淺析電子科技大學清水河校區體育館屋蓋預應力施工

高 博

(四川省晟茂建設有限公司，四川成都610045)

1 體育館工程概述

1.1 體育館建筑工程概況

電子科技大學清水河校區體育館由東南大學建筑設計研究院設計，施工總承包由四川省晟茂建設有限公司承擔。該館位于成都市高新西區電子科技大學校園內，總建筑面積23 852m2，鋼筋混凝土結構，輪輻式張弦梁結構屋面，抗震設防烈度7度。比賽館總座席數為7 439個(圖1)。

圖1 體育館南立面效果圖

1.2 體育館鋼結構概況

屋蓋為輪輻式張弦梁結構，下弦為預應力拉索，上下弦通過豎向撐桿支撐組成張弦梁結構，屋蓋徑向共布置30榀張弦箱型梁，屋蓋中央設剛性環連接各張弦梁，作為30榀張弦梁端部拉索的節點。屋蓋跨度為100m，張弦梁上弦為箱型截面，下弦為預應力拉索(圖2、圖3)。

圖2 體育館屋蓋結構圖

2 體育館工程施工難點分析

本工程結構為輪輻式張弦梁，總共30榀張弦梁，每榀都被中央剛性環從張弦梁的中點處斷開，其中上弦桿連貫，但下弦拉索分成兩段。

圖3 中央剛性環圖

考慮到高空穿索難度大，且安全上存在諸多不確定因素，因此施工時應盡量減少高空穿索的時間、降低其施工難度。這里原則上采用內環張弦梁整體吊裝的施工工藝，其中下弦拉鎖及吊掛柱在內環張弦梁剛剛脫離地面時穿好，用手拉葫蘆進行調整、固定，張弦梁安裝到位后，下弦拉索安裝僅在兩端頭進行精確調整即可。

3 體育館預應力施工專項技術

3.1 拉索、錨具等構件的選擇

(1)張弦梁拉索采用OVM系列的PES5－199拉索，鋼絲束面積為3 905mm2，鋼絲束直徑為77mm，鋼絲束理論重量為30.7kg/m，破斷荷載為6 525kN，含雙層拉索直徑為93mm。拉索采用高強度鋼絲束，抗拉強度≥1 670MPa，松弛率≤2.5%，屈服強度≥1 410MPa，彈性模量E=(1.95～2.1)×105MPa。

(2)錨具采用與此拉索配套的冷鑄錨系列，編號為OVMLZM5－199。

(3)張弦梁撐桿端部采用銷栓連接，銷栓采用40Cr鋼材，銷孔直徑比栓徑大0.5mm，銷栓采用精加工制作。

3.2 張弦梁預應力施工難點及相應對策

3.2.1 張弦梁吊裝和下弦拉索穿索方式

本工程結構為輪輻式張弦梁，總共30榀張弦梁，每榀都被中央剛性環從張弦梁的中點處斷開，其中上弦桿連貫，但下弦拉索分成兩段。在這種情況下，張弦梁只能分段吊裝，且拉索必須在高空進行安裝。

高空穿索不僅對操作人員具有安全性的影響，同時較地面穿索而言，牽引設備的使用效率會降低，拉索的提升也會影響施工進度，大型吊機全過程參與穿索施工會產生較多的施工費用。

因此，提出在屋蓋外圍環梁支座處搭設施工平臺，拉索在地面展開，并完成索夾安裝，由葫蘆提升將拉索與中央剛性環的安裝完成，再通過多臺葫蘆和牽引裝置連接拉索與外圍環梁，最后安裝索夾，完成穿索施工。

3.2.2 檁條和支撐安裝時機

檁條通過高強螺栓與張弦梁相連。檁條可在張弦梁張拉前安裝，也可待張拉后再安裝，兩者各有優缺點。

若檁條在張弦梁張拉前安裝，則檁條兩端的高強螺栓孔距離不受張拉的影響，檁條易于安裝，且張拉時張弦梁的穩定性更加容易保證，但中心支撐胎架荷載較大，拉索張拉力增大，另外也會增加張拉時相鄰張弦梁間存在相互影響。

