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  • 池州市體育館大跨度異型鋼結構屋蓋施工關鍵技術

    發布時間:2012-07-02    瀏覽次數:12577
    字號:T|T

    、成果的主要用途、技術原理

    現代化大型體育建筑是國家及地區的標志性建筑,對城市發展起到巨大的推動作用。池州市體育館的建成不僅為市民提供了一個完善的體育設施和健身娛樂場所,也有效地拓展了城市發展的空間,對我國沿江城市群實現跨越式發展具有重要意義。

    池州市體育館項目總投資1.95億元,占地面積150畝,建筑總面積3.027萬平方米,建設高度32.8米。比賽場館底座直徑126米,館內觀眾區直徑84米,觀眾座位5000個。場館按照國家有關體育館建設標準和設計要求建造,功能齊全,是安徽省同類體育館中功能最齊備的場館之一,既可滿足舉辦國際、國內單項體育比賽要求,亦可服務于群眾文化娛樂休閑健身、大型綜合文藝演出、集會和商貿展覽。我國的佛教圣地“九華山”坐落在池州市,池州市體育館的建筑設計充分體現了地方文化特色,建筑造型為九朵花瓣的“水中蓮花”,周圍映襯水景景觀,宛如一朵含苞欲放的出水芙蓉,傲然獨立于水中央,寓意江南水鄉和蓮花佛國,見圖1。

    圖1

    池州市體育館為我國第一個采用花瓣型梁和曲面網架相結合的大跨度異型鋼結構(見圖2),建筑造型新穎,結構獨特,受力復雜,主要包括三部分:內部建筑為鋼筋混凝土框架結構承重體系,外部建筑為花瓣型鋼構和玻璃幕墻組成的鋼殼體結構,屋蓋為球型空間網架結構。鋼結構工程的主體結構豎直投影為正圓形,最大直徑126m。

    圖2

    鋼結構施工是建筑施工的主要組成部分,具有很強的專業性,復雜鋼結構的成型過程是通過制作、吊裝、高空拼裝、焊接等一系列技術與管理措施,使準結構逐漸集成并形成最終結構的過程。因此,對于鋼結構施工技術的研究歸納起來就是對集中過程各個環節的研究和控制,并加以一些必要的輔助手段。

    該工程基于現代鋼結構施工新技術手段,按照大跨度異型鋼結構屋蓋施工工藝的劃分,分別進行了花瓣型梁和曲面網架的設計、制作、安裝、焊接、栓接、計算機動態控制、施工監測和質量檢測等技術的研究與應用,形成了大跨度異型鋼結構屋蓋的制作關鍵技術、拼裝關鍵技術、結構變形控制關鍵技術、施工監測技術等成套技術。為同類型復雜鋼結構施工提供參考和科學依據。

    1、大跨度異型鋼結構屋蓋的制作關鍵技術:針對大跨度花瓣梁、曲形方管和空間網架構件制作的復雜程度,利用企業自主研發的焊接工藝及控制焊接變形技術、VSR消減殘余應力技術、厚度窄坡口焊接工藝技術、建筑鋼結構壓力埋弧焊接技術等,成功攻克了曲型管構件、花瓣型梁和球型網架鋼構件加工和制作等技術難題。

    2、大跨度異型鋼結構屋蓋的拼裝關鍵技術:研究大跨度花瓣型梁的拼裝技術,較好地解決了花瓣型梁和曲型環梁的吊裝就位、花瓣方鋼管空中焊接、花瓣梁成型安裝精度控制等技術難題。研究了大跨度空間半球型網架的拼裝技術,有效地解決了多支點網架的支座精確安裝技術、網架螺栓球和焊接球節點的混裝技術、球形網架變形控制和定位技術等技術難題。拼裝精度和工程質量滿足國家規范要求。

    3、大跨度異型鋼結構屋蓋的變形控制關鍵技術:針對由弧形花瓣梁和曲型方管組成的大跨度異型鋼結構,以及由焊接球網架、螺栓球網架組合拼裝的空間半球形網架結構的施工特點,提出合理的施工順序和變形控制方法,綜合考慮了各施工工序對結構變形和應力的影響,解決了弧形花瓣梁、半球形網架施工過程中構件變形的控制和安裝精度的控制難題。

        4、大跨度異型鋼結構屋蓋的施工監測技術:通過施工階段的結構安全計算、施工控制技術、施工監測技術等時時監控手段,借住先進的監控設備和儀器,監測施工階段大跨度異型鋼結構花瓣型梁和網架的變形和應力,提供詳實測試數據給施工單位,以便準確、合理地將大跨度異型鋼結構花瓣型梁和網架構件與基礎預埋件連接以及空中拼裝。

    、關鍵技術和創新點

    工程項目組針對大跨度異型鋼結構屋蓋的施工技術進行了系統研究,提出了具有創新性的成套施工技術和創新點:

    1、提出了大跨度異型鋼結構屋蓋施工成套技術,針對由弧形花瓣梁和曲型方管組成的大跨度異型鋼結構,以及由焊接球網架、螺栓球網架組合拼裝的空間半球形網架結構的施工特點,提出合理的施工順序和變形控制方法,綜合考慮了各施工工序對結構變形和應力的影響,解決了弧形花瓣梁、半球形網架施工過程中構件變形的控制和安裝精度的控制難題。

