謝雙元

中國新興建設開發(fā)有限責任公司 北京 100039

1 工程簡介

本工程由三個結構單體構成，鋼結構施工內容為三個單體的屋蓋結構。其中A和B結構單體屋蓋采用張弦梁屋蓋，C單體采用輕型鋼結構屋蓋。

重點介紹B單體，該單體長度96m，跨度42m。共三層，大跨度鋼梁共計15榀，截面形式為箱型，單榀長度為43.68m。重量為8.5噸，標高為23.05米，下方樓層面標高9.350m。B單體共有10根拉索，規(guī)格為φ7X211(等效直徑101)

拉索表面均采用雙層PE護層，采用高強鋼絲束FK=1670MPa，索頭為雙插耳形式、單端可調

2 重點難點分析

本工程所涉及的預應力工程為預應力鋼結構。

張弦結構的施工技術設計的主要內容就是確定預應力過程的次序、步驟、采用的機械設備、每次預應力過程的張拉量值，同時控制結構的形狀變化[1]。

對張弦結構的變形和預應力鋼索的張拉力進行監(jiān)測，以確保結構施工期的安全，保證結構的初始狀態(tài)與原設計相符。

3 施工部署

3.1 施工方案確定

總體吊裝順序：鋼結構安裝隨土建施工進度， A、B區(qū)鋼結構同時安裝，再進行C區(qū)的安裝。A、B區(qū)大跨度主向構件分為重量相近的三段。通過設置在每榀大梁下方的承重平臺進行對接，主次構件安裝焊接完成后進行索的張拉。張拉完畢后對結構進行卸載。

承重架體搭設區(qū)域如平面圖所示，承重架體橫豎干間距為1.2m，陰影部位為承重平臺區(qū)域，承重平臺是在承重點下方的承重架2mx2m區(qū)域內對立桿進行加密，立桿間距為400mm。支撐平臺部位采用支撐桿承托雙向100x100木方，木方上方鋪設20mm厚鋼板，鋼梁采用H200鋼梁支撐。

承重架全部區(qū)域設置防護網(wǎng)，支撐平臺四周設置水平欄桿，四周4mx4m區(qū)域設置硬防護。

根據(jù)預應力索張拉計算結果，A區(qū)屋蓋在張拉完畢后起拱值為40mm；B區(qū)屋蓋在張拉完畢后起拱值為29mm。所以在預應力索張拉完畢后，構件已向上離開支撐點標高，故隨著預應力索張拉完畢，支撐點也完成卸荷。鋼構件與拉索安裝需在環(huán)境溫度5攝氏度以上進行。

3.2 吊裝設備

現(xiàn)場塔吊型號為K30/30，臂長70m，端部吊重為3噸。塔吊起重能力覆蓋范圍以外區(qū)域采用200噸汽車吊進行吊裝。

4 施工方法

4.1 安裝測量

（1）建立矩形平面控制網(wǎng)：

（2）由專人將地腳螺栓群上的水泥砂漿清理干凈；

（3）將經(jīng)緯儀架在硬質的地面上調整校正；

（4）通過土建提供的標高控制網(wǎng)（50線）用鋼卷尺測量牛腿的安裝高度，并在預埋件上劃高度控制線。

4.2 地腳螺栓安裝

本工程中鋼柱柱腳做法如圖所示，地腳螺栓規(guī)格為M30x750，每個柱腳地腳螺栓數(shù)量為4根。地腳螺栓在柱腳混凝土模板支設完畢后安裝。

地腳螺栓安裝程序

測量放線→安裝地腳螺栓→定位板穩(wěn)固→調校合格→澆注砼（土建）→初凝前復?！炷琉B(yǎng)護→拆除定位板。

地腳螺栓安裝方法

（1）準備工作：①嚴格按照圖紙尺寸，對進場的地腳螺栓及地腳螺栓定位板進行驗收，尤其是螺栓孔的相對位置不得超過2mm。②根據(jù)設計提供的深化圖紙和定位板圖紙，制定切實可行的測量方案。③儀器工具準備工作，結合本工程的特點，地腳螺栓的埋設需要的主要工具如下：全站儀1臺、電子經(jīng)緯儀2臺、水準儀1臺、50m鋼卷尺2把、2m鋼尺3把、1m鋼板尺3把、直角尺3把。各測量儀器均經(jīng)過檢測并在有效期內。

