（环索以内的杆件）会脱离脚手架而起拱变形。在张拉过程中，刚性环梁HTR会向内滑动。如果结构在预应力张拉前已经定位并焊接完成，则张拉过程势必会对支座产生较大的应力。

为了释放支座处由于预应力张拉产生的应力，必须使支座能产生一定的法线方向的变形。因此HTR桁架需要在预应力张拉完毕后才能焊接连接。

由于预应力施工前，整个网壳结构“漂浮”在满堂脚手架支架上，为防止整个结构在预应力张拉过程中产生平动，需对径向桁架的支座临时固定。支座临时固定措施如下图：

如上图，每个支座限位采用6块L形钢板与支座底板相连。从而实现对支座垂直方向的限位、水平方向在圆弧的法线方向可以允许微小位移，水平方向在圆弧的切线方向不允许出现位移。

限位板的具体尺寸及与底板连接的焊缝设计待中标后，根据预应力张拉验算的结果进行计算、设计和下料加工。能满足本工程的施工要求。

■ 12 网壳安装技术措施

体育馆屋盖钢结构为单层网壳结构，采用满堂架高空散装的方法进行安装，网壳安装过程中节点的定位措施非常关键。

1、网壳安装工艺流程

放线

节点定位支托定位 上一圈网壳测量复核

网壳球节点定位

两根人字形纵向弦杆安装

节点间环向弦杆安装

网壳安装完一圈

定位测量

焊接

网壳安装过程详下表所示：

第一步：在满堂架上架设并定位球节点定位托架。

第二步：安放球节点并进行精调。

第三步：安装并定位两根人字形径第四步：安装并定位两个节点间向弦杆。 的横向弦杆。形成整圈并精确测量无误后可焊接。

2、网壳安装测量及精度控制

节点的定位、变形、几何尺寸的检查测量和控制主要从深化设计加工、安装等几方面进行控制。其主要过程为：

1、深化设计，根据总承包提供的控制点，计算确定出网壳定位坐标点，然后计算出网壳每个球节点的三维坐标；

2、加工时严格控制构件的加工质量和精度，确保进场安装的每个构件节点的精度达到设计要求；

3、安装定位控制：

采用全站仪按照深化设计图纸的各球节点的坐标弹线放样到安装滑移平台上，并用墨线弹出点的定位中心；

按照放样弹出的球节点的定位点，进行节点安装的定位调节托架定位，如下图；

球节点定位微调托架

微调定位托架由四部分组成：

①、托架底座：支撑在下部满堂脚手架平台上，可以保证托架不至在受偏心力等作用下倾覆。同时保证将力均匀传递至满堂脚手架。

②、螺杆及套筒：套筒利用圆钢管加工制成，而螺杆则由圆钢棒加工螺纹制成。两者组成一套可调体系。托盘的标高可以通过对手柄进行操作来进行微调。其可调范围为±5cm，上下可调总范围为10cm。可满足网壳安装的精度可调要求。

③、调节手柄：通过人工扭转手柄使托盘抬高或降低。其原理同模板脚手架支撑的顶撑调节机构。

④、托盘：托盘由直径300mm的圆钢管支撑（圆柱体），由于本工程节点均为球节点。节点直径放置在托盘上即能支撑稳定。

将球节点装入定位托架，然后采用全站仪进行测量，利用可调托架微调球节点三维坐标，并安装网壳杆件；

网壳杆件安装好后，再次利用全站仪测量各球节点的安装后三维坐标；网壳测量技术措施详测量施工方案部分。

对于超过误差的球节点，利用千斤顶、倒链、电动葫芦等进行调整，同时根据调整后的测量数据，在安装下一圈网壳时进行反误差的调整，确保网壳安装完成后整体尺寸精度误差达到设计要求。

4、考虑温度变形的安装精度保证措施

由于本工程钢结构安装工程量最大的阶段在7月至9月，正值天津市的夏季，因此钢结构安装过程需要考虑早晚温度变化产生的变形。同时需要考虑日照方向变化对结构变形的影响。其具体操作过程如下：

