1、江蘇某體育場鋼結構預應力施工方案主體育場位于*中心的中心位置，俯視平面為242m直徑的圓，建筑面積127982m2，約有6萬個席位。體育場共六層，無地下室，一層設有新聞媒體、賽事工作、運動員和設備用房等，二、四、六層為看臺和商業用房，三、五層為貴賓包廂。基礎為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，主體為現澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構，柱網尺寸為7320*14600mm。鋼結構屋蓋由V形支撐、跨度為360.06m南北走向的大斜拱及由多道平行的鋼箱梁形成的馬鞍形屋面罩棚所組成，罩棚的徑向長度為66m28m，覆蓋面積32000多平方米，最高點為拱頂，標高達65m。主拱架沿南北方向對稱布置，屋面系統東西、南北對稱。主拱

2、架為空間結構管桁架，支座距離360.06m，弧線長度約400m，單榀主拱重約1586t。主拱斷面為斜等腰三角形，4根主弦管布置于等腰三角形的三個頂點和底邊的中點。三角形斷面的底邊與地面夾角為45，腰與底邊夾角為33，地面與直徑為4000的大型鑄鋼節點球相貫。主拱頂點標高為65m，最大三角形斷面底邊主弦管的中心距為15m，高4.085m。主拱的主弦管為1000鋼管，壁厚有12、20、45和54，端部弦桿為600*60鋼管，腹桿有300600等多種規格。鋼管連接節點采用鑄鋼節點和相貫節點，兩榀主拱分別向東、西方向傾斜，支承在屋面箱型梁上。屋面系統由屋面梁、系桿、檁條等組成。每根屋面梁采用不同的箱型

3、斷面組合，最多為6個斷面組合，斷面寬度均為500mm，高度有1100、1400、1600、1800、2100幾種，腹板厚度為t=10、12兩種，翼緣板厚度有16、25、32、65、85五種。屋面梁最長約68m，最重約43t，標高為變化值。屋面梁一端支承在V形支撐上，另一端懸挑，通過屋面梁中間位置的連接桿件與主拱架下部主弦管相連。屋面梁之間有鋼管連系桿，兩個邊緣設置環型連系梁。安裝后的屋面梁和主拱互相依托，形成空間穩定體系。屋面梁上設置檁條托梁，屋面檁條為300*150*3，檁距最大1500。屋面板為聚合碳酸酯屋面板，主拱架上布置檁條，外包面板，其下段的屋面梁上設置裝飾材料。屋面設置內天溝，為集

4、中排水。另外，屋面梁和主拱架上設置電纜、橋架和檢修梯。支承屋面箱型梁的V形支撐設置在兩榀屋面梁之間，每個V形支撐有四根支撐鋼管，每兩根支撐鋼管支承一榀屋面梁，支撐鋼管管徑有500*16、35兩種，四根鋼管相貫在1000*50的半球支座上，支座通過地腳螺栓與預埋件連接。工程中應用了預應力拉索，每個V形支撐的后支撐鋼管內設有預應力拉索；屋頂南北面的箱型梁前沿之間設有懸索狀鋼管，鋼管內設48根17.5mm預應力拉索。1.預應力鋼結構概況南京*中心主體育場鋼結構中，預應力施工包括兩部分：屋頂南北面前沿懸索狀鋼管內的預應力筋束施工；每個箱形梁支座處的后支撐鋼管內的預應力筋束施工。由于預應力筋束施工是調節

5、和保證整個屋蓋結構體系能安全可靠承載的關鍵設計措施之一，因此其重要性可見一般。另外預應力束施工難度大，且穿插在土建施工和鋼結構施工中，需要多方密切配合，在正式施工前制定一個考慮周全、技術合理、措施有效、保證質量和工期的施工方案非常重要。1.1屋頂南北面前沿懸索狀鋼管內的預應力筋束屋頂南北面前沿懸索狀鋼管共兩根，每根懸索狀鋼管內布置4815.7預應力筋束。單根懸索狀鋼管長約133.85m，矢高4m，矢跨比1/33.46。其兩側斜管長約9.54m，單根鋼絞線總長約153m。懸索狀鋼管內預應力筋束總長：248153=14688m。預應力束采用無粘結鋼絞線，穿束后在相應混凝土梁上張拉、錨固，其施工難點

