拉索在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

■姜 宇 ■嘉博(福建)聯(lián)合設(shè)計有限公司廈門分公司，福建 廈門 361000

近年來，輕型鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，例如在高層建筑、大跨度公共建筑中，都有輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的身影，它已成為一個城市現(xiàn)代建筑的象征。隨著現(xiàn)代輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計水平提高，從而形式由單一的框架式發(fā)展到多元化，如肋玻結(jié)構(gòu)形式、鋼桁架結(jié)構(gòu)形式.本文主要探討拉索在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中所注意到的一些問題，在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中通過拉索引入預(yù)應(yīng)力，從而有效地提高拉索在結(jié)構(gòu)中的承載力，從而控制結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，因為橫跨八車道和中間隔離帶，跨度達51 米。

設(shè)計初期，考慮做普通鋼結(jié)構(gòu)或者鋼結(jié)構(gòu)桁架形式，整個結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)就會顯得粗壯笨重。

經(jīng)過多方探討和結(jié)構(gòu)計算選型，主設(shè)計師姜宇最終采用拉索式輕型鋼結(jié)構(gòu)形式;整個結(jié)構(gòu)采用12 根SNS/S-7x19 雙護層彩色拉索，最終整個結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)立面結(jié)構(gòu)布置圖

圖2 廈門集美大橋收費站拉索結(jié)構(gòu)效果圖

2 拉索結(jié)構(gòu)在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計要求的前提下，施工人員借助拉索技術(shù)的先進性來保證結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，以此來減小對輕型鋼的負面影響。

首先施工人員利用專業(yè)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(jié)點變形幅值可以控制在L/1000 以內(nèi)，這樣從某種技術(shù)上可以滿足鋼筋砼裂縫控制的要求。

3 拉索在輕型鋼結(jié)構(gòu)中的技術(shù)

大規(guī)格拉索應(yīng)用在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工程是核心技術(shù)的部分，在這技術(shù)中主要包括:拉索安裝、拉索張拉設(shè)計、工裝系統(tǒng)設(shè)計、張拉程序及索保護等眾多技術(shù)難點。

一般拉索采用公稱直徑7mm，從而為了避免輕型鋼在設(shè)計中出現(xiàn)問題，因此分別采用:PES(C)7-265、409、499 三種規(guī)格拉索。但面臨拉索規(guī)格超出常規(guī)，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(jié)點進行高精度安裝

由于鑄鋼節(jié)點在安裝上難度大、數(shù)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(xiàn)場后，有安全人員進行檢查，合格后進行簽名、方可高空作業(yè)，進行安裝。

在安裝中需要注意鑄鋼件節(jié)點，它分別有張拉端、錨固端。因此在按位置安裝節(jié)點時，在高空很難校正其設(shè)計位置，設(shè)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(cè)面，工作人員做好明顯的定性標(biāo)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(jié)點，按圖紙對鑄鋼的設(shè)計位置進行一系列的調(diào)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(diào)節(jié)鑄鋼件的標(biāo)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(diào)整水平標(biāo)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(jié)果下，順便把刻畫在鋼平臺側(cè)面的軸線精確調(diào)整到準(zhǔn)確位置，必須是在鑄鋼節(jié)點軸線偏差不大于3mm、標(biāo)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(xiàn)場作業(yè)施工過程中無法轉(zhuǎn)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(shù)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(nèi)的地面上進行安裝，只有這樣才能避免壓壞地下結(jié)構(gòu)。

采用八十噸重的汽車吊把拉索吊至上節(jié)點;采用適合塔吊的方法，這樣不僅在起重時能控制范圍內(nèi)的短索，而且索吊至上節(jié)點處要在索端部系上粗麻繩來引導(dǎo)穿設(shè)。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(jié)構(gòu)設(shè)計拉索的張拉

在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中拉索一般是一百二十根，分三個區(qū)，而每個區(qū)分有若干段，而每區(qū)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(jié)點張拉、拉索下節(jié)點張拉。由于拉索是工程的核心命脈，從技術(shù)角度來講，實施難度非常大，還有施工情況多樣復(fù)雜，與整個工程質(zhì)量、施工安全密切相關(guān)，風(fēng)險系數(shù)較大。

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

4 拉索在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的監(jiān)測

在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中包括:施工階段監(jiān)測、運營階段監(jiān)測。其中的施工階段監(jiān)測:是對拉索的拉力、結(jié)構(gòu)的變形進行技術(shù)的監(jiān)測

4.1 在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中對拉索實施的監(jiān)測方案

拉索拉力監(jiān)測方法

拉索在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常重要的構(gòu)件，因為它間接的影響整個結(jié)構(gòu)在施工中的成型，也會降低結(jié)構(gòu)整體的安全系數(shù)，為此必須加強對拉索的應(yīng)力進行監(jiān)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(zhǔn)確位置。

(2)采用錨固端鑄鋼節(jié)點應(yīng)變監(jiān)測，這樣可以對智能拉索的監(jiān)測結(jié)果進行智能標(biāo)定，來保障在輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性

5 結(jié)語

輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中拉索技術(shù)應(yīng)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(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和砼結(jié)構(gòu)的安全性、協(xié)調(diào)變形等，防止意外發(fā)生。施工人員和設(shè)計者要在工程實施方案交流的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工進行模擬，最后進行總結(jié)，應(yīng)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(jiān)測等一系輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的拉索施工新型技術(shù)，充分解決在施工所出現(xiàn)的種種障礙，從而推動拉索在輕鋼結(jié)構(gòu)中的進一步應(yīng)用。

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