黃永銀

(江蘇滬寧鋼機(jī)股份有限公司，江蘇 宜興 214231)

0 引言

隨著預(yù)應(yīng)力的引入，建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式創(chuàng)新不斷，北京2022年冬奧會(huì)張家口賽區(qū)國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心主場(chǎng)館呈現(xiàn)“如意”造型，柄首頂部采用了預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)體系(見(jiàn)圖1，圖2)。在建筑鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加預(yù)應(yīng)力拉索，實(shí)現(xiàn)在滿足結(jié)構(gòu)剛度和穩(wěn)定性的前提下，充分挖掘鋼材強(qiáng)度潛力，改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，提高結(jié)構(gòu)的承載能力，同時(shí)降低鋼材用量，節(jié)約成本。充分體現(xiàn)“科技冬奧”“綠色冬奧”的理念。

1 工程概況及特點(diǎn)

1.1 工程概況

國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心頂部建筑由鋼結(jié)構(gòu)與預(yù)應(yīng)力拉索組成，鋼結(jié)構(gòu)僅依靠位于中后端的四個(gè)核心筒支撐，四周均為懸挑，其中前端懸挑長(zhǎng)度37.25 m。預(yù)應(yīng)力拉索布置在結(jié)構(gòu)體系內(nèi)，為空間曲線形式，由外直索、內(nèi)環(huán)索和徑向索組成，拉索主體位于屋面鋼桁架上表面，其中外直索和內(nèi)環(huán)索由屋面通過(guò)索鞍變角斜向下錨固于結(jié)構(gòu)上，徑向索和內(nèi)環(huán)索連接支座允許徑向滑移。拉索采用φ76 mm,φ95 mm兩種直徑的Galfan密封索。拉索布置示意圖見(jiàn)圖3～圖6。

1.2 預(yù)應(yīng)力拉索特點(diǎn)

1)本工程預(yù)應(yīng)力為結(jié)構(gòu)體內(nèi)空間曲線預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力拉索主要作用為改善整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度和增加結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備。

2)本工程結(jié)構(gòu)及拉索均沿外圓及圓環(huán)中心連接軸線對(duì)稱。

3)環(huán)索與鋼結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)多，張拉階段索夾與索體之間允許相對(duì)滑移，索夾與鋼結(jié)構(gòu)之間允許徑向滑移，為一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。

4)主索端為依靠索鞍向斜下方向錨固于結(jié)構(gòu)上。

5)徑向索僅為輔助索，徑向索軸線匯交于內(nèi)圓圓心，不同部位索長(zhǎng)不同。

6)同一根主索、輔助索各錨固點(diǎn)標(biāo)高不同。

2 張拉施工的重難點(diǎn)

2.1 張拉方案的確定

預(yù)應(yīng)力張拉方案確定時(shí)一般應(yīng)遵從：關(guān)聯(lián)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、高效性四項(xiàng)原則[1]。本工程拉索具有數(shù)量多，索力各異，錨固點(diǎn)多，且大部分錨固點(diǎn)位于高空等特點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及施工組織安排，預(yù)應(yīng)力張拉在鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐卸載后進(jìn)行，張拉完成后即轉(zhuǎn)入幕墻結(jié)構(gòu)施工?？紤]施工方便，提高施工效率，節(jié)約施工工期，同時(shí)盡量降低張拉同步性的要求，以減少?gòu)埨O(shè)備和施工人員的投入。經(jīng)模擬計(jì)算，確定將主索尾部位于樓面處的錨固端作為張拉端，只張拉外直索和內(nèi)環(huán)索，徑向索作為被動(dòng)受拉輔助索不進(jìn)行張拉的平衡張拉施工方案(見(jiàn)圖7，圖8)。張拉完成后復(fù)測(cè)錨固端的索力值是否滿足要求，對(duì)不滿足要求的索進(jìn)行補(bǔ)張至設(shè)計(jì)偏差要求范圍內(nèi)。

2.2 張拉的同步性

1)采用只張拉主索、徑向索作為被動(dòng)受拉輔助索不進(jìn)行張拉的平衡張拉施工方案，降低張拉同步性要求。

2)外直索一端作張拉端，另一端做錨固端，進(jìn)一步減少同步張拉工位數(shù)量。

3)通過(guò)1拖2或1拖4的千斤頂，由一臺(tái)油泵進(jìn)行控制，結(jié)構(gòu)對(duì)稱的兩側(cè)由同一人統(tǒng)一指揮實(shí)現(xiàn)張拉的同步性。

4)采用分級(jí)張拉，索力和伸長(zhǎng)值雙控方案，索力到，伸長(zhǎng)值較小端下一級(jí)張拉時(shí)優(yōu)先補(bǔ)張拉至相同伸長(zhǎng)值，多級(jí)張拉降低同步性影響。

2.3 變角張拉索力的傳遞

1)索夾孔道內(nèi)增加不銹鋼板和聚四氟乙烯板，同時(shí)索夾上蓋連接螺栓不擰緊，減小拉索與索夾的摩擦造成索力傳遞損失。

2)分級(jí)張拉：按照模擬計(jì)算理論張拉力的20%，40%，60%，80%，100%，110%，103%，分七級(jí)進(jìn)行張拉，張拉過(guò)程采用索力和伸長(zhǎng)值雙控原則，使索力緩慢均勻傳遞至錨固端。