（2）測量放線。根據(jù)設計要求，用經(jīng)緯儀和全站儀放線，將軸線和鋼柱輪廓線彈在基礎底板墊層上，根據(jù)軸線和鋼柱輪廓線初步確定地腳螺栓的位置。

（3）地腳螺栓安裝。第一步，考慮本工程地腳螺栓埋設深度和避免底板鋼筋綁完后無法插入地腳螺栓等因素，地腳螺栓在樓板鋼筋綁扎過程中進行埋設（埋設標高根據(jù)樓板鋼筋位置適當調整）；第二步，地腳螺栓插入到柱鋼筋內；第三步，利用定位板將地腳螺栓群綁定整體，與周圍鋼筋可靠固定；第四步，地腳螺栓安裝就位和樓板鋼筋綁扎過程中用水準儀和全站儀控制鋼柱中心位置和標高。

4.3 兩側支座短鋼柱安裝

本工程中支座短鋼柱為H型柱，規(guī)格為600×16×200×22。短柱長度為：1.6m，重量約2.5t，混凝土達到強度后進行安裝。

鋼柱吊裝到位后要進行標高、柱身扭轉、垂直度的校正。

（1）柱底標高調整：鋼柱加工時，以柱頂面為基準面確定柱身長度及其它部件的位置，安裝前以柱頂面為為基準面分別下返300mm和L-300mm（距離柱底的距離為l-L+300）作標記，如下圖所示，L為鋼柱設計總長度，l為鋼柱的實際測量總長度，標記作為鋼柱校正時的輔助[2]。

標高調整具體做法如下：鋼柱安裝時，在柱底板下的地腳螺栓上加一個調整螺母，螺母上表面的標高調整到與柱底板標高齊平，放上柱子后，利用底板下的螺母控制柱子的標高，精度可達±1mm以內。

（2）柱身扭轉調整：鋼柱吊裝前，并在柱底板側面和混凝土基礎上分別做好中心線標記。鋼柱吊裝時，起重機不脫鉤的情況下，將柱底板上的中心線標記與柱基混凝土上的標記重合即可。

（3）柱身垂直偏差調整：利用調整地腳調整螺母進行垂直偏差校正，以基礎的軸線標記與柱頂中心線標記作為基準線，至少用兩臺經(jīng)緯儀從兩個不同方向進行測控。如果兩條基線不在同一直線上，則說明柱子不垂直。調整螺母使垂直度滿足要求。

4.4 屋蓋鋼梁安裝

本工程B區(qū)相對復雜，所以以B區(qū)安裝進行說明。

安裝順序：構件自B-17向B-1軸方向進行安裝

B-5、B-10～B-17/B-A～B-E 范圍采用塔吊進行吊裝，其余構件采用200t汽車吊吊裝。構件單重最大為3.0噸，塔吊在60m半徑內起重能力為3.65噸，汽車吊在40m范圍內起重能力為4.6噸。起重設備滿足構件吊裝要求。

汽車吊站位如下圖：

具體吊裝方法：

吊裝鋼梁之前，將四周短柱安裝完畢。

1.首先，安裝B-17軸混凝土框架梁上方鋼梁

2.然后，安裝B-16、B-17軸主向短跨鋼梁，并安裝次構件

3.在拼裝平臺上精確放線，定位鋼梁安裝位置，并調整好支撐點標高。然后吊裝大跨度鋼梁兩側鋼梁，隨即吊裝次構件

4.吊裝大跨度鋼梁中間段鋼梁，完成主向鋼梁的組拼，隨即吊裝次向構件

5.按照第3、4步完成剩余主向鋼梁及次向鋼梁的吊裝

4.5 拉索安裝和張拉施工方案

4.5.1 預應力拉索施工總體思路

屋蓋鋼結構和周圍其他構件安裝完成后進行拉索的安裝和張拉。拉索的張拉施工總體思路為：鋼結構安裝就位后，搭設拉索安裝張拉操作平臺，安裝完拉索之后對拉索分級分批進行張拉，B單體結構張拉分2級，每次張拉一榀拉索。