6、為：穿束路徑長，每延米重量大，因此難以采用常規方法人工穿束。與橫向箱形梁相交處懸索狀鋼管內設有加勁肋定位鋼管，在拼接處懸索狀鋼管內設有內襯管。加勁定位管和內襯管都將增大穿束的難度，且會摩損無粘結鋼絞線的PE塑料外套，影響預應力筋的耐久性。懸索狀鋼管與斜管之間存在較大的彎角，通長的預應力束難以在穿過。為保證懸索狀鋼管內預應力筋束存在一定的預應力，端部鑄鋼球節點以及節點下的豎向支撐將增加較大的豎向和水平向荷載。1.2每個箱型梁支座處V形撐的后支撐鋼管內的預應力筋束鋼屋蓋共有52個V形支撐柱支座，每個支座有兩根后支撐鋼管，后支撐鋼管內布置有123815.7預應力筋束，預應力筋見下表。后支撐鋼管預應力

7、筋根數表支 座ABCDEFG預應力筋根數32323832321818支 座HJKLMN預應力筋根數123222121212預應力束采用無粘結鋼絞線，下端錨固在支座下混凝土結構內，上端錨固在箱型梁上，其施工難點為：預應力束一端錨固在混凝土結構內，一端錨固在鋼結構上，因此預應力施工需穿插在土建施工和鋼結構施工過程中，需要多專業配合。預應力束需要穿過：混凝土梁或柱、支座半球、后支撐鋼管、鑄鋼球節點、箱型梁。構件種類多，節點復雜，難以穿束。后支撐鋼管斜向布置，其中心線的延長線不通過箱型梁頂面，預應力束需要在鑄鋼球節點內轉角通過。根據本工程鋼結構中預應力施工的特點和難點，經過仔細的分析和考慮，制定了以下

8、預應力施工初步方案。2.預應力束施工總體方案2.1屋頂南北面前沿懸索狀鋼管內預應力筋束施工總體方案預應力筋束通長布置，不分段。張拉端混凝土梁內埋設鋼管，并留設凹入梁端面的錨具放置空間。預應力筋分束，先用機械分束穿過懸索狀鋼管，再人工單根穿過兩端斜管。兩端同步張拉。鑄鋼球節點精心設計，內設類似于懸索橋橋塔頂部的索鞍座，使預應力束圓滑轉角，避免過大的摩擦損失。2.2“V”形支撐后支撐鋼管內的預應力筋束施工總體方案預應力筋束通長布置，不分段。一端張拉。錨固端設在樓面混凝土結構內，張拉端設在箱型鋼梁頂面上。錨固端混凝土結構施工時，采用無粘結筋錨固端常規施工方法，將部分無粘結筋埋設在混凝土結構內，固定端

9、錨具選用OVM15-1P擠壓錨。將支座半球穿過預應力束、焊接或螺栓固定。箱型鋼梁和鑄鋼球節點安裝就位。后支撐鋼管穿過預應力束安裝就位，同時預應力束穿過鑄鋼球節點和箱型鋼梁。鑄鋼球節點精心設計，內設鞍座和張拉座。張拉端錨具放置在張拉座上。3.屋頂南北面前沿懸索狀鋼管內預應力筋束施工初步方案3.1施工要點懸索狀鋼管內可能與預應力束接觸的加勁肋定位管和內襯管的周邊都做倒圓角。懸索狀鋼管與箱型梁相交節點內設置端口倒圓角的鋼管，預應力束從鋼管內穿過。無粘結筋PE塑料套適當加厚。48根預應力筋分成12束（每束4根），依次穿束。懸索狀鋼管與箱型梁相交節點一側的一段鋼管待穿束完畢后焊接。鑄鋼球節點的上半部分及

10、其兩側一段鋼管待穿束完畢后焊接。采用卷揚機和牽引用的鋼絲繩，將預應力筋束分束從懸索狀鋼管一端牽引至另一端，然后人工將單根鋼絞線彎曲依次穿過兩端斜管。在鑄鋼球節點內設置圓弧鞍座，使預應力筋束轉角圓滑過渡。見下圖。3.2施工順序懸索狀鋼管和相應的箱形梁，以及兩端鑄鋼節點和斜管安裝到位，但為方便穿束，留設部分后焊。預應力筋下料。預應力筋分束，放置在懸索鋼管一端。另一端牽引設備就位，將牽引鋼絲繩穿過懸索狀鋼管，與分束預應力筋端頭連接。開動卷揚機，開始穿束。當牽引頭到達懸索狀鋼管預留口時，人工輔助預應力筋穿過懸索狀鋼管與箱型梁節點處的定位鋼管。穿過懸索狀鋼管后，再人工將分束預應力筋單根穿入兩端斜管。下一

