某機場航站樓中庭鋼結構及拉索預應力施工技術

秦翊超

【摘要】該機場航站樓中庭鋼結構上部為異形鋼結構，下部為預應力鋼索。通過設置臨時支撐胎架、施工工況分析進行上部鋼結構施工，通過實時監測及預應力損失處理進行拉索預應力施工，既能保證施工的安裝精度和安全性，又能提高安裝效率。

【關鍵詞】鋼結構；預應力鋼索；臨時支撐；拉索張拉；施工監測

1、工程概況

該航站樓建筑面積82000m2，采用前列+半島式構型，地上兩層（局部夾層），地下一層，建筑高度為24.005m。中庭鋼結構短軸長51.215m，長軸長為54.569m，上部為弦支穹頂，下端采用銷軸與預埋支座連接，支撐點共6個，整個結構最高點與下部混凝泥土基礎面距離為23.475m，其下弦布置預應力鋼索，共布置兩圈環向索，分外環向索、內環向索，通過撐桿和徑向索連接。

2、鋼結構安裝

2.1鋼結構施工思路

鋼結構工程施工時，在內環六邊形區域及檐口無支座位置利用塔吊標準節搭設臨時支撐胎架，六邊形組合構件采用90T汽車吊整體吊裝，其余構件利用25噸汽車吊進行高空散拼施工。

2.2鋼結構吊裝

臨時支撐胎架搭設完畢后，先將正六邊形環在地面進行拼裝，再整體吊裝到支撐胎架上，復核軸線標高，滿足設計及規范要求后，進行固定。然后安裝徑向長鋼梁，以兩個長鋼梁為一個單元，安裝完成一個單元后再安裝單元內的環形構件。按逆時針方向安裝其他單元構件。構件安裝過程中進行拉索的穿插作業，但不張拉，待鋼結構焊接完成驗收合格后進行張拉。

2.3鋼結構安裝工況分析

整個鋼結構安裝，正六邊形環和徑向鋼梁為最重構件。其中正六邊形重量為5.73t，而正六邊形組合為吊裝最高點，距離混凝土基礎面23.48m，正六邊形對邊距離為10.85m，可知吊點距離鋼梁邊緣為5.425m，計算得出吊車吊裝作業半徑為10.85m， 吊車臂長為48.20m。正六變形組合選用90t汽車吊（7.5t配重）吊裝，作業半徑為10.85m，吊車臂長為48.20m，可吊14.5t>5.73t，滿足要求。徑向鋼梁最重構件組合為3.19t，起重高度為19.62m，由于吊車可靠近鋼梁起吊，半徑可以忽略。選用25t汽車吊臂長33m，工作半徑15m以內最小起重量為3.9噸>3.19噸，滿足要求。

2.4鋼結構安裝流程

汽車吊進場→規劃吊車行走路線及安裝順序→利用全站儀找出胎架位置并制作安裝胎架→搭設六邊形環拼裝胎架并整體拼裝焊接完成→吊裝六邊形組織構件→拼裝焊接徑向鋼梁→吊裝徑向鋼梁→吊裝相鄰徑向鋼梁→對相鄰徑向鋼梁進行填空補檔→ 按上述原則逆時針安裝其他構件。

2.5鋼結構安裝措施

為方便現場吊裝，確保吊裝安全，鋼梁在工廠加工制作時，應在鋼梁上部焊接吊耳，吊點到鋼梁端頭的距離為構件總長的1/4；鋼梁吊籃采用φ12mm的圓鋼組成，待地面驗收合格后吊至鋼梁側邊，以方便現場施工人員對鋼梁的安裝和校正；樓層部分鋼梁吊裝前，分別在鋼梁兩端豎向安裝一根φ48mm長度為1200mm的圓鋼防護立桿，然后在兩根立桿之間拉鋼絲繩，確保鋼梁安裝時施工人員行走安全。

3、拉索預應力施工

3.1結構特點

本工程施工的主要特點是：先通過弦支穹頂的特定結構關系，尋找索在無應力狀態下的下料長度，為建立與設計相符的“力”和“形”的統一奠定基礎；索預應力施加之前結構具有一定剛度，柔性索、拉桿與撐桿等下部構件可以與上部鋼結構分開安裝；本工程預應力張拉特點是通過逐步張拉環向索來施加預應力，預應力的施加步長應通過事先的仿真模擬確定，以免對結構帶來不利影響。

