談索穹頂預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量控制

王福元

(太原市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西太原 030009)

1 工程概況

山西太原煤炭交易中心展覽中心的圓形屋頂采用索穹頂結(jié)構(gòu)形式，屋蓋建筑平面呈圓形，設(shè)計直徑為36 m。由內(nèi)環(huán)梁、外環(huán)梁、斜索、環(huán)索、脊索及撐桿組成，屋頂表面覆蓋玻璃結(jié)構(gòu)。

2 技術(shù)特點

2.1 索穹頂深化設(shè)計方案

深化設(shè)計主要包括索穹頂結(jié)構(gòu)的節(jié)點設(shè)計、索長度設(shè)計、內(nèi)環(huán)梁設(shè)計等與索穹頂結(jié)構(gòu)相關(guān)構(gòu)件的深化設(shè)計。深化設(shè)計對于索穹頂結(jié)構(gòu)施工過程是極重要的一個過程，其設(shè)計過程必須與施工過程相結(jié)合，其成功與否直接關(guān)系到施工過程的成敗。針對本工程，施工單位安排了專門的深化設(shè)計人員，與設(shè)計院進行密切溝通，深刻理解設(shè)計意圖，借鑒以往的工程經(jīng)驗，保證深化設(shè)計的質(zhì)量。

2.2 施工仿真計算分析

由于索穹頂結(jié)構(gòu)安裝和張拉的復(fù)雜性，必須對施工過程進行仿真模擬計算，為實際的施工過程提供依據(jù)，保證張拉成形的質(zhì)量，使其最終形態(tài)的位形和索力符合設(shè)計院的要求。

1)根據(jù)設(shè)計要求的撐桿的垂直狀態(tài)，給出撐桿節(jié)點位置的環(huán)向索標(biāo)記力;2)驗證張拉施工方案的可行性，確保張拉成形過程的安全;3)給出每張拉步張拉力的大小，為實際張拉時的張拉力值的確定提供理論依據(jù);4)給出每張拉步結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力分布，為張拉過程中的變形監(jiān)測及索力監(jiān)測提供理論依據(jù);5)根據(jù)計算出來的張拉力大小，選擇合適的張拉機具，并設(shè)計合理的張拉工裝。

2.3 嚴格控制制索過程

雖然制索在工廠內(nèi)完成，由于索穹頂結(jié)構(gòu)的特殊性，大部分鋼索都是固定不可調(diào)節(jié)的，因此制索的精度應(yīng)在深化設(shè)計中得到精確計算，完成拉索下料工作，并在實際制索過程中得到嚴格控制。

2.4 索張拉過程

在預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)中，宜采用改變?nèi)嵝詶U件的長度的方法進行張拉。對結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，使預(yù)應(yīng)力能夠分布到整個結(jié)構(gòu)，達到預(yù)應(yīng)力的目的，這個預(yù)應(yīng)力過程必須與設(shè)計時所計算確定的預(yù)應(yīng)力施加過程相同。索穹頂結(jié)構(gòu)的張拉成形過程主要就是確定預(yù)應(yīng)力過程的次序、步驟、采用的機械設(shè)備、每次預(yù)應(yīng)力施加的張拉值，同時對結(jié)構(gòu)的變形進行控制，因為預(yù)應(yīng)力的分布是與結(jié)構(gòu)的形狀相匹配的。該工程通過討論分析確定了整體張拉成形法來完成本工程，借助中間搭設(shè)的支撐塔架，并配合四周脊索和斜索張拉，完成張拉成形過程。

2.5 施工監(jiān)控

施工監(jiān)控是索穹頂結(jié)構(gòu)的施工過程中重要的一個環(huán)節(jié)，在每個預(yù)應(yīng)力張拉階段，結(jié)構(gòu)都經(jīng)歷一個自適應(yīng)的過程，結(jié)構(gòu)會經(jīng)過自平衡而使內(nèi)力重分布，形狀也隨之改變，所以預(yù)應(yīng)力過程的監(jiān)控十分重要。本工程施工過程中，采用拉索張拉力控制為主，同時對結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，并對應(yīng)力較大的部分鋼結(jié)構(gòu)進行應(yīng)力監(jiān)測。以確保結(jié)構(gòu)施工期安全，保證結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)與原設(shè)計理論計算相符。