11、束預應力筋準備穿束。重復。全部預應力筋穿束完畢，錨固。鋼管和鑄鋼節點預留段（口）安裝，預應力束張拉。3.3施工流程懸索狀鋼管內預應力索施工流程見下頁。4.“V”形支撐后支撐鋼管內預應力筋束施工初步方案4.1施工要點預應力束施工穿插于土建和鋼結構施工過程中。土建施工階段先將預應力束錨固端埋入混凝土。錨固端采用擠壓錨，見下圖。后支撐鋼柱頂部1m段預留缺口，預應力筋束安裝到位后補缺。鑄鋼節點張拉座頂的箱型鋼梁翼緣待預應力筋束安裝到位后焊接。鑄鋼節點內設置鞍座，保證預應力筋束曲線流暢。見下圖。剖面示意圖預應力筋束一端張拉。張拉端設在鑄鋼節點張拉座上，封閉在箱型鋼梁內。4.2施工順序4.2.1土建施工過

12、程（1）土建施工中，預應力筋束下料，錨固端擠壓錨制作，埋入混凝土結構。（2）混凝土施工、養護。4.2.2鋼結構施工過程（1）支座半球穿過預應力筋束，固定就位。（2）箱型鋼梁和鑄鋼節點安裝到位。（3）后支撐鋼柱穿過預應力束，吊機輔助邊旋轉后支撐鋼柱，邊將預應力束導入鑄鋼節點。（4）預應力束安裝到位后，后支撐柱補缺，安裝前支撐柱。（5）預應力束張拉完畢后焊接張拉座頂面箱型梁翼緣。4.2.3施工流程“V”形支撐后支撐鋼管內預應力筋束施工流程見下頁。5.鑄鋼節點設計鑄鋼節點既是拉索角度發生變化處，也是多根桿件交匯點。其荷載既有支柱產生的支座反力，還有預應力束轉角產生的巨大等效荷載，節點應力復雜，受力分

13、析和設計十分重要。5.1鑄鋼件的機械性能根據投標結構施工圖要求節點為鑄鋼節點，鑄鋼材料參照德國規范DIN17182，材質參照Z20-Mn5鑄鋼，現根據招標圖紙進行節點部位細化設計。 鑄鋼件的機械性能表 表1.1-1牌號屈服強度（N/mm2）抗拉強度（N/mm2）延伸率（%）含碳量（%）合金含量Mn(%)Si(%)Z20-Mn5230450220.150.181.01.30.65.2鑄鋼球節點的關鍵設計條件預應力束在鑄鋼節點處轉角，張拉預應力束會在該處產生很大的預應力損失，為了減小損失，應當在轉角處設置圓弧過渡的鞍座。鞍座下設置鋼板加勁肋，鞍座轉角半徑以鋼絞線最小出廠盤徑800mm為限值；將荷載

14、作用在節點各肢桿的端面上（初步考慮相連接的鋼管截面應力120MPa），預應力鋼絞線拉力按照0.2con在轉角處產生等效荷載轉化到圓弧鋼鞍座上的等效應力計算，進行支座節點分析和設計，并保證有足夠的安全度；根據鑄造廠的熔煉能力，鑄造節點的重量應控制在2.5噸左右，且為方便造模時取模方便，在滿足使用要求的前提下，肢桿應越短越好。5.3各支座節點有限元分析均按照以下計算參數和要求根據節點設計尺寸，建立節點空間三維模型作為計算模型。面荷載和約束：在圓弧鞍座內表面和肢桿端面施加面荷載，位移約束加在人之形支撐柱截面上。單元類型：選擇四面體結構實體單元Solid45，該單元有8個結點，每個節點有3個線位移自由