若檁條在張弦梁張拉后安裝，則支撐胎架荷載較小，拉索張拉力小，相鄰張弦梁間不存在相互影響，但檁條兩端高強螺栓孔的距離受張拉的影響，相對來說檁條較難安裝。

根據對比分析，得到張拉過程各榀張弦梁水平位移較小的特點，同時為了保證張拉過程的整體穩定性，確定支撐在張拉前先安裝，檁條在張拉后再安裝。

3.2.3 索力均勻性

本工程拉索為圓弧形，且在中央剛性環處斷開，設計要求拉索張拉要保證各索段索力均勻。顯然，與一般張弦梁不同的是，同一榀張弦梁拉索的索力易出現索力不均勻的可能性。因此，本工程采用30榀張弦梁同步分級張拉的施工方案，并且每一級張拉階段都要以索力值為控制指標(最后一級同時考慮索力值和監測點位移值為控制指標)。

3.3 張拉方案

將30榀張弦梁分成三組，每組10榀。施工中，先張拉第一組至第一階段完成，第一階段以張弦梁脫離胎架的臨界點為完成標志，經計算，該臨界點約為初始張拉力的72%左右。隨后對第二和第三組進行第一階段拉索張拉施工。第二階段張拉先對一組進行初始張拉力72%→90%的拉索張拉，再輪換至第二組進行同樣的施工操作，直至三組全部張拉至90%的張拉力。最后再進行一次循環施工，拉索張拉至張拉力的105%(超張拉5%)，施工完成。

本方案在確保不同組張弦梁進行拉索張拉施工時對相鄰組張弦梁的影響最小的前提下，最大限度的降低了施工周期。共需投入10臺千斤頂施工，但張拉次數減少為9次，施工周期短，施工質量控制較好。

3.4 拉索張拉控制原則

張弦梁張拉控制的原則一般分為力和形兩部分，其中力主要為索力，形主要為梁的矢高和跨度等。

拉索一次張拉時分為兩個階段共5級:0→25%→50%→72%為第一階段，72%→90%→105%(超張拉5%)為第二階段;其中0→25%→50%→72%→90%以控制索力為主，而90%→105%(超張拉5%)則根據結構變形情況對索力進行調整，以控制變形為主。

3.5 預應力索安裝流程如下

(1)安裝中心環結構，(2)吊裝張弦梁及拉索，(3)張拉拉索，結構成形，(4)拆除支撐胎架，(5)安裝屋面系統。

4 預應力施工全過程分析及監測

4.1 預應力施工分析的過程

根據施工方案，跟蹤施工全過程，分析結構的關鍵響應隨施工過程的變化數據。

按照以下11步進行施工過程分析:

(1)搭設支撐架，結構的構件安裝就位;(2)張拉第一組拉索，張拉分3級加載，按張拉值分別為初始張拉力的25%、50%、72%;(3)張拉第二組拉索，張拉分3級加載，按張拉值分別為初始張拉力的25%、50%、72%;(4)張拉第三組拉索，張拉分3級加載，按張拉值分別為初始張拉力的25%、50%、72%;(5)張拉第一組拉索，張拉值為初始張拉力的90%;(6)張拉第二組拉索，張拉值為初始張拉力的90%;(7)張拉第三組拉索，張拉值為初始張拉力的90%;(8)張拉第一組拉索，張拉值為初始張拉力的105%;(9)張拉第二組拉索，張拉值為初始張拉力的105%;(10)張拉第三組拉索，張拉值為初始張拉力的105%，結構成形;(11)安裝屋面系統和永久性馬道，屋蓋成形。

4.2 單榀張弦梁的張拉

單榀張弦梁張拉過程中狀態變化曲線見圖4。

圖4 豎向位移和滑動支座水平位移變化曲線

[1]GB T18365－2001斜拉橋熱擠聚乙烯高強鋼絲拉索技術條件[S］

[2]CJ/T3078建筑纜索用高密度聚乙烯塑料[S］

[3]CJ3077－1998建筑纜索用鋼絲[S］

[4]CECS:2006預應力鋼結構技術規程[S］