4.5.2 具體施工流程

4.5.3 預應力拉索安裝和張拉實施方案

拉索進場后的檢查內容：1、拉索的外層保護良好，沒有明顯的摩擦損傷痕跡；拉索的標記點位置準確。

4.5.3.1 拉索地面展開

為了在現(xiàn)場施工方便，在索體制作時，每根索體都單獨成盤，在加工廠內將索體纏繞成盤，到現(xiàn)場后吊裝到事先加工好的放索盤上，放索盤的示意圖見下圖。

索在地面開盤，放索可采用卷揚機或者吊車牽引放索。放索前將索盤吊至該索所在榀一端端頭，借助放索車，由一端向另一端牽引。在放索過程中因索盤自身的彈性和牽引產生的偏心力，索盤轉動會使轉盤時產生加速，導致散盤，易危及工人安全，因此對轉盤設置剎車和限位裝置。為防止索體在移動過程中與地面接觸，損壞拉索防護層或損傷索股，索頭用布袋包住，將索逐漸放開，在地面沿放索方向鋪設一些圓鋼管，以保證索體不與底面接觸，同時減少了與底面的摩擦力，圓鋼管的長度不小于1米，間距為2.5m左右。由于索的長度要長于跨度，索展開后應與軸線傾斜一定角度才能放下，因此牽引方向要與軸線傾斜一定角度，牽引時使索基本保持直線狀移動。

4.5.3.2 拉索安裝

本張弦梁屋蓋結構為單向張弦體系。拉索在屋面殼體下方放開以后，利用卷揚機和倒鏈進行安裝，具體思路如下：安裝時借助卷揚機和導鏈等工具整體同步提升拉索，當拉索提升到一定高度（索頭距耳板1.5m左右），先安裝拉索兩端索頭，再安裝索夾節(jié)點，即先借助倒鏈牽引索頭，通過銷軸將索頭固定到對應耳板上，拉索兩端索頭安裝完畢后，根據(jù)拉索上的標記點，將拉索和索夾相連，在所有拉索和節(jié)點連接完畢以后，蓋上節(jié)點蓋板擰緊螺栓，

4.5.3.3 拉索張拉工藝

（1）張拉前需具備的條件。a.鋼結構焊縫經(jīng)探傷達到設計要求；b.測量非張拉端一側拉索兩錨固點之間的距離，按照與理論長度之間的差值，調整好非拉索調節(jié)端的螺桿外露長度，消除鋼結構誤差影響；c.張拉設備經(jīng)過標定。

（2）張拉位置。采用調節(jié)端單端張拉的方式進行張拉。

（3）張拉工裝設計。根據(jù)鋼結構施工圖紙，僅在自重作用下，A單體、B單體結構中拉索的最大張拉力為743kN，每次最多同時張拉2根拉索，因此選用2套張拉設備進行張拉，即2個60t千斤頂、2臺油泵及配套張拉工裝等。張拉過程中1臺油泵帶2個60t千斤頂同時工作。

4.5.3.5 B軸張拉分級及分批

考慮預應力施加過程中結構的變形、應力變化等因素，采用分級分批、同步對稱張拉的方法進行預應力拉索張拉。整個張拉過程分2級進行，第一級張拉至設計張拉力的40%，第二級張拉至設計張拉力的100%，最后根據(jù)實測的索力進行局部調整。拉索張拉從一邊向另一邊依次張拉，每次張拉一根拉索，第一步先張拉LS11，第二步張拉LS12，第三步張拉LS13，第四步張拉LS14，最后張拉LS15，第二級張拉從LS15依次到LS11。

4.5.3.6 預應力拉索張拉施工工藝

（1）預應力鋼索張拉前標定張拉設備。根據(jù)設計提供的拉索預應力值，進行施工仿真計算，張拉力最大為74t左右，采用2個60t千斤頂、油泵及張拉工裝等設備。根據(jù)設計和預應力工藝要求的實際張拉力對千斤頂、油壓傳感器進行標定。

（2）預應力鋼索張拉采用雙控，以索力控制為主、變形控制為輔。預應力鋼索張拉完成后，應立即測量校對。如發(fā)現(xiàn)異常，應暫停張拉，待查明原因，并采取措施后，再繼續(xù)張拉。

（3）張拉操作要點：張拉設備安裝：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索重合，以保證預應力鋼索在進行張拉時不產生偏心；預應力鋼索張拉：油泵啟動供油正常后，開始加壓，當壓力達到鋼索設計拉力時，超張拉5%左右，然后停止加壓，完成預應力鋼索張拉。張拉時，要控制給油速度，給油時間不應低于0.5min。