⑴、在结构施工阶段，利用结构设计软件通过模拟计算，得到由温度变化引起的变形值，由此确定同一圈网壳的安装方向和安装顺序、焊接时间。

⑵、修改上下班时间，即早上早开工，下午晚下班，在中午酷热的时间停止施工。错开中午高温时间，减少安装温度误差。

⑶、控制测量时间，对结构节点定位及复核测量在控制在15～20℃之间的正常使用阶段的温度范围内。减少测量误差。

■ 13 体育馆中心部位合拢措施

体育馆最中心节点为一压力环节点，根据本方案制定的钢结构施工方案，网壳结构从外往内逐圈进行施工，最后的结构合拢部位在压力环节点区域内。合拢对网架结构来说都是一道很难的工序，而本方案已经尽量考虑到减少和避免合拢缝的产生。而中心区域必须考虑合拢，在网壳大面积施工时，由于安装误差、温度变形、焊接变形等等可能导致最后按设计图纸下料加工的杆件无法安装上去。因此在中心区域合拢施工时需要考虑采取以下措施和施工步骤。使结构安装精度要求。

1、合拢温度

由于本工程网壳安装时合拢点在最中心的顶部，很多杆件集中安装到一点处，所有误差均会在压力环上体现，为减少结构安装误差，对网壳安装温度要求非常严格。本工程合拢的温度主要结合天津施工时候的气候温度，在网壳设计的平均使用温度下进行合拢施工。同时合拢施工时近量避免阳光、温差等带来的温度变形，所以合拢施工需安排在早上太阳没有出来的时候，或者中午屋顶网壳温度均匀后，避免由于阳光带来的温差影响。从设计要求合拢温度要求为建筑物使用的平均温度，因此网壳的合拢温度宜在15～20℃之间，根据天津市8月份的气候温度，早上太阳还没有出来前进行合拢施工，并在太阳出来前全部合拢施工

完毕。

2、合拢技术措施

合拢前测量：整个屋顶桁架安装完后，根据设计计算的温度，在此温度下，利用全站仪对合拢线上的每个球进行重新测量，确定出每个球安装的X、Y、Z三维坐标，对中心处的压力环进行重点定位；

矫正施工（标高调整、水平误差调整）：将实际测量的合拢处每个球节点的三维坐标与设计的三维坐标进行核对，利用千斤顶等进行标高矫正施工，保证内圈网壳杆件在同一圆周上；同时也可采用倒链对个别且节点的水平X、Y位置进行调整。

矫正后测量：网壳各球节点根据测量数据矫正后，再利用全站仪在计算合拢施工温度下对合拢部位中心区域每个球进行测量，测出每个球节点的三维坐标值；

合拢线上杆件下料加工：根据矫正后测量出的各球节点的三维坐标值和设计值进行对比；计算出每个杆件的合拢施工时的长度，并根据设计杆件编号以设计值对比。对于个别杆件误差超过规范，在不影响杆件的质量前提下，在现场进行加工根据合拢时的杆件长度进行杆件加工；

合拢施工：在设计温度下，有多名焊工、和焊机在规定的时间和温度下同时施工，将网壳合拢中心部位的杆件同时焊接。

合拢时，安装焊接杆件先焊外环处的一端再焊中心点处另一端，不能两端同时焊接，以消除由焊接产生的装配应力。在合拢前应对参加合拢焊接的焊工进行上岗培训，明确操作规程、操作要点，同时进行模拟演练，使焊工在合拢焊接时的焊接速度能基本一致。

■ 14 马道结构施工技术措施

马道的安装，属于次结构安装，其安装过程在结构成形并卸载完成后，马道的安装需要利用满堂脚手架的一阶操作平台进行安装，具体操作程序为，网壳安装完成后，开始张拉预应力索，张拉完成，进行外圈支撑卸载，卸载完成，将脚

