木梁、鋼絲繩索網支撐體系在屋面運用的實例探討

張 偉

(成都安仁華僑城文化旅游開發有限公司, 四川成都 610000)

1 工程概況

安仁鎮南岸美村——藝術公舍,建筑面積約400,設計為2層磚混結構,墻體為雙面清水墻面,屋面為木結構加預應力鋼絲繩組合的新型受力支撐體系,屋面坡度復雜且為多坡度組合,打破常規人字坡屋面設計。

2 屋面結構設計

2.1 屋面結構設計情況

屋面框架采用木梁體系,鋼絲繩按設計坡度縱橫雙向布設形成網狀(索網),兩端固定在木梁上,通過張拉形成有效預應力,再將OSB板鋪設固定在鋼絲繩上方,形成完整板面,再施作上部結構,具體屋面結構層如圖1～圖5所示。

圖1 屋面結構層

圖2 層面鋼絲繩及鋪板布置(單位:mm)

圖3 鋼絲繩與木梁的連接節點

圖4 鋼絲繩與木板連接節點

圖5 木板與木梁連接節點

2.2 木結構

(1)所有梁與柱均采用強度等級為TC17D 木材,強度等級根據GB 50005-2017《木結構設計規范》,抗彎強度fm=17 N/mm2;順紋抗壓強度fc=16 N/mm2;順紋抗拉強度ft=10 N/mm2;順紋抗剪強度fv=1.7 N/mm2;橫紋承壓強度fc,90=3.5 N/mm2;彈性模量E=10000 N/mm2。

(2)承重結構用膠,應保證其膠合強度不低于木材順紋抗剪和橫紋抗拉的強度,膠連接的耐水性和耐久性應與結構的用途和使用年限相適應,并應符合環境保護的要求。

(3)木結構件制作應先放樣,準確無誤后方可制作。

(4)木結構施工過程中應采取可靠的防腐和防蟲措施,采用藥劑加壓處理時,該藥劑在木材中的保持量和滲入度應達到GB 50206-2012《木結構工程施工質量驗收規范》規定的最低要求。

(5)未注明的木結構制作要求應遵守現行GB 50206-2012《木結構工程施工質量驗收規范》的要求:①木柱與混凝土基礎的連接做法詳見GB 50005-2017《木結構設計規范》第7.2.6條;②木結構防腐接GB 50005-2017《木結構設計規范》采用。

2.3 鋼絲繩索網結構

2.3.1 鋼絲繩的種類與規格

屋面拉索采用不銹鋼低松弛鋼絲繩,且所有鋼絲繩均采用定長鋼絲繩;鋼絲繩直徑為5 mm,規格為 6×9-WSC SZ-316,要求符合GB/T 9944-2015《不銹鋼絲繩》。

2.3.2 鋼絲繩的材料

屋面鋼絲繩采用不銹鋼鋼絲右交互捻而成,單根鋼絲繩最小破斷力17.4 kN,鋼絲繩彈性模量不應小于1.10×105MPa,伸長率不大于1%,應力松弛等級為II級。

2.3.3 鋼絲繩的緊固件

(1)鋼絲繩的兩端的緊固件分為2種,張拉端采用可調節的緊固件,固定端采用不可調節的緊固件,緊固件承載能力應不低于鋼絲繩的承載力,緊固件確定后,應同設計一起確認。

(2)由鋼絲繩廠家提供與鋼絲繩匹配的緊固件及墊板。

2.3.4 鋼絲繩的加工及運輸

(1)鋼絲繩出廠前必須進行檢驗,檢驗方法按相關規范執行,除規范要求指標外,鋼絲繩還須滿足強度、彈性模量和松弛等設計要求。

(2)鋼絲繩安裝前周圈鋼結構必須安裝完畢,并形成可靠體系,所有與鋼絲繩相連接的支座都與主體可靠連接。

(3)成品鋼絲繩的靜載破斷力應不低于標稱破斷力的95%。

(4)鋼絲繩的外徑允許偏差:正偏差為0.4 mm,無負偏差。

(5)鋼絲繩的切割長度有承包者根據設計提供的系統長度、安裝階段的應力、拉伸實驗的結果,并考慮溫度的影響和鋼絲繩的塑性變形等因素計算并經設計認可后確定。鋼絲繩的總長度應準確,容差范圍為0.01%。超張拉檢驗以后的成品鋼絲繩成都允許偏差:誤差小于或等于1/10000倍成品鋼絲繩長度。

