王占良 ?？萍?張國(guó)根

寧波建工工程集團(tuán)有限公司鋼結(jié)構(gòu)工程分公司 浙江 寧波 315040

浙江寧波華僑酒店改造工程包括一期建筑右側(cè)加建3層鋼平臺(tái)，二期東樓和南樓頂部局部加建1層，二期東樓和北樓拐角處加建2層，二期南樓和北樓之間加建1個(gè)開合屋面的鋼結(jié)構(gòu)玻璃采光頂。

其中一期建筑鋼平臺(tái)為鋼框架結(jié)構(gòu)，樓面為DECK板組合樓板，屋面為輕鋼屋面系統(tǒng)；鋼柱底部鉸接，一部分鋼柱支撐于二期地下車庫柱頂，一部分鋼柱支撐于新做基礎(chǔ)上。二期屋面局部加建為輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)，屋面和墻面為輕鋼圍護(hù)系統(tǒng)；鋼柱底部鉸接，支撐于二期建筑混凝土樓面柱上。采光頂面層為框式玻璃幕墻，采光頂鋼結(jié)構(gòu)單榀為在柱頂設(shè)置水平拉索進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉的圓弧拱形門式鋼架，鋼柱底部鉸接，一部分鋼柱支撐于二期建筑屋面柱頂，一部分鋼柱支撐于新建鋼結(jié)構(gòu)上。采光頂整體設(shè)置屋面支撐和柱間支撐以保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。

1 結(jié)構(gòu)體系

華僑大酒店改造項(xiàng)目采光頂主拱架采用帶拉索的弧形門式鋼拱架，該拱架拼裝軸線跨度為44.770 m，拱高約7.533 m，拱梁采用300 mm×600 mm×12 mm×20 mm的箱形截面，拉索采用φ7 mm×37的1 670 MPa鍍鋅高強(qiáng)度鋼絲束，安裝初始階段，拉索的張緊力為250～270 kN，使用階段拉索的張緊力為480～490 kN。

2 預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工方案

2.1 工藝原理

大跨度拱索屋架整體安裝時(shí)，在地面搭設(shè)拱索屋架梁拼裝胎架，將屋架梁若干分段吊裝至拼裝胎架上，拼裝成整體安裝單元（圖1）。

圖1 拱形梁地面拼裝

采用大型吊車?yán)门渲煤玫牡跹b料索具將整體安裝單元吊起脫離胎架（圖2），再將整體安裝單元吊裝至結(jié)構(gòu)安裝位置，準(zhǔn)確就位，經(jīng)測(cè)量校正將整體安裝單元與屋架下部支撐體系連接[1-3]。

2.2 施工流程

圖2 拱形梁整體吊裝示意

每榀鋼架先在工廠按設(shè)計(jì)分5段進(jìn)行加工，然后在廠內(nèi)拼裝成3段運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)胎架上拼裝成整體，然后進(jìn)行拉索安裝。拉索的安裝要保持一定的松弛狀態(tài)，拉索安裝完畢之后利用3根鋼絲繩按拉索4等分懸掛在鋼架上，使拉索基本保持水平狀態(tài)，這樣既能保證拉索和鋼架處于零狀態(tài)，同時(shí)又能避免因拉索受重力影響，對(duì)鋼架牽引導(dǎo)致鋼架跨度變小難以就位。接著采用80 t履帶吊車把鋼架吊至屋頂，安裝到對(duì)應(yīng)的柱子上。待橫向次梁安裝完成后，再去除臨時(shí)鋼絲繩（圖3）。

圖3 施工現(xiàn)場(chǎng)

2.3 操作要點(diǎn)

拱形梁吊裝單元地面整體拼裝，拱形梁分段按拼裝順序依次編號(hào)。地面設(shè)置支架立拼柱腳板，柱腳板距離等于拱形梁零狀態(tài)時(shí)的跨度并與就位時(shí)的柱腳位置一致。地面搭設(shè)拼裝胎架，測(cè)量校正胎架上表面平直度及標(biāo)高。拱形梁分段吊裝至拼裝胎架上，梁端固定在柱腳板上，另一端擱置在胎架上，填補(bǔ)段擱置在兩邊梁段上，測(cè)量接口處截面偏差不大于梁體厚度的l/10，且不大于3 mm，弦長(zhǎng)容許偏差為－3～0 mm。拱形梁整體拼裝完成后檢查弦長(zhǎng)容許偏差，且撓曲矢高不大于弦長(zhǎng)的l/1 000和10 mm中的較小值。

