拉索在輕型鋼結構設計中的應用

■姜 宇 ■嘉博(福建)聯合設計有限公司廈門分公司，福建 廈門 361000

近年來，輕型鋼結構在建筑工程中得到了越來越廣泛的應用，例如在高層建筑、大跨度公共建筑中，都有輕型鋼結構設計的身影，它已成為一個城市現代建筑的象征。隨著現代輕型鋼結構設計水平提高，從而形式由單一的框架式發展到多元化，如肋玻結構形式、鋼桁架結構形式.本文主要探討拉索在輕型鋼結構設計應用中所注意到的一些問題，在輕型鋼結構設計中通過拉索引入預應力，從而有效地提高拉索在結構中的承載力，從而控制結構變形，降低施工中的造價。

1 工程概況

廈門集美大橋收費站拉索結構，因為橫跨八車道和中間隔離帶，跨度達51 米。

設計初期，考慮做普通鋼結構或者鋼結構桁架形式，整個結構厚度太大，即使按照三十分之一跨度考慮，也要達到1.7 將近2 米;若再考慮上下外包裝飾面層的厚度，整個結構就會顯得粗壯笨重。

經過多方探討和結構計算選型，主設計師姜宇最終采用拉索式輕型鋼結構形式;整個結構采用12 根SNS/S-7x19 雙護層彩色拉索，最終整個結構厚度才0.8m，考慮完上下裝飾面層也只有0.9m 的厚度，完成后整個結構顯得輕盈簡潔，效果良好，如圖1、圖2:

圖1 廈門集美大橋收費站拉索結構立面結構布置圖

圖2 廈門集美大橋收費站拉索結構效果圖

2 拉索結構在輕型鋼結構設計的確定

施工人員通過對輕型鋼施工程序的分析，在滿足設計要求的前提下，施工人員借助拉索技術的先進性來保證結構安全系數，以此來減小對輕型鋼的負面影響。

首先施工人員利用專業知識對此進行模擬施工計算，如:以筒體、實腹墻的頂部水平位移均小于5mm，即L/5000，錨固索的框架柱的頂部水平位移小于10mm，即L/2500。樓板梁柱索節點變形幅值可以控制在L/1000 以內，這樣從某種技術上可以滿足鋼筋砼裂縫控制的要求。

3 拉索在輕型鋼結構中的技術

大規格拉索應用在輕型鋼結構設計工程是核心技術的部分，在這技術中主要包括:拉索安裝、拉索張拉設計、工裝系統設計、張拉程序及索保護等眾多技術難點。

一般拉索采用公稱直徑7mm，從而為了避免輕型鋼在設計中出現問題，因此分別采用:PES(C)7-265、409、499 三種規格拉索。但面臨拉索規格超出常規，其制作、運輸、安裝以及保護的難度非常大的問題，我們在施工中要小心謹慎的進行。

3.1 對輕型鋼鑄的節點進行高精度安裝

由于鑄鋼節點在安裝上難度大、數量偏多，因此對位置精度要求隨之很高。鑄鋼件必須在工廠加工安全運到現場后，有安全人員進行檢查，合格后進行簽名、方可高空作業，進行安裝。

在安裝中需要注意鑄鋼件節點，它分別有張拉端、錨固端。因此在按位置安裝節點時，在高空很難校正其設計位置，設計人員為方便安裝和校正，采用拉索在地面制作一個安全平臺，而平臺主要由20cm 厚鋼板組成，而在平臺上的高精度主軸線，可以延伸刻畫到鋼板的側面，工作人員做好明顯的定性標記，在平臺上焊接一個立柱，在焊接同時，立柱頂部焊接鑄鋼件節點，按圖紙對鑄鋼的設計位置進行一系列的調整，最后保證立柱、鑄鋼件間必須采用連接板螺栓進行連接，而螺栓孔必須為長圓孔，這樣方便工作人員可調節鑄鋼件的標高，借助拉索將拼裝好的平臺板與鑄鋼件做為一個整體吊裝，在基本就位后的前提下進行調整水平標高，然后再運用微動的工具放置全站儀進行觀測，在觀測的結果下，順便把刻畫在鋼平臺側面的軸線精確調整到準確位置，必須是在鑄鋼節點軸線偏差不大于3mm、標高偏差不大于2mm，這樣才會完全符合要求，保證施工的安全性。

3.2 拉索安裝的條件

拉索分輕型和重型兩種，重型拉索索體剛度大，人力是難以搬動，加上拉索具有30m 長，致使在現場作業施工過程中無法轉彎。同時在安裝高度上的要求是最高點為屋頂35m，由于受塔吊高度和承載力的約束限制，在技術上根本無法直接使用塔吊從上往下傳索，因此只能在拉索安裝范圍內的地面上進行安裝，只有這樣才能避免壓壞地下結構。

采用八十噸重的汽車吊把拉索吊至上節點;采用適合塔吊的方法，這樣不僅在起重時能控制范圍內的短索，而且索吊至上節點處要在索端部系上粗麻繩來引導穿設。同時可以在輔助錨的作用下，使疲勞荷載大大降低。

3.3 輕型鋼結構設計拉索的張拉

在輕型鋼結構設計當中拉索一般是一百二十根，分三個區，而每個區分有若干段，而每區段約四或十根，每張拉索力非常大，一次張拉到位。一般分拉索上節點張拉、拉索下節點張拉。由于拉索是工程的核心命脈，從技術角度來講，實施難度非常大，還有施工情況多樣復雜，與整個工程質量、施工安全密切相關，風險系數較大。

拉索的張拉在輕型鋼結構設計基本原則:(1)單向結構在輕型鋼結構設計相對獨立;(2)在輕型鋼結構設計單跨最多同時張拉10 根拉索;(3)在輕型鋼結構設計以“先內跨再懸挑”原則進行施工。

4 拉索在輕型鋼結構設計中的監測

在輕型鋼結構設計中包括:施工階段監測、運營階段監測。其中的施工階段監測:是對拉索的拉力、結構的變形進行技術的監測

4.1 在輕型鋼結構設計中對拉索實施的監測方案

拉索拉力監測方法

拉索在輕型鋼結構設計是非常重要的構件，因為它間接的影響整個結構在施工中的成型，也會降低結構整體的安全系數，為此必須加強對拉索的應力進行監測，一般有兩種方法:

(1)在拉索上安裝智能索，可以避免在不利于荷載組合下選擇智能索的準確位置。

(2)采用錨固端鑄鋼節點應變監測，這樣可以對智能拉索的監測結果進行智能標定，來保障在輕型鋼結構設計的安全性

5 結語

輕型鋼結構設計中拉索技術應用于各種各樣的大型工程，為此，作為施工人員需要綜合考慮索結構、鋼結構和砼結構的安全性、協調變形等，防止意外發生。施工人員和設計者要在工程實施方案交流的基礎上，結合施工進行模擬，最后進行總結，應用索張拉工況順序、拉索的安全安裝、張拉控制的防腐、施工監測等一系輕型鋼結構設計中的拉索施工新型技術，充分解決在施工所出現的種種障礙，從而推動拉索在輕鋼結構中的進一步應用。

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