劉卓然 許偉東

摘要：本文主要針對玻璃幕墻形式中的索結(jié)構(gòu)幕墻工序中較重要的鋼索張拉這一部分進(jìn)行分析及介紹；使相關(guān)專業(yè)人員對于索結(jié)構(gòu)幕墻關(guān)鍵點的把握更加完善。

關(guān)鍵詞：幕墻；索結(jié)構(gòu)；張拉

一、工程介紹

佛山新聞中心位于佛山市順德區(qū)大福路南延線東側(cè)樂從鎮(zhèn)東平河畔，為佛山標(biāo)志性建筑。

信息玻璃天幕工程位于標(biāo)高27.9m處，長184m，寬184m。玻璃百葉片分格為1050mmx2100mm，玻璃百葉為10mm（FT）+1.52PVB+8mm（FT）鋼化夾膠玻璃，支撐結(jié)構(gòu)采用全新的鋼桁架索結(jié)構(gòu)，（見圖1、2）。

二、鋼索的張拉

佛山新聞中心的鋼索張拉是個前所未有的課題。佛山新聞中心玻璃天幕所用的鋼索端部固定的柔性結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)，不同于其他的鋼索的端部條件。

鋼索的張拉力為25kN左右，一條鋼梁上有14根鋼索，對鋼梁的合力在350kN。鋼梁在設(shè)計中，不可能對撓度控制太嚴(yán)格，這樣的話鋼梁就太不經(jīng)濟(jì)。撓度太大，會導(dǎo)致張拉過程中的預(yù)應(yīng)力損失，梁變形太大，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不安全。經(jīng)過專家討論，張拉的撓度控制在1/750。意味著跨度為16.8m的鋼梁，最大變形為22.4mm。對于長8400mm、直徑為14mm的鋁包鋼絞線來說，鋁包鋼絞線長度變化28mm，能產(chǎn)生或釋放59.4kN的力。會使得張拉成為一種極度不可以預(yù)見的行為。

分區(qū)張拉、同步張拉、反復(fù)調(diào)試；按左右對稱張拉，分級張拉，反復(fù)張力的張拉基本要點來進(jìn)行天幕索的張拉：根據(jù)圖×的示意，可以把整個天幕按照拉索的需要進(jìn)行劃分，相互影響比較小、比較獨立的區(qū)域可以視為一個單獨的張拉區(qū)域。這里單獨列出來了具有典型代表性的三個區(qū)域進(jìn)行說明，來闡述整個天幕的張拉過程。

（一）區(qū)域11（QY-11）是在20-23軸和M-Q軸之間，在試驗區(qū)內(nèi)。QY-11分為A部分和B部分。

先對A部分進(jìn)行張拉，按照分級張拉的原則。首先按20%的張拉力對04#索進(jìn)行張拉，然后依次對03#、05#、02#、06#、01#和07#進(jìn)行20%張拉。第一個張拉次序完畢后開始第二個張拉次序，即進(jìn)行50%張拉，還是按照04#到03#、05#、02#、06#、01#和07#的次序依次進(jìn)行50%張拉。第三個次序為80%張拉，按照04#到03#、05#、02#、06#、01#和07#的次序依次進(jìn)行張拉。最后進(jìn)行100%張拉，順序為4#到03#、05#、02#、06#、01#和07#。

B部分進(jìn)行張拉，和A部分類似。進(jìn)行完A、B的張拉后，然后區(qū)域內(nèi)再進(jìn)行索內(nèi)力校核，索內(nèi)力控制在±5%內(nèi)可以通過。否則再進(jìn)行加載或卸載，直到整個區(qū)域內(nèi)的索內(nèi)力達(dá)到設(shè)計要求。

等相鄰區(qū)域內(nèi)的索張拉的完成后，再來復(fù)核該區(qū)域的索內(nèi)力，控制在設(shè)計值的±5%以內(nèi)。

（二）區(qū)域03（QY-03）為兩股索同時張拉的區(qū)域，分為A、B、C三個部分。

先對B進(jìn)行張拉：在圖示意的○的位置裝好工裝，按照類似QY-11的區(qū)域的張拉順序，在20%張拉的階段，先同時張拉04#和14#。接著按下列次序進(jìn)行同步張拉：03#和13#→05#和15#→02#和12#→06#和16#→01#和11#→07#和17#。進(jìn)入50%的張拉階段，依次對04#和14#→03#和13#→05#和15#→02#和12#→06#和16#→01#和11#→07#和17#進(jìn)行兩兩的同步張拉。80%的張拉階段也一樣，按照04#和14#→03#和13#→05#和15#→02#和12#→06#和16#→01#和11#→07#和17#的順序進(jìn)行兩兩的同步張拉。最后按照上述順序進(jìn)行100%張拉。