手架拆除至一阶平台标高，然后安装马道。马道安装完成即可以拆除脚手架。

■ 15 ㈧、屋面檩条系统安装

1、

檩条直线度检查

检查合格后

下一道工序

安装紧固螺栓

檩条错口检查

檩托位置复核

焊接

焊接变形校正

焊缝防腐处理

檩条安装

测放檩托位置线

点焊檩托

网架验收

跨距检查

安装程序

檩条吊装

檩托和檩条安装流程

2、檩条安装定位

根据本系统工程屋面板制作安装标准及钢结构施工单位移交的测量数据，确定各檩条定位点的高差是否需调整，若需调整，则用所需调整量的钢板予以调高处理。数量不超过三块,块与块之间采用焊接处理.使整个檩条面按安装标准达到基本平滑。垫块在安装前须除锈，涂装处理按檩条的涂装要求。

3、檩条安装

⑴、檩托定位

檩托焊接在壳球节点上。檩托定位方法如下：根据檩距和轴线确定出檩条和网壳球节点的交线（放线弹出的定位线），该交线即为檩托板的安装线。

⑵、檩托安装

檩托定位后，其与网壳球节点的翼板平面的夹角要保证为90°±1°度，位置偏差在5mm内。在焊接过程中要采取减小变形的措施，先对称点焊，检查檩托的角度，合格后再焊接，不合格的要校正角度。点焊要牢固。焊条直径为4mm，焊条型号为E43。焊接时电流要适当，焊缝成形后不能出现气孔和裂纹，也不能出现咬边和焊瘤，焊缝尺寸应达到设计要求，焊波应均匀，焊缝成型应美观。

⑶、防腐处理

焊接后应对焊缝及其四周进行防腐处理，防腐材料选用符合设计要求的油漆涂料，要求涂刷两道。防腐前清除干净焊缝表面的药皮和污物。

⑷、檩条固定

本工程所有檩条采用与檩托焊接连接，当檩条抬运就位后，首先应检查正在安装的檩条顶面是否与已安装的相邻檩条顶面平齐，如不平齐应作调整。相邻檩

条顶面高差在2mm以内时方可焊接紧固，在安装时应尽量将两相邻檩条顶面调成一致。

■ 16 ㈨、现场焊接技术方案

1、采用的焊接方式

本工程现场钢结构安装主要采用以下两种焊接方式：

⑴、手工电弧焊

⑵、二氧化碳气体保护焊

使用部位：

1、体育馆屋盖网壳结构焊接。

2、径向桁架、环桁使用部位：

1、点焊固定

2、打底焊接

3、支座板与预埋件焊接

4、其它焊接工作量较小的

2、焊接材料

焊接材料主要选用以下牌号：

手工焊条： E5016（中国标准） 直径 φ3.2 、φ4.0

二氧化碳焊丝： ER50-2 直径φ1.2

3、焊接特点

⑴、本工程焊接工作的重点在于体育馆屋盖网壳的焊接，有焊接球与焊接球杆件之间的焊接、焊接球杆件与铸钢节点的焊接，径向桁架和环桁架结构焊接，铸钢节点与杆件之间的焊接。