（4）預應力鋼索張拉測量記錄。對壓力傳感器測得壓力和全站儀測得鋼結構變形記錄下來，以對結構施工期行為進行監(jiān)測。

（5）張拉質量控制方法和要求。①鋼結構就位后進行鋼結構的尺寸復核檢查；②張拉力按標定的數(shù)值進行，用壓力傳感器數(shù)值進行校核；③避免在日溫差較大的時期進行張拉施工，減小溫度對索力的影響；④認真檢查張拉設備及與張拉設備相接的鋼索，以保證張拉安全、有效；⑤張拉嚴格按照操作規(guī)程進行，控制給油速度；⑥張拉設備形心應與預應力鋼索在同一軸線上；⑦實測變形值與計算變形值的差值超過允許偏差時，應停止張拉，報告工程師進行處理。

4.5.4 張拉注意事項

（1）在張拉之前，鋼構方應提供節(jié)點及支座等的焊接檢測報告，在保證焊接質量合格的前提下，方可進行拉索的張拉施工。

（2）張拉設備安裝：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索重合，以保證預應力鋼索在進行張拉時不產生偏心；

（3）預應力鋼索張拉：油泵啟動供油正常后，開始加壓，當壓力達到鋼索設計拉力時，超張拉5%左右，然后停止加壓，完成預應力鋼索張拉，張拉時，要控制好給油速度。

（4）由于索體的安裝要求精度較高，索體有一定調節(jié)長度，但調節(jié)量比較小，并且考慮預應力張拉過程中拉索自身伸長值，因此為了保證整個結構的安裝精度，對鋼梁在安裝時要求精度比較高。鋼結構焊接過程中注意保護索體，張拉過程中，四周嚴禁電焊作業(yè)。

4.5.5 預應力補償措施

結構全部張拉完成后，對索力進行檢測，根據(jù)實測的索力值，確定是否進行索力的調整。若需調整，應根據(jù)實測的拉索拉力值建立結構計算模型，通過仿真計算確定索力的調整順序和調整值，以避免相鄰拉索索力的相互影響。

4.6 測量監(jiān)控

為保證鋼結構的安裝精度以及結構在施工期間的安全，并使鋼索張拉的預應力狀態(tài)與設計要求相符，必須對鋼結構的安裝精度、張拉過程中鋼索的拉力以及結構的變形進行監(jiān)測。

4.6.1 結構變形監(jiān)測

在預應力鋼索進行張拉時，鋼結構部分會隨之變形。在預應力鋼索張拉的過程中，結合施工仿真計算結果，對鋼結構變形監(jiān)測可以保證預應力施工安全、有效，（監(jiān)測時只針對結構變形較大，最敏感部位進行監(jiān)測）。對變形的監(jiān)測采用全站儀和反光片（實際檢測時，在每個檢測點上粘貼反光片，以便于觀測定位和采集數(shù)據(jù)）。

4.6.2 張拉預警

在施工過程中，為保證更高的施工質量，特此對結構進行施工監(jiān)測。在整個施工過程中，監(jiān)測以拉索索力控制為主，結構位移控制為輔，其中索力監(jiān)控預警值為理論值的±10%，位移監(jiān)控預警值為理論變形的±15%。

在張拉過程中將測量數(shù)據(jù)與計算的理論值進行比較，如果出現(xiàn)較大異常應停止張拉，待找到原因并確定解決方案后再繼續(xù)張拉。

4.7 施工仿真分析

計算軟件采用通用有限元分析軟件MIDAS/GEN，計算模型結果如下所示：（1）結構成型以后，最大起拱29mm；（2）結構成型以后，最大應力84Mpa，最小應力-80Mpa；（3）結構成型以后，索力最終計算結果與設計力值一致；從以上的計算結果可以看出，該預應力拉索施工方案是可行的。

5 結語

鋼梁分段安裝及焊接，考慮到“對稱安裝、消除誤差、應力分散”的施工原則，有效地減小鋼結構安裝時產生的誤差。且考慮到起重機的起重性能達不到要求的問題，從而保證了工程的安全。鋼結構施工監(jiān)測施工技術，保證鋼結構的安裝精度以及結構在施工期間的安全，并使鋼索張拉的預應力狀態(tài)與設計要求相符。