15、度，非常適合于不規則實體的單元劃分。見四面體結構實體單元Solid45圖。四面體結構實體單元Solid45圖材料本構關系采用理性彈塑性模型，屈服準則為Von Mises準則。材料彈性模量E=2.06105N/mm2，泊松比=0.3，計算時屈服強度fy取200N/mm2。網格劃分：按照Smartsize尺寸等級5劃分實體單元。通過有限元分析獲得節點的荷載-位移曲線，從中確定極限承載力，其中有限元分析考慮節點的幾何非線性和材料非線性。5.4鑄鋼節點空間幾何尺寸設計鑄鋼節點的基本尺寸為：根據設計院提供的節點軸線圖，各肢桿中心線相交于節點球心。節點肢桿和相應桿件間為對接熔透焊縫，因此各肢桿在端面做適當

16、坡口。為避免鑄鋼節點轉角處產生過大的應力集中，因此節點轉角均圓滑曲面過渡。根據支座節點關鍵設計條件，按照設計院提供的各管件在支座處的空間位置關系，我們初步設計了一種半空心鑄鋼節點，并用有限元軟件ANSYS分析了該節點形式在節點荷載條件下的應力情況。5.5懸索狀鋼管鑄鋼球節點設計懸索狀鋼管預應力束，在鑄鋼球節點處轉角達40。該鑄鋼節點與懸索鋼管、下部兩根人字型鋼管支柱以及斜管剛結。為了能順利將預應力束從懸索狀鋼管引入斜管，應當在鑄鋼節點上部留有一定的操作空間，可以在不影響球節點整體性的前提下將鑄鋼球節點分成兩部分制作：主體球冠與鞍座整體澆鑄，封頂球冠等穿束完畢后和主體球冠焊接；鞍座曲面圓滑，下設

17、加勁肋。鞍座長1000mm，內徑250mm，轉角半徑900mm，中心線和預應力束延長線相切；加勁肋鋼板厚30mm，分縱橫向布置，縱向3塊，間距40mm，橫向四塊，間距150mm。（1）懸索狀鋼管鑄鋼節點有限元分析鑄鋼節點實體模型由于外載是沿鑄鋼節點肢桿截面均勻分布的，故在有限元模型中各肢桿端面未削坡口，有限元實體模型見下列視圖。懸索狀鋼管鑄鋼節點實體模型正視圖實體模型側視圖實體模型底視圖實體模型剖面圖鞍座模型側視圖半空心鑄鋼節點有限元計算模型有限元計算模型圖鑄鋼節點有限元計算結果分析鑄鋼節點的單元等效應力（SEQV）、結點等效應力以及荷載-位移曲線見下列圖。鑄鋼節點剖面單元等效應力圖鑄鋼節點剖

18、面結點等效應力圖鑄鋼節點荷載-位移曲線圖5.6“V”形支撐后支撐柱鑄鋼節點后支撐柱預應力束，在鑄鋼球節點處轉角達55。該鑄鋼節點與箱型梁、后支撐柱以及環梁連接。為了能順利將預應力束從后支撐鋼柱引入箱型梁，應當在鑄鋼節點內設置鞍座，鞍座曲面圓滑，下設加勁肋。鞍座長900mm，內徑200mm，轉角半徑800mm，中心線和預應力束延長線相切；加勁肋鋼板厚30mm，分縱橫向布置，縱向3塊，間距40mm，橫向四塊，間距150mm。（1）鑄鋼節點有限元分析鑄鋼節點實體模型由于外載是沿鑄鋼節點肢桿截面均勻分布的，故在有限元模型中各肢桿端面未削坡口，有限元實體模型見下列視圖。實體模型正視圖實體模型側視圖實體模

19、型底視圖實體模型剖面圖半空心鑄鋼節點有限元計算模型有限元計算模型圖鑄鋼節點有限元計算結果分析鑄鋼節點的單元等效應力（SEQV）、結點等效應力以及荷載-位移曲線見下列圖。鑄鋼節點剖面單元等效應力圖鑄鋼節點剖面結點等效應力圖鑄鋼節點荷載-位移曲線圖5.7結論鑄鋼節點計算結果：鑄鋼節點計算結果表鑄鋼節點體積（m3）重量（t）單元SEQV（N/mm2）結點SEQV（N/mm2）安全系數MinMaxMinMax懸索狀鋼管0.3182.4780.1116.91.0118.32.5箱型梁后支撐柱0.2331.830.1173.20.13173.12鑄鋼節點安全系數約22.5倍，滿足工程要求。懸索狀鑄鋼節點最

