文档介绍：国家大剧院壳体测试方案
一、工程概况
国家大剧院位于工地中心的202区,由顶环梁、梁架(分长轴梁架和短轴梁架)、斜撑和环向连杆组成。
顶环梁呈椭圆形,长轴长约60m,短轴长约38m,由环形钢管、箱形梁和H型钢等构件组成;长轴梁架由H型钢拼焊而成;短轴梁架由60mm厚钢板拼焊而成。梁架呈中心对称辐射状放置。斜撑和连杆采用140~195mm直径的钢管制作。连杆呈水平环向布置,上下、里外共82道。
壳体结构具有以下特点:
(1)该壳体为超大型空间结构。结构体量巨大,,,。整个结构等壳体完全形成后,方为稳定的空间结构。所以保证施工阶段的结构稳定至关重要,特别是在卸载时。
(2)该壳体为非标准椭球体,且壳体内外两球面的曲面方程并不一样,所以施工中平面、空间定位测量难度大。
(3)壳体主要构件——梁架的平面外刚度极差,所以其吊装、搬运难度很大;另外,同类型构件数量少,对构件制作放样和安装顺序要求高。
(4)需要进行空间整体预拼装。
二、测试目的
为永久结构和临时结构的施工过程提供安全保障;
保证永久结构线形符合设计要求;
保证结构内力处于合理的状态;
使永久结构在施工完成后,处于健康状态;
为今后同类工程施工积累数据。
三、测试项目及内容
测试点项目包括:应力、变形(控制点的坐标)和温度。
1、应力测试
监测部分关键点位的应力,包括顶环梁、钢壳体和临时支撑。必须时时监测以保证结构安全,特别是在卸载过程中。
2、几何线形的测量
国家大剧院钢壳体的几何形状的准确定位是安装屋面板(特别是玻璃幕墙)的前提,是工程的关键;同时结构的变形是对内力影响非常关键的一个因素。在本测试方案中,主要选取对结构的内力造成较大影响的关键点位进行变形测量。通过对这些点的测量以研究结构变形对结构内力的影响规律。
3、环境因素测量
包括温度、风和雪荷载的测量。国家大剧院的钢结构壳体受外界环境影响较大,必须在施工中考虑这些因素影响。在本方案中,主要考虑温度的影响。
四、施工工艺流程
国家大剧院钢壳体是在三道临时支撑(S0、S1、S2都为网架结构)上安装完成的。其施工流程为:
混凝土圈梁的浇筑
首先浇筑钢壳体的永久支撑混凝土圈梁。
吊装顶环梁
在浇筑混凝土圈梁的同时,组装好顶环梁的临时支撑S0,以S0为操作平台,安装顶环梁。
临时支撑S1和S2的组装
梁架的吊装
梁架的吊装分四个工作面,八条工作线,从四个有斜撑区域开始,沿两边逐渐向钢壳体的长短轴方向合拢。每榀梁架分三段吊装,即首先吊装第一段,以混凝土圈梁和S1为支撑点,定位后,将梁架与圈梁连接;然后吊装第二段,以S1和S2为支撑点,定位后,将第一段与第二段焊接;最后吊装第三段,以S2和顶环梁为支撑点,定位后,焊接,即梁架、顶环梁和混凝土圈梁连接成整体。梁架的具体吊装顺序为:
同时吊装W18、W19、W56、W57,E18、E19、E56、E57,定位焊接后,焊接梁架间的水平杆;
在安装好上述八榀梁架后,每个工作面往长短轴方向各安装一榀,每一阶段共安装八榀,同时完成梁架间水平杆的焊接,即完成一个吊装阶段;
最后安装W37、W38,E37、E38及其之间的水平杆,壳体闭合。
每一个吊装阶段作为一个工况。
临时支撑的拆除
临时支撑的拆除采用分步下调支撑点的千斤顶,逐步拆除支撑的施工步骤。原则上先卸完S1,然后S0和S2间隔卸载。由于安装墙面玻璃还会产生变形,使环梁下降数厘米,S0在卸载后并不拆除,以保证安装玻璃幕墙时的工程安全。在分步下调过程中,一道支撑点下调作为一次大工况;由于一道支撑点整体同时下调在操作上无法实施,在施工中采取分步,即一次下调8个或16个点,每下调一次作为一次小工况。
五、壳体测量测试方案
(一)梁架应力测试
1、测点布置
其应力测点布置原则如下:
最大应力点;
应力变化较大的点;
施工关键节点;
反映环境影响特征的点;
根据现场施工环境,应力测点主要布置在钢壳体的西南1/4区域,共计20个测点左右。测点始终与数据采集系统联接,实时、全程监控应力和温度。测点的布置如附图所示:在梁架与混凝土圈梁交接处布置的应力测点,以监测这些梁架的整体应力变化状况;在梁架的临时支撑S1与S2及S2与S0的跨中再各布置一个应力测点,以监测该榀梁架局部应力变化情况;最后在顶环梁的中央点位置布置一个测点。由于所需检验的结构内力以轴力为主,应变计一般安装在构件腹板中部。
2、测试仪器的选择
本工程的测试拟采用振弦式应变计和数据采集仪组成的系统来测试、收集和整理数据。考虑到现场的变化因素及不可预见情况,同时准备一些应变片作补充。
(1)应变计选择
根据项目要求,须进行长期测试,因