李昌馭 喬文俊 徐 偉

1.南京市建筑安裝工程質(zhì)量監(jiān)督站 南京 210007；2.江蘇建科建設(shè)監(jiān)理有限公司 南京 210008；3.中建三局集團(tuán)有限公司（滬） 上海 200129

1 工程概況

南京國際博覽中心二期工程的1#、2#展館采用單層張弦梁鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，屋蓋整體傾斜，角部大懸挑，整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)支承于下部混凝土柱上，單個(gè)展廳的鋼屋蓋結(jié)構(gòu)共有18 榀張弦梁，單榀張弦梁自重約84.7 t，間距9 m，跨度74 m，垂跨比1∶18.5，每個(gè)展館由2 部分屋面組成（圖1），屋蓋縱向中部存在高差，屋面飛出館外的部分采用斜支撐懸挑。

圖1 單個(gè)展館屋蓋平面示意

張弦梁的上弦為單坡雙H型鋼直梁，梁高1.2 m，主截面為1 200 mm×400 mm×24 mm×35 mm，梁截面為2 根工字型鋼由橫板在上下翼緣拼接而成；預(yù)應(yīng)力拉索由1 670 MPa級(jí)PESφ7 mm×301規(guī)格鍍鋅鋼絲組成，外包高密度聚乙烯（HDPE）護(hù)層，索體兩端可調(diào)，索頭采用冷鑄錨。為了盡量突出展館內(nèi)的大空間，張弦梁拉索的垂直高度僅4 m，拉索的撐桿分為上下2 段，上段為受力段，下段為裝飾段（圖2），上下2 段的總長(zhǎng)度均為4.2 m，使得等長(zhǎng)的撐桿結(jié)合拉索的弧線，在視覺上極具韻律性[1-3]。

圖2 單榀張弦梁結(jié)構(gòu)單元示意

2 工廠加工及質(zhì)量控制

有限元分析結(jié)果表明，張弦梁應(yīng)力在支座區(qū)域最大，所有熔透焊縫均為一級(jí)焊縫，由于支座處含有拉索的斜向穿孔，加勁板多，工廠內(nèi)加工應(yīng)注意保證焊接質(zhì)量，尤其對(duì)于隱蔽焊縫，做好焊縫檢測(cè)。

展館中央的高低屋面重疊部位，立面上采用1 榀張弦桁架銜接高低屋面，桁架自重約220 t，如完全通過拉索抬起桁架，則張拉索力過大，將造成張弦梁支座區(qū)域的應(yīng)力超過屈服應(yīng)力，故對(duì)張弦桁架，采用工廠內(nèi)加工預(yù)起拱25 mm的措施，以減小支座應(yīng)力。

深化設(shè)計(jì)的找形分析完成后，構(gòu)件之間的位置關(guān)系就已經(jīng)精確形成且唯一，包括張弦梁總長(zhǎng)、梁底插耦位置、受力段撐桿的長(zhǎng)度、拉索總長(zhǎng)、索夾在拉索上的位置。對(duì)張弦梁的整體長(zhǎng)度應(yīng)在加工中進(jìn)行全過程控制，74 m跨度的誤差應(yīng)控制在-5～+10 mm之內(nèi)，以保證梁體在兩端支座埋板上的準(zhǔn)確就位，以及插耦位置和索夾的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

撐桿的垂直度直接決定觀感質(zhì)量，如果撐桿不垂直，將顯著影響展館建筑效果，撐桿垂直度主要由深化設(shè)計(jì)建模分析的精度決定，同時(shí)施工中應(yīng)控制好張拉力、上下節(jié)點(diǎn)初始位置、張拉伸長(zhǎng)值3 個(gè)因素，本工程采用兩端張拉工藝，有助于避免撐桿向一個(gè)方向傾斜[4-6]。

撐桿與張弦梁的連接，靠撐桿插入梁底的2 片耳板間（插耦）來實(shí)現(xiàn)，插耦間隙精度應(yīng)嚴(yán)格控制，間隙過大，對(duì)撐桿起不到平面外的約束作用，撐桿將有外擺趨勢(shì)；間隙過小，撐桿難以插入，且工廠內(nèi)如果不能加工到位，出現(xiàn)間隙不足，施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)人員往往會(huì)采用火焰糾正來擴(kuò)大間隙，對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生影響。工廠內(nèi)應(yīng)保證撐桿插入后，每側(cè)間隙＜1.5 mm。