3)張拉端超張拉至設(shè)計(jì)索力值的110%(在規(guī)范允許偏差范圍±10%以內(nèi))[2]，然后回退至103%錨固(設(shè)計(jì)要求錨固端索力鎖定值與理論值的誤差應(yīng)該控制在5%以內(nèi)；張拉端的誤差應(yīng)控制在8%以內(nèi))，復(fù)測(cè)錨固端的索力值是否滿足要求，對(duì)不滿足設(shè)計(jì)偏差要求的索進(jìn)行補(bǔ)張至設(shè)計(jì)偏差要求范圍內(nèi)(見(jiàn)圖9)。

2.4 結(jié)構(gòu)安裝偏差對(duì)張拉施工的影響

1)在工廠里按照?qǐng)D紙對(duì)拉索進(jìn)行編號(hào)和精確標(biāo)記。根據(jù)初始預(yù)張力和各索體長(zhǎng)度，在索體表面上標(biāo)記索夾的位置以及索頭螺桿外露長(zhǎng)度。安裝前量測(cè)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝偏差，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行索夾的安裝。

2)拉索安裝前應(yīng)測(cè)定索長(zhǎng)制作誤差以及索端節(jié)點(diǎn)的安裝誤差，根據(jù)實(shí)測(cè)誤差值，調(diào)整索長(zhǎng)。

3)除需與結(jié)構(gòu)拼裝后整體吊裝的索夾外，其余索夾均在結(jié)構(gòu)安裝完成后根據(jù)實(shí)測(cè)位置后裝，減少結(jié)構(gòu)誤差對(duì)拉索施工的影響。

3 施工流程

預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工流程圖見(jiàn)圖10。

4 拉索的張拉

4.1 張拉原則

1)同時(shí)張拉外側(cè)直索A軸2個(gè)張拉端和G軸2個(gè)張拉端；2)同時(shí)張拉內(nèi)側(cè)環(huán)索B軸2個(gè)張拉端和F軸2個(gè)張拉端，各榀一次張拉到位，其中分七級(jí)張拉。

考慮到索鞍導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失較大，控制張拉力在理論張拉力的基礎(chǔ)上超張拉至110%，然后回松至103%。張拉力控制均為雙索拉力總和。

4.2 單次張拉分級(jí)

同一次拉索張拉時(shí)應(yīng)逐級(jí)施加拉力，分七級(jí)張拉程序：預(yù)緊→20%→40%→60%→80%→100%→110%→103%。

4.3 張拉順序：對(duì)稱張拉

1)同時(shí)張拉2根直索LS1-1和2根直索LS1-2，共4個(gè)張拉端頭。

2)直索張拉完成后，同時(shí)張拉環(huán)索LS1-3 2個(gè)端頭以及LS1-4 2個(gè)端頭。

4.4 拉索張拉時(shí)機(jī)

施工工序排序?yàn)椋合刃遁d臨時(shí)支撐，進(jìn)行拉索張拉，后澆筑樓面混凝土。張拉時(shí)機(jī)是在鋼構(gòu)安裝完成且支座條件符合設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行拉索張拉。樓面荷載有利于預(yù)應(yīng)力，不需要在樓面混凝土施工完成后二次張拉。

4.5 拉索張拉控制項(xiàng)目及其目標(biāo)

根據(jù)張拉分析，結(jié)構(gòu)剛度較大，因此拉索張拉主控索力，張拉完成后，復(fù)測(cè)各索索力滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4.6 張拉過(guò)程模擬計(jì)算及結(jié)果分析

采用有限元軟件Midas/Gen，對(duì)關(guān)鍵位置的索鞍和索夾采用梁?jiǎn)卧尫艃啥藦澗兀M張拉過(guò)程，進(jìn)行施工全過(guò)程力學(xué)分析(見(jiàn)圖11)。

施工張拉完畢，各索拉力理論值和實(shí)測(cè)值如表1所示。

表1 各索拉力理論值及實(shí)測(cè)值

由表1可知，張拉完成后，各索索力值偏差滿足設(shè)計(jì)要求，施工方案可行。

5 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力張拉方案的選擇不僅要考慮成形效率及可操作性，還應(yīng)與整體施工方案相關(guān)聯(lián)，綜合考慮成形過(guò)程中結(jié)構(gòu)及人員操作的安全性、張拉效率、施工工期等，同時(shí)關(guān)注經(jīng)濟(jì)性。本文對(duì)北京2022年冬奧會(huì)張家口賽區(qū)國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心主場(chǎng)館預(yù)應(yīng)力拉索平衡張拉施工技術(shù)進(jìn)行介紹，針對(duì)工程拉索數(shù)量多、索力各異、錨固點(diǎn)多，環(huán)向主索與徑向索相互關(guān)聯(lián)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)的特點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算模擬，提出將主索尾部位于樓面處的錨固端作為張拉端，只張拉外直索和內(nèi)環(huán)索，徑向索作為被動(dòng)受拉輔助索不進(jìn)行張拉的平衡張拉施工方法。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)，拉索張拉控制項(xiàng)目及其目標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，方案可行，為以后類似項(xiàng)目拉索張拉和索力控制提供借鑒并開(kāi)拓了思路。