按照同樣的方法和順序分別對A、C部分進(jìn)行張拉。整個區(qū)域內(nèi)張拉完畢后要對區(qū)域內(nèi)索的內(nèi)力值進(jìn)行檢測，索內(nèi)力控制在±5%內(nèi)可以通過。否則再進(jìn)行加載或卸載，直到整個區(qū)域內(nèi)的索內(nèi)力達(dá)到設(shè)計要求。

等相鄰區(qū)域內(nèi)的索張拉的完成后，再來復(fù)核該區(qū)域的索內(nèi)力，控制在設(shè)計值的±5%以內(nèi)。

（三）區(qū)域02（QY-02）是天幕張拉最復(fù)雜的區(qū)域，需要四股索同時張拉，分為A、B兩個部分。方法類似QY-03的張拉：

先對A進(jìn)行張拉：在圖示意的○的位置裝好工裝，在20%張拉的階段，先同時張拉04#、14#、24#和34#。接著按下列次序進(jìn)行同步張拉：03#、13#、23#和33#→05#、15#、25#和35#→02#、12#、22#和32#→06#、16#、26#和36#→01#、11#、21#、31#→07#、17#、27#和37#。進(jìn)入50%的張拉階段，依次對04#、14#、24#和34#→03#、13#、23#和33#→05#、15#、25#和35#→02#、12#、22#和32#→06#、16#、26#和36#→01#、11#、21#、31#→07#、17#、27#和37#；進(jìn)行4股索的同步張拉。80%的張拉階段也一樣，按照04#、14#、24#和34#→03#、13#、23#和33#→05#、15#、25#和35#→02#、12#、22#和32#→06#、16#、26#和36#→01#、11#、21#、31#→07#、17#、27#和37#的順序進(jìn)行同步張拉。最后按照上述順序進(jìn)行100%張拉。

B部分進(jìn)行張拉，和A部分類似。進(jìn)行完A、B的張拉后，然后區(qū)域內(nèi)再進(jìn)行索內(nèi)力校核，索內(nèi)力控制在±5%內(nèi)可以通過。否則再進(jìn)行加載或卸載，直到整個區(qū)域內(nèi)的索內(nèi)力達(dá)到設(shè)計要求。

等相鄰區(qū)域內(nèi)的索張拉的完成后，再來復(fù)核該區(qū)域的索內(nèi)力，控制在設(shè)計值的±5%以內(nèi)，（見圖3）

根據(jù)這個張拉調(diào)整的原則進(jìn)行索張拉的進(jìn)行，最多時刻需要56個工人和28組張拉工裝進(jìn)行同時張拉和調(diào)整。進(jìn)入實質(zhì)的索張拉階段，我們還需要做以下的準(zhǔn)備工作：張拉工裝的設(shè)計和索內(nèi)力測定儀的標(biāo)定工作。

我們需要張拉的鋼索為14mm的鋁包鋼絞線，初張力為25kN。鋼索采用隱索頭的設(shè)計，需要特殊的張拉工裝才能進(jìn)行。我們在張拉時設(shè)計了如下圖所示的一套張拉工裝，動力是負(fù)重5kN螺旋千斤頂兩個。其他為可拆裝的Q235B加工件。

張拉工裝分為固定部分、活動部分和液壓裝置。固定部分由兩個鋼板支座和兩根M30的螺桿組成?；顒硬糠譃?0*10*L566鋼板支座。液壓裝置為兩個5T的液壓千斤頂。當(dāng)千斤頂工作時，千斤頂伸長，活動部分會如圖所示的向左運動，使得鋼索伸長，達(dá)到張拉的效果，（見圖4）。

我們采用的索內(nèi)力測定儀是我司設(shè)計制作的專利產(chǎn)品，目前質(zhì)監(jiān)站、計量局等相關(guān)單位尚未標(biāo)定和檢測的項目。一個索內(nèi)力測定儀發(fā)到工地，在運輸過程中，可能會出現(xiàn)種種的問題，導(dǎo)致儀器的失準(zhǔn)。偏大和偏小的數(shù)據(jù)對工程都是不利的，我們需要簡單的對索內(nèi)力測定儀進(jìn)行標(biāo)定。

對索內(nèi)力測定儀進(jìn)行所用的φ14鋁包鋼絞線進(jìn)行測量加載試驗。試驗加載采用沙袋、鋼架、木方，精度0.1kg。索內(nèi)力測定儀為公司所用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)力測定儀。

試驗一共采集了11組數(shù)據(jù)。試驗結(jié)束后對數(shù)據(jù)進(jìn)行了線性分析，得出索內(nèi)力測定儀正、負(fù)讀數(shù)的理論直線。正讀數(shù)直線的方程為：y=0.001x+0.0182；復(fù)讀數(shù)直線方程為：y=0.001x+0.0327。由此可知：