2.3.5 鋼絲繩索網的安裝

(1)整個索網結構先將鋼絲繩先于固定端的緊固件相連,固定于固定端的木梁上,另一頭穿過木梁與張拉端的緊固件相連,待所有鋼絲繩均安裝到木結構上后再通過調節緊固件張緊鋼絲繩。

(2)索網結構安裝施工前,應對周圈木結構進行檢驗,檢驗木梁上穿繩孔定位是否滿足設計要求,檢查完畢后方能進行索網結構施工。

(4)鋼絲繩索網施工前,應進行施工模擬計算,保證索網施工過程中周圈木結構的安全性和索網結構施工過程中的可控性。在鋼絲繩施工中每一步應觀察周圈木結構變化情況,并作好記錄。如有因拉索施工導致周圈木結構變形過大等不良情況。及時通知設計負責人予以處理。

(5)施工中應進行索力檢測、變形檢測,檢測結果至少應包含拉索施工完畢與屋面安裝完畢后的相應結果。

(6)屋面OSB板安裝之前,必須檢查各根鋼絲繩的預應力并對松弛的鋼絲繩進行再次緊固。

2.3.6 鋼絲繩安裝的檢測與檢查

(1)施工階段,在木梁安裝、鋼絲繩張拉、屋面安裝等各個階段,對索力、木梁變形進行監測。

(2)結構運營使用過程中,在下列各時期監測所選擇構件的應變變化情況,提交檢查報告:①日常使用階段,間隔2個月對索力、結構變形進行檢測(維持1年);②極端工況下,包括臺風(10級以上)和大雪、地震,對索力、結構變形進行檢測;③竣工后每年對腐蝕程度進行一次檢查;④任何異常情況。

3 施工工藝及要點

3.1 工藝流程

施工準備—木梁體系拼接—鋼絲繩點位放樣定位—鉆孔—穿繩—張拉—錨固—OSB板鋪設并錨固—屋面其他結構層施工。

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3.2 施工要點

(1)木材的選擇:對木材的要求較高,木梁除了起到對屋面結構的支撐作用外還需滿足抗彎要求和高密度材質且不易開裂。綜合各項要求,設計和工程對比多種材料,最終確認選用印尼巴勞木為項目用材。

(2)鋼絲繩選材:選用5.0 6×19-WSC SZ 316 GB/T-9944-2015《不銹鋼絲繩》,最小破斷力17.4 kN,彈性模量E不小于110 000 N/mm2。

(3)木梁體系的拼接,在接頭位置用鋼板加強處理。

(4)嚴格按照建筑要求定位放線,布設開孔位置,埋設鋼套筒。

(5)穿繩張拉:按設計要求長度準備每一根鋼絲繩,穿過預埋與木梁內的鋼套筒,用錨頭做好固定,用張拉設備進行張 拉,鋼絲繩直徑為5 mm,初拉力1 kN,使用狀態下最大拉力約為5 kN,張拉完成后用卡扣鎖住鋼絲繩之間交叉點。

(6)屋面鋼絲繩找形完畢后,上鋪2層OSB板(位于鋼絲繩上方),縱橫向各1層,板材寬度為30 cm,厚度1 cm,長度現場放樣確定。鋪板順序為先鋪底層短向,后埔頂層長相;板材之間采取有效的連接,以保證上下板共同受力。

(7)順做上部其他結構施工。

4 結束語

隨著我國建筑行業的不斷發展進步,新型結構不斷被運用到實體工程。通過在工程實踐中不斷總結與完善,有益于加快建筑形式的多元化進程。本文通過對木梁加鋼絲繩索網組成的支撐體系實例剖析,重點分析了木梁、鋼絲繩、預應力、鋼絲繩索網等關鍵項上的選材和施工及檢測等方面,同時對質量控制點分析和提出的解決措施。通過對本工程實例的長期跟蹤和檢測,證明了木梁、鋼絲繩索網結構的可靠性和穩定性,為今后類似工程提供經驗借鑒。