安裝拱形梁下部拉索：首先將拉索固定端安裝在拱形梁預(yù)定的一端，然后將拉索利用吊裝設(shè)備牽引延伸至拱形梁的另一端，將拉索的張拉端與拱梁的另一端按設(shè)計(jì)要求組裝起來。索具的張拉端要預(yù)留拉索可以比設(shè)計(jì)尺寸調(diào)長(zhǎng)50～70 mm的空間。張拉端安裝時(shí)，將這50～70 mm的空間釋放，使拉索比設(shè)計(jì)長(zhǎng)度長(zhǎng)出50～70 mm。這樣既便于拉索安裝，又不會(huì)因?yàn)槔鲝埦o導(dǎo)致拱架弦長(zhǎng)變短不能就位。

安裝拉索提拉繩：拉索在自重作用下自然下垂形成的懸鏈對(duì)鋼拱架會(huì)產(chǎn)生很大的水平拉力，導(dǎo)致拱架弦長(zhǎng)變短不能就位。為此，需要在拉索的四等分點(diǎn)上分別安裝拉索提拉繩，將拉索自重懸掛在拱架上。

拱索屋架整體吊裝：合理選擇拱索屋架的吊點(diǎn)位置和鋼絲繩的規(guī)格長(zhǎng)度，使得拱索屋架的重心在最底部吊點(diǎn)連線之下，這樣可以保證拱索屋架起吊后不會(huì)翻轉(zhuǎn)。合適的鋼絲繩的規(guī)格和長(zhǎng)度，可使屋架合理受力，保證拱架弦長(zhǎng)在吊裝時(shí)保持不變，確保順利就位。拱形梁起吊及脫離胎架過程，檢測(cè)拱形梁和扁擔(dān)的側(cè)向變形。在拱形梁端部拉設(shè)纜風(fēng)繩，用于結(jié)構(gòu)就位及吊裝過程穩(wěn)定，防止構(gòu)件轉(zhuǎn)向。

拱形梁吊裝至安裝位置后，緩慢下落，同時(shí)利用撬棒從柱頂板螺栓孔穿出做導(dǎo)向桿，拱架下落時(shí)對(duì)應(yīng)的螺栓孔穿入導(dǎo)向桿，落穩(wěn)就位后，穿入臨時(shí)螺栓固定。待測(cè)量校正后，將臨時(shí)螺栓替換為永久螺栓。拱形梁安裝就位后，使用汽車吊安裝縱向橫梁。待拱形梁穩(wěn)定后，履帶吊車方松鉤，并準(zhǔn)備安裝下一吊裝單元。所有拱架及縱向橫梁安裝完畢后，分步張緊拉索，拆除拉索提拉繩，拱索結(jié)構(gòu)進(jìn)入初始狀態(tài)。

2.4 拉索預(yù)應(yīng)力張拉過程

2.4.1 拉索的選擇

本拉索適用于建筑結(jié)構(gòu)，為冷鑄錨，鋼絲為φ7 mm熱鍍鋅鋼絲，抗拉強(qiáng)度≥1 670 MPa，整體破斷荷載≥2 378 kN（圖4）。錨具整體破斷載荷不低于索體破斷載荷，錨具表面鍍彩鋅處理，鋅層厚度20～40μm，索體外包雙層PE，內(nèi)黑外白，符合相關(guān)國(guó)標(biāo)要求。拉索長(zhǎng)度為孔心至孔心長(zhǎng)度，在此基礎(chǔ)上可調(diào)節(jié)－60～140 mm。

圖4 拉索示意

2.4.2 張拉設(shè)備的選擇

結(jié)合理論計(jì)算，預(yù)拉力最大的時(shí)候?yàn)?50 kN，采用預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)專用千斤頂、油泵、液壓傳感器和讀數(shù)儀器。根據(jù)設(shè)計(jì)和預(yù)應(yīng)力工藝要求的實(shí)際張拉力對(duì)油泵傳感器及讀數(shù)儀進(jìn)行標(biāo)定。

