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浅议膜结构看台张拉方案的比选

  前文我们了解到某体育场膜结构看台4种张拉方案的索力发展历程互有区别,但是由于索长和环梁位形是确定的,所以张拉成型状态的索力相当接近设计值。这也说明了定尺定长设计与施工的技术是有益的。在这一技术的基础上,无论采用何种张拉方案,只要能够保障张拉过程中构件受力均处于弹性阶段,均能够达到设计的初始预应力。

  为达到张拉过程中拉索、刚性构件以及节点受力变化均匀平缓,不出现过大的峰值,并且在张拉过程中尽量保持在低应力状态的时间长,高应力状态时间短等目标,以该体育场原型结构为研究对象,对上述4种张拉方案、二次张拉上径向索方案以及间隔3榀和间隔8榀张拉径向索方案进行了比选。二次张拉上径向索方案是∶在飞柱、下环索和下径向索安装上后,并不将上径向索张拉到设计长度并与环梁节点板相连,而是保留一定长度的牵引索(本文计算中保留lm长的牵引索)拉住上径向索。此时开始张拉下径向索,并将其与环梁节点板相连,然后再次张拉上径向索,直到将上径向索连接到环梁上。

  通过比较膜结构看台张拉径向索、顶升飞柱、张拉环索以及二次张拉上径向索等4种方案对于张拉径向索所用千斤顶吨位的要求。其中,顶升飞柱方案中飞柱被顶升了3m;张拉环索方案中环索张拉量为lm。从分析得出,二次张拉上径向索方案对于上径向索千斤顶吨位的要求是180OkN以上;其他3个方案对张拉上径向索的千斤顶吨位的需求较为接近,都在1000kN以下。

  对于张拉下径向索的千斤顶吨位的需求∶张拉径向索方案较高,需3600kN;张拉环索方案次之,需2600kN;顶升飞柱方案再次之,需2300kN;二次张拉上径向索方案对干斤顶吨位要求较低,只1800kN。

  总之,该膜结构看台二次张拉上径向索方案对张拉径向索的千斤顶吨位的要求是较低的。但是实际施工时,要将上径向索临时固定、拆卸和重新安装千斤顶,施工操作较为繁琐,是其不足之处。

  顶升飞柱方案用较小的力将飞柱从安装时的长度顶升到设计长度,使得受力较大的拉索同时达到设计预应力值,在力学上是比较理想的。制约该方案在实际工程中应用的主要因素,是飞柱上下段的连接构造较为复杂,不但要能够符合设计状态下受力的要求,还要能够方便地实现“顶升”这一操作,格外是不能影响飞柱的建筑成果。

  张拉环索方案没有像顶升飞柱方案那样对构件设计提出过多的要求。在某些情况下又可能比张拉径向索方案越加节省费用。如该体育场膜结构看台张拉径向索方案需要至少36组3600kN以上的千斤顶。如果环索的张拉量是lm,则该方案中张拉径向索时只要36组2600kN的千斤顶就可以实现。如果由此省下的费用大于张拉环索这步操作的费用,那么这种方案的经济性便会越好。