1、采用正讀數(shù)在索內(nèi)力測定儀上讀取數(shù)據(jù)時應(yīng)該加上18.2kg的值，基于索內(nèi)力測定儀的精度為10公斤級，故采用在讀取數(shù)據(jù)上加上20kg（即0.020）；

2、同樣的情況，采用負(fù)讀數(shù)在索內(nèi)力測定儀上讀取數(shù)據(jù)時應(yīng)該加上32.7kg的值，基于索內(nèi)力測定儀的精度為10公斤級，故采用在讀取數(shù)據(jù)上加上30kg（即0.030），（見圖5）。

試驗數(shù)據(jù)如下：

通過以上的兩個準(zhǔn)備工作后，接下來的工作是進(jìn)行張拉前期工作。

前期工作包括：

1、鋼梁的實際尺寸及標(biāo)高，包括對角線及鋼梁邊到孔中的尺寸等等。

2、為了監(jiān)測鋼梁在張拉過程中的變化情況，隨時掌握局部結(jié)構(gòu)的安全狀況。在鋼梁頂面彈上測量鋼梁相對變形的墨線，拉好鋼梁頂面測量所需的測量線，即在張拉以前，鋼梁頂面的兩端，彈上一條與鋼梁截面的形心在同一豎直直線上的墨線。固定一根測量用的鋼絲線，與此線重合；在固定索頭的位置設(shè)置一個千分表來測量鋼梁腹板的局部變形。來與設(shè)計所要求的變形尺寸進(jìn)行核對。當(dāng)索開始張拉時，人在鋼梁頂面用精度為1mm的鋼卷尺進(jìn)行測量。當(dāng)鋼梁的變形值超過梁長度的1/600時，應(yīng)該停止張拉，與設(shè)計進(jìn)行溝通，對張拉方案進(jìn)行研究和改進(jìn)。安全張拉至100%的24小時后，再進(jìn)行鋼梁變形的復(fù)核。按索張拉的順序記錄下張拉時鋼梁變形的值，以保證鋼梁時刻在可以控制的范圍內(nèi)。如下照片所示。每天對張拉完的鋼索和鋼梁進(jìn)行觀測，每天進(jìn)行記錄，一周后方可進(jìn)行鋼管桁架和玻璃的安裝。

3、檢查鋼梁各個孔的位置是否與圖紙一致，檢查鑰匙孔內(nèi)是否有焊渣，檢查穿管的鋼管是否平滑和是否圓（見圖6）。

鋼梁張拉時變形值登記表（日記錄）

索張拉的步驟為：

拉索預(yù)拉應(yīng)力控制值主要與設(shè)計內(nèi)力變化范圍及施工時溫度有關(guān)，在施工前由技術(shù)部門根據(jù)設(shè)計計算書確定最終張拉應(yīng)力值（25kN），按合攏溫度以每5℃一個控制值作出控制應(yīng)力表（如下表1），上報業(yè)主、監(jiān)理作為控制依據(jù)。

單根索的張拉過程為：在張拉工裝安裝上去之后，將索端頭螺母擰緊。固定上索內(nèi)力測定儀，搖動螺旋千斤頂?shù)匿摴軗u柄。在此同時，擰緊端部的螺母鎖緊鋼索。當(dāng)索內(nèi)力測定儀的讀數(shù)快接近需要張拉的內(nèi)力值時，緩慢的搖動搖柄。當(dāng)內(nèi)力值離需張拉值只有10%的時候，靜置2min，然后慢慢加力至張拉值，鎖緊端頭的螺母。拆下索內(nèi)力測定儀、卸下工裝。

整個區(qū)域內(nèi)索張拉應(yīng)按左右對稱、反復(fù)張拉、逐步到位等原則實施預(yù)應(yīng)力張拉。整個區(qū)域內(nèi)索張拉過程如上面所說的張拉順序。

索力的測試和調(diào)整

當(dāng)索內(nèi)力出現(xiàn)損失和過多時，通過張拉工裝的千斤頂裝置的工作，調(diào)解索端頭的螺母，或松或緊，使得索內(nèi)力值與需張拉設(shè)計值相差不過5%。

三、總結(jié)

通過此次對于索結(jié)構(gòu)幕墻鋼索張拉部分的簡要分析，使相關(guān)人員進(jìn)一步明確鋼索張拉這一部分的細(xì)節(jié)。將有助于以后更好的控制索結(jié)構(gòu)幕墻的設(shè)計合理性，也為更多形式的設(shè)計提供了理論上的支持。