2.4.3 張拉順序

單根拉索分級(jí)張拉，張拉分3級(jí)，每根鋼索從初始狀態(tài)張拉到50 kN，從④軸到⑩軸依次進(jìn)行。間隔一段時(shí)間之后張拉至140 kN，以此類推，最后一輪張拉到250 kN。張拉時(shí)油壓應(yīng)當(dāng)緩慢增加，并且一邊張拉一邊擰緊調(diào)節(jié)套筒。

3 施工仿真計(jì)算

本工程屋面鋼結(jié)構(gòu)的平面投影為矩形，屋面主要受力構(gòu)件為沿跨度方向布置的預(yù)應(yīng)力索拱結(jié)構(gòu)，各榀張弦桁架構(gòu)造相同。對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)來說，在施工過程中，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布不斷發(fā)生變化，為了對(duì)整個(gè)施工過程有一個(gè)全面的了解，需要進(jìn)行全過程施工仿真計(jì)算，來確定每一步的具體張拉力及張拉過程的應(yīng)力檢測(cè)內(nèi)容。本工程采用SAP 2000軟件為計(jì)算工具，選擇其中一榀鋼架進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算（圖5）。

圖5 鋼架計(jì)算模型

通過軟件計(jì)算得到在預(yù)張拉3個(gè)階段和安裝完玻璃后滿荷載狀態(tài)的索拉力及梁柱的應(yīng)力，與實(shí)際情況測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。

4 施工監(jiān)測(cè)

4.1 鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的必要性

由于大型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜、施工難度高、形變緩慢等特點(diǎn)，施工期間的鋼結(jié)構(gòu)安全性成為一個(gè)不可忽視的問題。

本工程的施工吊裝及使用過程是一個(gè)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變化的過程，吊裝施工過程中子結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)有可能發(fā)生變化。從吊裝完成到焊接安裝完畢以及交付使用后其他荷載的施加，不同階段有不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)和不同的受力特性，每個(gè)階段的邊界條件和所受荷載也都是不同的。因此，本工程根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)以及施工工藝情況建立專門的施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要針對(duì)結(jié)構(gòu)在施工過程及未來使用過程中受到的環(huán)境以及各類施工因素的影響所造成的結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化情況，采取相應(yīng)的控制措施。

本工程施工過程部分采用鋼結(jié)構(gòu)吊裝工藝。在吊裝及安裝的過程中，吊裝部分整體穩(wěn)定性較差，拉索張緊應(yīng)力浮動(dòng)較大，因而需要監(jiān)測(cè)控制其變形情況。而對(duì)于頂部的提升部分的結(jié)構(gòu)及吊裝位置處的構(gòu)件，需要監(jiān)測(cè)其應(yīng)力變化，從而保證整體吊裝的穩(wěn)定順利以及吊裝安裝過程的安全。

4.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)理論計(jì)算分析，對(duì)結(jié)構(gòu)在整體提升過程中的應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行初步布置，具體位置經(jīng)過與設(shè)計(jì)方、施工方等相關(guān)單位討論后可局部調(diào)整，測(cè)點(diǎn)總數(shù)34個(gè)，采用振弦應(yīng)變計(jì)。一共監(jiān)測(cè)7根索，每根索上有4個(gè)測(cè)點(diǎn)，計(jì)算時(shí)取4個(gè)點(diǎn)的平均值。⑥軸線處柱子內(nèi)側(cè)、外側(cè)，梁端上側(cè)、下側(cè)，梁中上側(cè)、下側(cè)各設(shè)置1個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

預(yù)張拉3個(gè)階段和滿荷載的時(shí)候都對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)（圖6）。

圖6 監(jiān)測(cè)結(jié)果

5 結(jié)語

寧波華僑酒店工程為預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)改建工程，其結(jié)構(gòu)體系合理、充分地利用了原有的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特，體系簡(jiǎn)約而不簡(jiǎn)單，造型簡(jiǎn)潔而不復(fù)雜，充分體現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)師的意圖。

根據(jù)結(jié)構(gòu)的形式，制訂了合理的安裝和張拉施工方案。對(duì)制訂的施工方案進(jìn)行施工仿真模擬計(jì)算，依據(jù)計(jì)算結(jié)果確定對(duì)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)方案。

通過對(duì)鋼架的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可為該項(xiàng)目鋼架的穩(wěn)定研究提供數(shù)據(jù)支持。施工時(shí)應(yīng)將施工模擬仿真計(jì)算和施工過程緊密結(jié)合，以理論指導(dǎo)實(shí)際，以實(shí)際來檢驗(yàn)理論。