⑵、由于体育馆为逐环从外向内焊接，为减少由于结构焊接产生的变形和应力，焊接过程应该严格按照多点对称的方式。

4、焊接工艺评定

焊接工艺评定在现场正式焊接之前完成，按下列程序进行：

由技术员提出工艺评定任务书(焊接方法、试验项目和标准)；

焊接责任工程师审核任务书并拟定焊接工艺评定指导书(焊接工艺规范参数)；

焊接责任工程师将任务书、指导书安排焊接试验室责任人组织实施；

焊接责任工程师依据相关国家标准规定，监督由本企业熟练焊工施焊试件及试件和试样的检验、测试等工作；

焊试室责任人负责评定试样的送检工作，并汇总评定检验结果，提出焊接工艺评定报告；

评定报告经焊接责任工程师审核，企业技术总负责人批准后，正式作为编制

指导生产的焊接工艺的可靠依据。

焊接工艺评定所用设备、仪表应处于正常工作状态，钢材、焊材必须符合相应标准，试件应由本企业持有合格证书技术熟练的焊工施焊

5、焊工培训与焊工考试

由于每个工程所使用的钢材材质不同，结构的设计特点也不一样，现场开始焊接之前还需要针对工程的具体情况，对合格焊工进行培训并进行技术交底，让他们明白作业过程中必须遵守的焊接工艺，避免盲目作业造成质量事故。

6、本工程焊接要点

在焊接施工过程中，应注意以下作业重点：

⑴、天气条件

气体保护焊在风速超过2米/秒、手工电弧焊在风速超过8米/秒时，应采取良好的防风措施，防止焊缝产生气孔。遇有雨天时一般停止施工，若因进度要求需赶工时，除局部加热和防风外，焊缝必须在采取有效的防雨措施后才能施工。

⑵、焊前预热

焊前进行预热是防止层状撕裂的有效措施之一，预热温度一般控制在100～150℃，预热范围为焊缝区域100～150mm。

⑶、根据测量结果进行焊接

钢管对接总存在一定的对口错边误差可以利用焊缝收缩规则防止累积误差。

⑷、对称焊接

对称焊接指的两种方式，第一种对于同一环内网壳杆件的焊接，安排四组焊接人员成正交对称施焊，减少焊接变形产生的累积误差。第二种对于同一个节点处杆件的焊接，采取两名焊工对称进行焊接。注意同一根杆件的两端不允许同时进行焊接。

⑸、焊缝返修

返修焊缝的质量要求与原焊缝相同，返修焊缝的最小长度大于50mm。焊缝同一部位的返修次数不宜超过两次，超过两次以上的返修在查明原因后制定相应的返修工艺，返修工艺须经技术总负责人同意、监理工程师批准后才能实施。

■ 17 五、屋面系统安装方案

体育馆屋面采用TPO防水卷材屋面，屋面防水等级为一级，防水层合理使用年限为15年，TPO防水卷材屋面做法如下：

1、1.52mm厚白色防水卷材（三维聚酯纤维织物内增强型，最大拉力≧300N/cm，撕裂强度≧600N。）

2、防水透气膜：0.49mm纺粘聚乙烯和聚丙烯膜防水透气层（性能参数：不透水性＞150cm；拉伸强度，纵向＞315N/50mm、横向均＞270N/50mm。）

3、岩棉保温板:120mm厚，（双层错缝铺设，容重，180kg/m?；抗拉强度≧80Kpa；憎水率≧99%；体积吸湿率≤0.2kg/m?，保温板需使用专用的系统配件进行固定。）

4、隔漆膜：≧0.25厚聚烯烃涂层纺粘聚乙烯隔漆膜（性能参数：透水蒸汽性＜15g/㎡.24h；撕裂强度，纵向31N、横向30N）

5、0.80mm镀铝锌TRIMDECK压型钢板。

6、主次龙骨。

7、0.47mm镀铝锌TRIMDECK压型钢板，强度G550，勒高29mm。

8、25厚抗冷凝绝热植物纤维顶棚（外喷防水封闭剂）

■ 18 六、现场防火涂料涂装方案

本工程耐火等级二级，各构件耐火极限见下表：

构件名称

弦支穹顶杆件

耐火极限

1.0h

构件名称

局部桁架杆件

耐火极限

1.5h

拉锁、杆件、撑杆 1.0h 外桁架杆件 1.0h

所选用防火涂料的性能、图层厚度及质量要求应符合现行国家标准《钢结构防火涂料》GB14907和《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS24的规定，并应遵循消防管理部门对防火涂料的规定。

防火涂料施工工艺如下：

1、施工机具

重力（或喷斗）式喷枪，配能自动调压的0.6～0.9m3/min的空压机，喷枪口径4～6mm，空气压力为0.4～0.6Mpa.