20、大拉應力出現在鞍座邊緣以及鋼板加勁肋和鑄鋼球內壁相交處；箱型梁后支撐柱鑄鋼節點最大拉應力出現在后支撐柱與環梁鋼管交匯處。為避免局部應力集中，實際鑄造中鑄鋼節點斷面轉角以及各構件相交處應圓弧過渡，防止在轉角處應力集中。建議鞍座上表面設置四氟乙烯滑動墊層，防止預應力束表面PE塑料外套損傷。6.預應力施工組織管理6.1預應力施工進度安排按照工程進度計劃的要求并結合本分項工程的工藝特點安排本分項工程的施工進度計劃，確保工程總進度計劃的實現。預應力分項工程施工穿插于土建施工和鋼結構安裝工序中，為保證工期和質量、土建、鋼結構、預應力施工單位密切配合。鋼結構安裝到位后，盡快張拉預應力筋，以保證鋼結構支撐拆除

21、。6.2預應力施工組織管理體系6.3預應力施工主要設備序號設 備 名 稱單位數量1ZB-500/400高壓油泵臺42千斤頂（32t、150t、250t）臺63卷揚機臺24定滑輪個105電焊機臺66砂輪切割機臺27角向磨光機臺48擠壓機臺29接線盤個610葫蘆個86.4預應力施工質量管理6.4.1質量檢查程序6.4.2質量保證程序6.4.3質量管理流程6.4.4質量保證措施（1）采購物資的質量保證：總則A、采購物資時，須在確定合格的分供方廠家中進行采購，所采購的材料、設備必須有出廠合格證、材質證明和使用說明書，對材料、設備有疑問的禁止進貨，材料進貨要對材料質量、規格、性能、服務及價格進行多方面的

22、考察或試驗后確定。B、加強質量檢測，采購物資要根據國家、地方政府主管部門的規定、標準、規范及合同規定要求，按經批準的質量計劃要求進行抽樣和試驗，并做好標記，當對其質量有懷疑時應加倍抽樣或全數檢驗，嚴把質量關。對預應力材料的具體要求A、預應力鋼絞線a、采用1860級低松弛高強鋼絞線，使用時應有生產廠家的質量保證書，鋼絞線的質量驗收參照國家標準。按規定進行力學性能檢查鋼絞線的屈服強度、破斷強度、伸長率，應滿足規范要求方能使用。b、應分批進場，進場后現場儲存應架空堆放在有遮蓋的棚內，最好堆放在倉庫內。c、預應力鋼絞線進場驗收，按預應力混凝土用鋼絞線（GB5224-1995）標準規定的要求在制作前作隨

23、機抽樣，其抗拉強度：fptk1860N/mm2,延伸率：d6003.5%。錨具按中華人民共和國國家標準（GB/T14370-2000）的要求，.錨具效率系數a0.95，試件破斷時的總應變u2.0。d、下料前應現場檢查孔道的實際長度以校核下料長度，以保證下料長度的準確。e、鋼絞線用砂輪切割機切斷，任何場合嚴禁用電弧焊熔斷。B、預應力錨具錨具采用夾片錨，錨具進場時應有生產廠家出廠合格證明。現場應堆放在干燥場所。硬度檢查應滿足要求，錨固性能應達到類錨具的要求，即其錨固效率系數:a0.95，極限拉力時的總應變:apu.2.0%，合格后方可應用。（2）機械設備保證：針對工程的需要配備了足夠的施工機具及設

24、備，所有的機具設備均有專人負責維護和保養，使之始終處于良好狀態。所有的機具設備均由計量員負責其計量的管理。張拉設備在使用前進行標定，并在施工中定期校正。千斤頂和壓力表應配套校驗、配套使用，有效期為半年。壓力表宜用精度為0.4級的標準(精密)壓力表。張拉時錨具回縮值宜控制在5mm左右。（3）其它協作分項工程的質量保證：土建和鋼結構工程施工質量將直接影響到預應力施工，因此應積極作好預應力施工與它們間的互相協調配合，同時加強相互監督。（4）材料和成品保護1）預應力筋下料場地平整，無積水，無污物。2）預應力筋下料后應盡快穿束，預應力筋嚴禁運輸設備碾壓，嚴禁人員任意踩踏。3）預應力筋穿束前，應將表面污物擦凈。4）預應力筋穿束后，鋼結構補缺時應墊內襯板，防止焊渣損傷預應力筋。5）預應力筋張拉結束后，端頭應盡快封閉，防止撞擊