3 鋼梁吊裝及質(zhì)量控制

張弦梁體系的構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)做好配套工作，包括主梁、次梁、撐桿、支座、索夾、拉索等構(gòu)件，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)做好交底，保證現(xiàn)場(chǎng)安裝有條不紊的進(jìn)行。

張弦梁兩端支座下的混凝土獨(dú)立柱，截面形狀為橢圓形，截面尺寸1 000 mm×2 000 mm，由于張弦梁及屋面板自重由兩端支座承擔(dān)，柱頂局部壓應(yīng)力大，重點(diǎn)保證柱體垂直度、鋼筋綁扎、混凝土澆筑質(zhì)量，柱體垂直度須在埋板安裝時(shí)校核到位，同時(shí)保證澆筑過程不跑模，保證固定鉸支座位于柱頂正中（圖3），使得獨(dú)立柱軸心受力。

圖3 混凝土獨(dú)立柱頂?shù)膹埾伊海ü潭ㄣq）支座

從便于運(yùn)輸角度考慮，每根長(zhǎng)74 m的張弦梁均分為3 段進(jìn)場(chǎng)，吊裝時(shí)在胎架上對(duì)接拼裝，對(duì)接焊縫均為一級(jí)焊縫，每跨采用2 處雙拼胎架（圖4）。雙胎架較之單胎架，既增加了穩(wěn)定性，也方便拉索從雙胎架中間提升吊裝。

圖4 張弦梁中間一段吊裝

考慮到館內(nèi)運(yùn)輸通道，張弦梁垂直跨度方向擺放，采用1 500 kN汽車吊，起吊過程中旋轉(zhuǎn)90°至安裝方向，卡馬對(duì)中后，普通螺栓加點(diǎn)焊臨時(shí)固定，之后吊車松鋼絲繩不松鉤，次梁隨主梁同步安裝，待兩側(cè)次梁就位固定后，吊車松鉤，梁上下翼緣及腹板的對(duì)接焊縫正式焊接，高空焊接采用防風(fēng)布，保證CO2氣體保護(hù)效果。

在張弦梁腹板上張貼反光觀測(cè)標(biāo)識(shí)，采用全站儀檢測(cè)張弦梁的安裝位置、標(biāo)高，除高低跨處的桁架大梁外，不考慮安裝起拱。張弦梁安裝與張拉偏差控制指標(biāo)：混凝土獨(dú)立柱垂直度為1/300；支座平面位置長(zhǎng)邊方向20 mm、短邊方向10 mm；標(biāo)高±10 mm；跨度-10～+20 mm；跨中撓度≤30 mm；拉索撐桿垂直度1/200。

4 索起吊、安裝及質(zhì)量控制

4.1 拉索進(jìn)場(chǎng)檢查

由于拉索在無應(yīng)力狀態(tài)下安裝，為保證索夾的安裝位置，同時(shí)為消除非彈性因素對(duì)鋼索長(zhǎng)度的影響，拉索的長(zhǎng)度和索夾位置標(biāo)識(shí)控制均應(yīng)在設(shè)計(jì)預(yù)張力的應(yīng)力狀態(tài)下下料，雖然制索在工廠內(nèi)完成， 但拉索與撐桿的空間姿態(tài)關(guān)系是在深化設(shè)計(jì)中得到計(jì)算和控制的，對(duì)拉索廠家應(yīng)進(jìn)行交底，拉索進(jìn)場(chǎng)重點(diǎn)檢查拉索長(zhǎng)度、預(yù)張拉記錄及索體表面索夾位置的標(biāo)識(shí)，成品拉索長(zhǎng)度≤100 m時(shí)，索長(zhǎng)偏差≤20 mm。

4.2 索夾安裝

索夾由2 個(gè)半球形的鑄鋼件組成，半球內(nèi)壁鑄有凸起的條紋，以增加包裹拉索的摩擦力，在拉索展開后，根據(jù)索體表面的標(biāo)識(shí)安裝索夾，由4 顆螺栓固定，由于索體外包的聚乙烯護(hù)套既有一定硬度，又有一定的彈性，需要對(duì)4 顆螺栓進(jìn)行反復(fù)擰緊。