    2、研究了大跨度異型鋼結構屋蓋制作的成熟關鍵技術,成功攻克了曲型管構件、花瓣型梁和半球型網架鋼構件加工和制作等技術難題。

    3、研究了大跨度異型鋼結構屋蓋的拼裝技術,較好地解決了花瓣型鋼梁和曲型環梁的吊裝就位、花瓣方鋼管空中焊接、花瓣成型安裝精度控制等技術難題。

    4、研究了大跨度空間半球型網架的拼裝技術,有效地解決了多支點網架的支座精確安裝技術、網架螺栓球和焊接球節點的混裝技術、球形網架變形控制和定位技術等技術難題。

    5、提出了大跨度異型鋼結構屋蓋的施工監控技術,包括施工階段的結構安全計算、施工控制技術、施工監測技術等。

    、成果與國內外已有同類先進技術全面對比情況

    成果水平:   A   國際領先       B   國際先進

    C   國內領先         D   國內先進

        1、結構形式與國內外同類的比較

    池州市體育館是我國第一個采用花瓣梁和曲面網架相結合的大跨度異型鋼結構,建筑新穎,結構復雜,主要包括:內部建筑為鋼筋混凝土框架結構承重體系,外部建筑為花瓣梁和玻璃幕墻組成的鋼殼體結構,屋面為半球型空間網架結構。主體鋼結構豎直投影為正圓形,最大直徑126m。目前國內外尚缺乏此類大跨度異型鋼結構工程范例。

        2、施工新技術與國內外同類的比較

    1)提出了大跨度異型鋼結構花瓣梁和曲面網架屋蓋的制作成熟關鍵技術,成功攻克了曲型管構件、花瓣梁和球型網架鋼構件加工和制作等技術難題,該制作方法在國內較少見。

    2)模擬大跨度異型鋼結構花瓣梁現場拼裝全過程,實現施工臨時支撐、結構、機械等協同工作,較好地解決了花瓣梁和曲型環梁的吊裝就位、花瓣方鋼管空中焊接、花瓣成型安裝精度控制等技術難題,該方法在國內還未見有報道。結合本工程特點,用60T16T汽車起重機相結合對曲型花瓣梁吊裝,最重鋼架為3.5t;采用倒鏈配合方式進行吊裝,一方面調整鋼架安裝位置,另一方面防止鋼架扭曲變形。

    3)安裝精度控制是大跨度空間半球型網架施工控制的難點之一。該網架為球殼形圓弧網架,半徑為41.55m,支承于圓周D23.6m標高上,網架矢高5m,由焊接球節點和螺栓球節點組成。采用高空散裝法安裝工藝和特設支撐體系,有效地解決了多支點網架的支座精確安裝技術、網架螺栓球和焊接球節點的混裝技術、球形網架變形控制和定位技術等技術難題。該安裝新技術應用較少見。

    4)利用先進的施工監控技術和數值仿真模擬,對大跨度異型鋼結構花瓣梁和曲面網架屋蓋施工階段的關鍵部位應力和變形, 進行時時監控。目前尚無此類結構的監控測試數據和經驗。

    、已應用、推廣情況及推廣前景

    工程項目組進行了大跨度異型鋼結構花瓣梁和曲面網架屋蓋施工的系統研究,針對此類復雜鋼結構的施工特點,提出了合理的施工順序和變形控制方法,綜合考慮了各施工工序對結構變形和應力的影響,解決了弧形花瓣梁、半球形網架施工過程中構件變形的控制和安裝精度的控制難題。該研究可推廣用于大跨度異型鋼結構花瓣梁和曲面網架屋蓋的施工控制。

    提出了大跨度異型鋼結構花瓣梁和曲面網架屋蓋的制作成熟關鍵技術,包括曲型管構件、花瓣梁和球型網架鋼構件加工和制作等關鍵技術,對類似的大跨度鋼結構制作有推廣價值。

    提出了大跨度異型鋼結構花瓣梁和曲型環梁的吊裝就位、花瓣方鋼管空中焊接、花瓣成型安裝精度控制等關鍵技術,為類似的大跨度鋼結構安裝提供參考。

    采用高空散裝法安裝工藝和特設支撐體系,有效地解決了多支點網架的支座精確安裝技術、網架螺栓球和焊接球節點的混裝技術、球形網架變形控制和定位技術等技術難題,為類似的大跨度空間網架結構的精確安裝提供參考。

    提出了大跨度異型鋼結構花瓣梁和曲面網架屋蓋的施工監控技術,對鋼結構施工全過程進行監測,可推廣于大跨度、大面積復雜空間鋼結構中。這一系列創新性的施工技術提升了我國在大跨度復雜鋼結構領域的施工技術水平,展現自主創新精神,并為今后同類工程提供技術儲備。

    、經濟及社會效益情況

    1、經濟效益:

    通過優化加工、焊接、拼裝工藝,優化連接構造,合理利用不同截面形狀鋼結構材料,節約工程造價35萬元。通過施工方法優化,創新性采用合理的大跨度花瓣型鋼構安裝新技術,節約支撐系統用鋼量35t,合計21萬元。通過優化空間網架施工工藝,采用高空散裝法安裝工藝和特設支撐體系,有效地解決了多支點網架的支座安裝精度、網架螺栓球和焊接球節點的混裝精度、球形網架變形控制和定位精度,降低結構用鋼量18t,合計10萬元。同時,通過對結構的長效監測,確保施工質量和使用階段的結構安全,可產生長期的經濟效益。

    對于業主和施工單位,本工程均有可觀的經濟效益。

    2、社會效益:

    池州市體育館是安徽省沿江城市帶池州市重點文化項目,也是我國第一個采用花瓣梁和曲面網架相結合的大跨度異型鋼結構,建筑新穎,結構復雜,為獨特的混合鋼結構體系。主體鋼結構豎直投影為正圓形,最大直徑126m,目前國內尚無此類新型鋼結構。

    采用先進的工藝和合理的控制方法,使國內第一個采用花瓣梁和曲面網架相結合的大跨度異型鋼結構能夠高效、安全的順利完成,對此類新型大跨度鋼結構施工全過程的研究和監控,為今后類似工程的實施提供了思路和參考的方法。

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