全張力結構—索桁架施工實踐

韓林福 劉衛兵 徐敏嘉 楊 旭

(1.常熟市眾聯建筑工程咨詢有限公司，江蘇常熟 215500;2.南京東大現代預應力工程有限責任公司，江蘇南京 210018)

1 工程概況

樂清體育中心體育場結構主體為鋼管混凝土環梁和斜柱形成的錐面網格結構，屋面采用彎月形非封閉空間索桁體系覆蓋PTFE膜材，體育場南北長約229 m，東西寬約211 m，柱頂標高為42 m，最大懸挑端跨度約57 m。該結構體系主結構主受力索為上下弦索和環索構成的三角或交叉索桁架，在主結構的基礎上，增加了膜面次構，包括膜面二鉸拱和環向構造索(見圖1)。

屋面主結構由上弦索、下弦索、吊索、環索、壓桿、上下環梁及斜柱構成(見圖2)，是典型的雙層懸索結構。

圖1 體育場主結構

拉索主要采用95%鋅+5%鋁的混合稀土合金(Galfan)鍍層的光面鋼絲束索，局部少量采用鋼拉桿;壓桿則采用圓鋼管。

2 總體施工方案

圖2 索桁架各構件

1)在支撐架上拼裝外環剛構，包括斜柱、環梁以及斜柱間交叉撐(鋼拉桿)等。

2)索網體系安裝采用低空組裝和空中牽引提升的方法將索桿系安裝至高空的施工方法。

3)采用被動張拉技術進行索桁架張拉，即:選擇關鍵的，且張拉力小的下徑向索作為主動張拉索，而其他索和桿均被動張拉。

4)膜面次結構吊裝及膜面安裝:利用吊機安裝膜面次結構(鋼拱和構造索)，分單元對稱進行膜面的展開、連接和張拉。

5)其他附屬設施的安裝。

3 預應力拉索安裝

1)拉索展開。

拉索是成盤運輸到施工現場，需要在拼裝部位處展開后方能安裝。展開方法為索盤固定在一端，另一端以卷揚機牽引(輔以吊機)，展開拉索。為保護拉索Galfan鍍層，預先在拉索展開路線上鋪以滾輪，讓索在滾輪上前行展開。

2)拉索安裝。

大部分環索在看臺內側地面及支架上組裝，兩端環索在看臺上搭設的腳手支架(約1 m～6 m高)上組裝(見圖3)，而后安裝上下環索之間的壓桿;利用上徑向工裝索牽引組裝外環梁和環索之間的上徑向索，然后組裝吊索、下徑向索和壓桿;利用上徑向工裝索整體牽引提升索桿系至高空，將上徑向索和下徑向索與外環梁連接，完成索桿系安裝。

圖3 兩端看臺腳手支架組裝圖

4 索網體系提升、牽引

先進行分級加載試提升。通過試提升過程中對提升索桿系、外圍結構以及牽引提升設備系統和工裝的觀察和監測，確認符合模擬工況計算和設計條件，保證牽引提升過程的安全。

初始牽引提升時，各牽引點提升器伸缸壓力應緩慢分級增加，最初加壓為所需壓力的40%，60%，80%，90%，在一切都穩定的情況下，可加到100%，即索桿系試提升離開環索組裝胎架。

在分級加載過程中，每一步分級加載完畢，均應暫停并檢查，如:索桿系和工裝等加載前后的變形情況，以及周邊結構的穩定性等情況。一切正常情況下，繼續下一步分級加載。

初步牽引提升階段一切正常情況下開始正式牽引提升。

上弦索的索頭靠近上環梁時暫停，各牽引點微調，精確調整索頭的調節裝置，使上弦索的索頭與上環梁連接就位。然后液壓千斤頂卸載、拆除，完成牽引提升。

5 索網體系的張拉

1)為控制結構的整體形狀，保證同步張拉均勻性，下徑向索同步分級張拉;為彌補張拉錨固預應力損失和長期徐變預應力損失，最后超張拉至105%;同步張拉細分為5級:初緊狀態→25%→50%→75%→90%→105%。其中前4級以張拉行程控制，最后一級以索力控制。

2)張拉點:下徑向索與下環梁連接的索頭。

3)拉索張拉控制采用雙控原則:控制張拉力和位形，其中以索力為主。索力控制，即控制下徑向索的張拉力。位形控制，即控制環索節點位移。

6 索桁架施工分析

張拉前模擬張拉過程，進行施工全過程力學分析(見表1)，預控在先。施工中關鍵節點豎向坐標變化曲線見圖4，關鍵索力變化曲線見圖5。

表1 張拉過程分析工況

在張拉過程中，對張拉力、索桁架關鍵點位移等進行了監控，實測值及趨勢與理論值基本吻合。

圖4 施工中關鍵節點豎向坐標變化曲線

圖5 施工過程中關鍵索力變化曲線

7 結語

預應力索桁架在整個體育場工程施工中占有非常重要的地位，施工過程中采取了一系列的技術措施，解決了拉索展開、組裝、牽引、安裝和張拉等施工難點，圓滿完成了索桁架施工。通過施工計算，對張拉過程中結構的反應進行了監控，索桁架施工監控結果與施工計算分析的理論值較吻合，圓滿完成了索桁架施工，為今后類似工程的施工提供了經驗。

［1］羅 斌，褚靖宇，劉榮君，等.索穹頂“ω”形整體提升安裝張拉成型施工工法［Z］.2009～2010.

［2］劉錫良.現代空間結構［M］.天津:天津大學出版社，2003.

［3］陳志華.張弦結構體系［M］.北京:科學出版社，2013.