大跨度鋼結構屋蓋預應力張拉技術

張煥新

（山西五建集團有限公司　030032）

大跨度鋼結構屋蓋預應力張拉技術

張煥新

（山西五建集團有限公司030032）

本文通過鄉寧體育館實例詳細介紹該工程的鋼結構屋蓋預應力張拉工藝流程、主要施工工藝等。針對預應力拉索的施工，制作了放索盤，移動平車、牽引索、操作平臺等施工工具，保證了施工質量。

網殼；預應力；拉索；千斤頂；控制；張拉

1　工程概況

山西河津體育館工程，上部為一整體鋼結構屋蓋，支承于下部獨立混凝土單元上，縱向長度約88m，橫向長約90m，最大跨度約68m。采用多重弦支網殼+空腹桁架結構體系，拉索均采用φ5高強鋼絲組成的成品索，型號分別為5×109、5×265，斜索均采用鋼拉桿，直徑為φ30，最高點高度為25m，是一個能滿足國內單項體操、籃球、排球、乒乓球、羽毛球、摔跤等比賽的大型場館。

2　鋼結構屋蓋預應力索的難點及創新點

2.1鋼屋蓋二次深化設計施工一體化

為精確掌握張拉成形前大垂度拉索的施工狀態，并便于在索段內施加外載，提出了“索段折線模型的折線數估計公式和初始幾何迭代算法”，以索的基本平衡微分方程和平衡條件為基礎，提出了滿足既定計算精度的折線數估計公式，并根據不同已知條件確定初始平衡態下內節點坐標的數值迭代公式和方法，實現了在既定精度要求下索線重和初始預張力在折線初始幾何上滿足初始平衡態。為了保證構件的順利組裝和張拉，必須針對實際工程的特點進行節點設計和張拉工藝的設計，使結構的形狀與預應力分布相匹配。

2.2制索、拉索安裝和預應力鋼索張拉精度要求高

從施工技術設計計算及工廠加工過程控制索的精度，在施工過程中通過相關的技術手段彌補在制索過程中無法達到的精度或產生的誤差。

2.3多重弦支網殼+空腹桁架+魚腹式桁架結構跨度大，受力極其復雜

其跨度大大超過了《空間網格結構技術規程》（JGJ7-2010）和《網殼結構技術規程》（JGJ61-2003）規定，這給施工提出了挑戰和更加嚴格的要求。

3　鋼結構屋蓋預應力拉索施工工藝流程及主要技術要點

3.1施工流程

圖1　

3.2操作要點

3.2.1放索

采用轉盤放索，設計加工專門的支架，在索盤軸孔內穿上圓軸，徐徐轉動索盤將索放出。索盤置于張拉桁架的一端，由一端向另一端牽引。

在放索過程中，因索盤自身的彈性和牽引產生的偏心力，索盤轉動會使轉盤產生加速，導致散盤，易危及操作人員安全，因此對轉盤應設置剎車裝置。

索每延米重約40.8kg，采用5t卷揚機在索拱的安裝胎架另一端進行牽引。為防止索體在移動過程中與地面接觸，損壞拉索防護層或損傷索股，采用移動平車法，將索逐漸放開，移運至胎架內，移運小車的間距為3m左右，每臺平車承受約257.7kg，并使索基本保持直線狀移運，平躺在已拼裝成型的三角型桁架下。

3.2.2就位

68m跨張拉桁架的拉索長而重，鋼桁架的安裝方法確定為地面拼裝分段吊裝，拉索的形狀呈折線狀，根據這一特點，在拉索牽引到位后，在鋼桁架兩端及中間設置吊點，采用手拉葫蘆進行索的提升，將拉索吊拉到位后，將索體與索夾連接。

3.2.3提索

在搭設塔支架時，塔支架應沿柱軸線兩邊對稱位置，以方便放索和吊裝。塔支架位置如圖2。

圖2　

3.2.4張拉牽引索

調節張拉端錨具調節裝置，將鋼索盡量放長，以便于錨具與支座節點板相連。

在牽引千斤頂安裝就位后，即可實施張拉。在鋼索兩端開動油泵，基本同步張拉牽引索，將拉索提升。在提升過程中，以跨度中間的索夾位置為控制目標，在提升索體并接近各撐桿下端時，將一端的索頭就位。