3.2拉索施工總體思路

根據本工程結構特點，即上部結構初步具有一定剛度，因此可先進行上部桿件的安裝施工，然后進行下部索桿體系的安裝及張拉施工。結合第二部分所述，下部索桿體系分為徑向拉桿、環向鋼索和豎向撐桿，下部索桿體系的施工整體順序為：豎向撐桿安裝→環向鋼索安裝→徑向拉索安裝→環向鋼索張拉→局部徑向拉索張拉。預應力的施加是本工程的重點和難點，弦支穹頂結構預應力的施加可采用張拉環向索和張拉徑向拉索兩種方法，張拉環向索效率較高，但精度不如張拉徑向索，本工程采用張拉環向索和張拉徑向鋼拉桿相結合的方法施加預應力，即以張拉徑向索為主，張拉環向索為輔。本工程中弦支穹頂的張拉遵從分級張拉、由外往內、對稱張拉、局部調整四個原則。分級張拉：本工程屬柔性結構，預應力張拉需逐步實施，以免造成局部預應力過大，影響后續的張拉施工，同時也對結構造成不利影響；由外往內：張拉從外環索到內環索；對稱張拉：為保證結構穩定，按照對稱關系進行張拉；局部調整：每一級拉索張拉施工完成后，根據張拉監控及變形監控結果，再局部調整徑向鋼拉桿的索力，以消除結構安裝誤差對張拉施工造成的影響，直至結構張拉施工完畢。

3.3調直與下料

為了使鋼索受荷后各股鋼絞線受力均勻，鋼索制作時下料長度要準確、等長。下料采用“應力下料法”，將開盤在200～300MPa拉應力下的鋼絲或鋼絞線調直，可消除一些非彈性因素的影響。制作通長、水平且與索等長的槽道，平行放入鋼絞線，使其不互相交叉、扭曲，在槽道定位板處控制索的下料長度。

3.4鋼索的預張拉

鋼索的預張拉是為了消除索的非彈性變形，保證在使用時的彈性工作。預張拉在工廠內進行，一般選取鋼絲極限強度的50%～55%為預張力，持荷時間為0.5～2.0h。

3.5鋼索的防護

鋼索必須進行表面處理，認真除污。鋼索的長期防護采用外加PE套管的方法。這種防護方法可適應周圍無嚴重侵蝕性的一般環境。在施工過程中，應盡量避免對PE造成損傷，到達現場后，在放索過程中也要對索體進行保護，防止其摩擦破壞。

3.6展索

鋼索安裝就位之前，在環索連接桿的正下方將索鋪展成環形，并將各標記點與連接索夾一一對應。本工程最大的拉索為 20，長約為30911mm，重約為65kg，展索的時候采用一端用提升機進行牽引，中間布置展索小車，每5-6米布置一個小車。

3.7環索安裝就位

預應力鋼索鋪展成型后，每隔10米設置一個就位點，然后采用卷揚機或汽車吊進行吊裝。

3.8拉索張拉

對于設計預拉力較小的拉桿，采用扭矩扳手進行張拉。具體操作分三步進行，第一步通過拉桿設計預拉力得出換算設計扭矩；第二步將扭矩扳手內指針調至設計扭矩；（下轉125頁）（上接123頁）第三步便可進行張拉施工，操作人員聽到扭矩扳手內“咔嚓”聲響即達到設計預拉力，便可停止施工。對于設計預拉力較大的拉桿，應采用液壓千斤頂進行輔助張拉施工。本工程鋼拉桿張拉端在拉桿的中間，張拉節點位于徑向桿連接套筒處，施加預應力的方法是：根據設計張拉力的值，通過油泵將油壓傳給兩個千斤頂，然后調節自身的調節套筒達到所要施加的力。由于本工程張拉設備組件較多，因此在進行安裝時必須小心安放，使張拉設備形心與鋼拉桿重合，以保證預應力鋼拉桿在進行張拉時不產生偏心；在油泵啟動供油正常后，開始加壓，當壓力達到鋼拉桿設計拉力時，超張拉5%左右，然后停止加壓。張拉時，要控制給油速度，給油時間不應低于0.5min。

3.9預應力損失及處理措施

張拉過程中預應力損失產生主要有以下原因：拉索索體松弛；拉桿體錨具回縮變形（主要是調節螺桿變形）；油壓損失；節點摩擦使預應力產生損失。為保證張拉力達到設計要求，并且根據大量工程經驗，實際張拉過程中，采取超張拉的方法，每次超張理論計算張拉力的5%。

3.10施工過程監測

為滿足預應力施工過程的需要，保證工程順利進行，施工監測布點時采取以下原則：應力監測：以拉力監測為主，保證各類鋼索施加預應力值與施工仿真計算得到的張拉力值相同，鋼結構應力監測為輔助手段，監測得出應力比較大的桿件應力變化，監測手段采用千斤頂油泵直接讀數和索力測試儀進行過程中索力測試。變形監測：監測結構豎向位移，位移監測貫穿于整個結構的施工過程，包括安裝施工和張拉施工過程，監測內容為各監測點的三維控制坐標，本工程采用在六個撐桿的上、下端布置監控點，通過在12個監控點來監控結構的豎向位移和撐桿的側向位移。

結語：

本工程為機場航站樓中庭鋼結構弦支穹頂鋼結構及預應力施工，臨時支撐胎架的部署設置是總體施工的重要前提，弦支穹頂為柔性結構，有“牽一發而動全身”的特點，張拉施工是弦支穹頂結構施工的關鍵，施工過程的實時檢測是保證施工過程順利進行的重點，通過工程的完成，積累了施工經驗，為類似工程提供指導及借鑒。

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