4.3 拉索吊裝

將拉索在地面上順梁方向展開，從雙拼胎架中間穿過，兩端由汽車吊吊起，采用鋼絲繩、千斤頂牽引索頭（圖5），穿過張弦梁兩端支座的斜向張拉孔中就位，調(diào)整上半截?fù)螚U，使得索夾進(jìn)入撐桿凹槽，穿過張弦梁支座的張拉孔中就位，待兩側(cè)各榀裝完，張拉本榀。

圖5 拉索由吊機(jī)、鋼絲繩、千斤頂牽引穿入支座

5 索張拉及質(zhì)量控制

張拉采用雙控原則，以控制變形為主，張拉力控制為輔，設(shè)計(jì)張拉索力每榀不等，最小值2 240 kN，最大值3 450 kN，每榀張弦梁張拉前，按照兩側(cè)均有2 榀張弦主梁及次梁安裝到位的前提下，方可張拉本榀梁，張弦梁一端支座固定，一端自由滑動(dòng)，全部張弦梁張拉完畢后，將滑動(dòng)支座固定。自由端的支座兩側(cè)焊限位鐵，約束平面外位移，同時(shí)支座底和柱頂埋件之間涂抹黃油，實(shí)現(xiàn)自由滑動(dòng)端。

張拉時(shí)，隨著拉應(yīng)力的增加，鋼索有一個(gè)自適應(yīng)過程，經(jīng)過自平衡而使內(nèi)力重分布后， 形狀也隨之改變，張拉由地面指揮，兩端同步，采用分級(jí)對(duì)稱、緩慢加速、同步加載的原則，分五級(jí)張拉程序：預(yù)緊→20%→40%→60%→80%→100%，每級(jí)持荷時(shí)間為2 min，保證應(yīng)力和變形均勻增加，同時(shí)觀察撐桿垂直度，發(fā)現(xiàn)偏擺較大時(shí)，可將索力卸掉，適當(dāng)移動(dòng)索夾位置后，重新張拉[7,8]。

張拉時(shí)，將張弦梁跨中節(jié)點(diǎn)豎向位移作為首要變形控制參數(shù)（圖6），在跨中下方地面設(shè)置激光鉛直儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，除11軸大桁架梁自重較大外，其余張弦梁張拉完即脫離胎架，與設(shè)計(jì)相符。經(jīng)過對(duì)多道梁自由端支座的觀測(cè)，未見滑動(dòng)，表明張弦梁未發(fā)生肉眼可見的軸向變形。

圖6 張拉完成的初始態(tài)（下段裝飾撐桿尚未安裝）

胎架卸載時(shí)，對(duì)胎架是卸載，對(duì)張弦梁體系實(shí)際是加載，梁自重及結(jié)構(gòu)荷載開始由張弦梁體系承受，觀測(cè)表明，梁跨中豎向撓度最大3 mm，11軸上拱23 mm，與深化設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果吻合較好（表1）。

表1 張弦梁跨中節(jié)點(diǎn)豎向位移

6 索力監(jiān)測(cè)

對(duì)于張弦空間結(jié)構(gòu)，由于數(shù)榀張弦桁架之間存在相互影響，在施工前通過計(jì)算分析，循環(huán)逆迭代，得到每一榀張弦梁拉索的設(shè)計(jì)張拉力，從而做到一次張拉到位，避免循環(huán)張拉。

拉索張拉前，在張拉端的錨墊板和螺母之間安裝穿心式壓力傳感器（索力計(jì)），拉索張拉后，拉索的內(nèi)力傳遞到壓力傳感器，傳感器內(nèi)部安裝有高靈敏度弦式應(yīng)變計(jì)，根據(jù)傳感器的受壓面積和應(yīng)變可得到傳感器所承受的壓力，張拉索力誤差應(yīng)≤10%的設(shè)計(jì)索力，索力實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值相比，滿足偏差要求。

7 結(jié)語

南京國際博覽中心工程為大跨鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，施工難度較大，針對(duì)主結(jié)構(gòu)加工、安裝、張拉中遇到的相關(guān)問題，通過采取各種技術(shù)措施，使得問題得以有效的解決。

通過對(duì)索力及擾度監(jiān)測(cè)驗(yàn)證，結(jié)果均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，撐桿垂直度等觀感效果良好，收到了良好的工程效果，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。