2、施工方法

⑴、底涂层一般应喷2～3遍，每边间隔4～24h,待前遍基本干燥后在喷后一遍。头遍喷涂以盖住基底面70％即可，二、三遍喷涂每遍厚度以不超过2.5mm为宜。每喷1mm厚的涂层，约消耗1.2～1.5kg/m2。

⑵、喷涂时手握喷枪要稳，喷嘴与钢基材面垂直或成70度角，喷口到喷面距离为40～60cm，要求回旋转喷涂，注意搭配处颜色一致，厚薄均匀，要防止漏喷、流淌。确保涂层完全闭合，轮廓清晰。

⑶、喷涂过程中，操作人员要携带测厚计随时检测涂层厚度，确保各部位涂层达到规定的厚度要求。

⑷、喷涂形成的涂层面是粒状表面，当设计要求涂层表面要平整光滑时，待喷完最后一边应采用抹灰刀或其它适用的工具做抹灰处理，时外表面均匀平整。

⑸、面成涂料一般涂饰1～2遍，如头遍从左至右，二遍则从右至左，以确保全部覆盖住底涂层；对露天钢结构防火保护，喷好防火底涂层后，也可选用适合建筑外墙用的面层作为防水装饰层。

⑹、面层施工应确保各部分颜色均匀一致，接茬平整。

第三小节 钢结构施工过程仿真验算

■ 1 一、施工基本思路

依据设计文件、图纸以及相关技术要求，考虑结构的安全性、经济性和合理性，对中医药大学体育馆屋面网壳进行施工阶段进行仿真分析。

本次施工阶段仿真分析采用有限元分析软件“MIDAS/GEN” ，版本号为8.20。

■ 2 二、施工阶段验算的技术措施

1、设计规范

本工程所有设计图纸及技术要求均根据以下规范和标准：

(1)建筑结构可靠度设计统一标准

(2)建筑结构荷载规范

(3)钢结构设计规范

GB 50068-2001

GB50009-2012

GB50017-2003

(4)空间网格结构技术规程 JGJ 7-2010

(5)建筑结构设计术语和符号标准

(6)钢结构工程施工质量验收规范

GB/T50083-97

GB50205-2001

(7）钢结构施工规范 GB50755-2012

2、结构验算总控信息

结构在承载力极限状态和正常使用极限状态下应符合下列要求：

S ? R

式中 S – 荷载或作用效应，R – 结构抗力

1) 结构构件在正常使用极限状态下应满足下列公式的要求：

Sd? C

式中 S d – 荷载效应设计值 (如变形、裂缝等)

C – 设计对该效应的相应限值

2) 承载能力极限状态

1) 验算构件承载力极限状态时，对于非地震组合应满足：

?0S?R

式中 γ0 – 结构构件重要性系数

S – 荷载或作用效应组合设计值

R – 结构构件承载力设计值

2）对于抗震设计，构件的承载力应满足下列要求：

?RES?R

式中 γRE – 承载力抗震调整系数

S – 荷载或作用效应组合设计值

R – 结构构件承载力设计值

3、计算模型

考虑到计算量与计算效率的因素，在三维有限元整体模型中，需要按照真实结构中不同部分构件的位置及其功能，用不同单元类型进行模拟。在本工程中杆件根据具体受力情况和结构类型用梁单元来模拟。见下图：

结构模型

4、荷载和荷载组合

1）自重

钢结构自重由程序自动统计，结构自重×1.1来考虑节点重量。

2）风荷载

基本风压：0.35kN/m2 (n=10年)，地面粗糙度: B类。分项系数1.4，组合系数0.7。

施工时风荷载按照规范10年一遇大风取值，实际施工阶段要求不大于6级风（?0=0.1 kN/m2）。

■ 3 三、施工受力有限元分析

脚手架支撑点布置图