開動桁架另一端的油泵，從索頭一端向另一端逐個將索體卡入索夾。

3.3預應力張拉索

3.3.1施工張拉力

考慮到錨固預應力損失，在理論施工張拉力的基礎上，超張拉至105%。

3.3.2張拉原則和程序

（1）分兩階段張拉

第一階段先張拉主索（索1、索2、索3）；待第一階段張拉完畢后，第二階段張拉次索（索4、索5、索6）。

（2）每階段的張拉順序

從兩側向中間榀對稱張拉，每次對稱張拉兩榀。

（3）單榀拉索兩端張拉

張拉點設在索端。每榀有兩個張拉點。

（4）單次同步張拉的張拉點

每次張拉時，對稱張拉兩榀，每榀兩端同步張拉，因此在第一階段每次同步張拉的張拉點有4個，在第二階段每次同步張拉的張拉點有4個。

為了保證單榀桁架下拉索張拉同步，要求張拉時兩臺油泵統一指揮，嚴格按照張拉控制原則中5級分步張拉，兩臺油泵步伐一致。共有4個千斤頂同時張拉，因此控制張拉的同步是保證結構受力均勻的重要措施。控制張拉同步有兩個步驟。第二在張拉過程中將每級的張拉力在張拉過程中盡量使千斤頂給油速度同步，在張拉完成每小級后，所有千斤頂停止給油，測量索體的伸長值。

（5）分級張拉

單次同步張拉過程分五級：0%→25%→50%→70%→90%→100%。

（6）施工張拉力

根據總體施工方案和張拉順序，通過張拉全過程分析，確定每根拉索的施工張拉力，確保張拉完畢后所有索力均達到設計要求。

（7）拉索超張拉

在理論施工張拉力的基礎上，超張拉5%。

3.3.3拉索張拉控制原則

實行力和形的雙控，其中以力的控制為主。

力的控制項目主要為索力，形的控制項目主要為跨中豎向位移。

3.3.4拉索張拉完畢后，拆除網殼的支撐架（略）。

3.3.5張弦桁架安裝完成后，拉索的張拉端應保持為可調節的狀態，以便在需要的時候對拉索的拉力進行調整（略）。

3.4應急保證措施

（1）為保證張拉力施加的準確性，千斤頂須進行標定，拉索張拉過程中若發現異常，應立即暫停，查明原因，進行實時調整，張拉點的雙千斤頂及其油壓表須配套標定。

（2）油壓表采用精密壓力表，數據的有效期在6個月以內。嚴格按照標定記錄，計算與拉索張拉力一致的油壓表讀數，并依此讀數控制千斤頂實際張拉力。

（3）千斤頂張拉過程中，油壓應緩慢、平穩，并且邊張拉邊旋轉連接螺桿或套筒。

（4）拉索張拉過程中應停止對張拉結構進行其它項目的施工，張拉過程中，每個張拉點由一至兩名工人看管，每臺油泵均由一名工人負責，并由一名技術人員統一指揮、協調管理。

4　質量安全控制要點

預應力鋼結構施工技術控制要點預應力鋼結構施工技術控制要點按施工過程可以分為原材料進場檢驗、預應力張拉實施和預應力施工驗收三個階段。

（1）鋼索和張拉設備的進場檢驗；

（2）張拉設備技術參數標定和檢定；

（3）油路有無滲漏；

（4）索端外露長度的初始標定；

（5）張拉的同步性控制；

（6）結構應力變形監測；

（7）預應力張拉作業指導書的制定；

（8）供電中斷和結構或構件變形位移超出允許范圍后應急處理預案的制定；

（9）吊籃和通道腳手架的驗收；

（10）張拉前和張拉后抽取鋼桁架縱向、橫向長度、相鄰支座高差、支座中心偏移等技術指標的檢測等。技術控制的關鍵是預應力達到設計值。結構桿件最大應力、最大應變值控制在允許偏差范圍內。

5　結語

山西河津體育館作為山西省目前綜合性體育設施，采用鋼結構屋蓋預應力張拉施工技術使單位工程面積用鋼量大大下降，工程的順利實施驗證了其可行性和準確性，它的建成和使用為我們施工積累了寶貴的經驗，也為同類型的工程建設提供了一個較為成功的典范。

[1]《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB50205-2001）.

[2]《無粘結預應力混凝土結構技術規程》（JGJ92-2004）.中國建筑工業出版社.

TU394

A

1673-0038（2015）43-0015-02

2015-10-9

；張煥新（1984-），工程師，本科。