2.6 張拉完成后的施工措施

索穹頂結(jié)構(gòu)張拉完成后，還應(yīng)繼續(xù)進行監(jiān)測，因為在后續(xù)的施工過程中，還有不同的荷載作用在索結(jié)構(gòu)上，通過荷載增加的順序及位置，確保索結(jié)構(gòu)不受集中荷載的作用，滿足設(shè)計的要求。

3 施工前的準(zhǔn)備工作

3.1 技術(shù)準(zhǔn)備

1)根據(jù)工程規(guī)范及設(shè)計要求編制施工方案;2)編制相關(guān)材料送檢計劃，確定哪些材料需要做檢測，做哪些檢測;3)準(zhǔn)備施工記錄表格;4)根據(jù)工程要求配備現(xiàn)場技術(shù)人員，并且根據(jù)現(xiàn)場工程量來配備施工工人;5)根據(jù)工程進度配備相應(yīng)的設(shè)備;6)設(shè)計張拉工裝，為張拉做準(zhǔn)備;7)要求施工技術(shù)人員認真學(xué)習(xí)圖紙，根據(jù)規(guī)范及設(shè)計要求，掌握施工要點，并做好技術(shù)交底，對于關(guān)鍵工序，應(yīng)組織專家論證。

3.2 預(yù)應(yīng)力鋼索的準(zhǔn)備

鋼絲來料檢驗→入庫→捻制拉索→預(yù)張拉→制錨→出廠檢驗→包裝→出庫。1)鋼絲來料檢驗。鋼絲到廠必須附上廠家質(zhì)保書，并根據(jù)GB/T 20492-2006鋅—5%鋁—混合稀土合金鍍層鋼絲、鋼絞線的標(biāo)準(zhǔn)和公司鋼絲采購檢驗標(biāo)準(zhǔn)對鋼絲的抗拉強度、1%伸長時應(yīng)力、斷后伸長率、扭轉(zhuǎn)、纏繞、鍍層重量、尺寸、表面質(zhì)量、鍍層附著性這些指標(biāo)做檢驗，所有檢驗合格后方可入庫。2)捻制鋼索。質(zhì)量要求:直徑符合要求、外觀無差色、無跳股、無松股、無裂縫。3)錨具制作。錨具作為拉索索力的最終承擔(dān)者，其性能的好壞直接影響到斜拉索的安全性。錨具原材料選用合金結(jié)構(gòu)鋼鑄件。并對錨具進行100%的超聲波探傷，確保每一個錨具的質(zhì)量100%合格。其整個生產(chǎn)過程為:精密鑄造→熱處理→力學(xué)檢測和成分檢測→粗車→超聲波探傷→精車→表面處理→檢驗→入庫。4)制錨。根據(jù)圖紙計算尺寸下料→錨具加熱→澆鑄鋅合金→冷卻→檢驗→包裝→入庫。下料:根據(jù)實測彈性模量和客戶提供每個索的預(yù)張力進行計算。將鋼索固定在錨具上，并用相機拍照標(biāo)示存檔以便追溯。錨具加熱，并用紅外測溫儀控制其錨具加熱溫度。澆鑄鋅合金并自然冷卻。用現(xiàn)場拉索制作3根試驗索做破壞試驗，驗證其成品拉索是否合格。檢驗合格后包裝入庫。5)鋼索及配件的保護。為了確保鋼索在運輸、存放及安裝過程中不受損傷，必須對鋼索做有效保護，現(xiàn)在主要采用的方法就是在鋼索的外面加設(shè)雙層PE套管，用塑料薄膜進行包裹，再在外面裹一層塑料薄膜，預(yù)應(yīng)力鋼索及配件施工現(xiàn)場存放時，應(yīng)放置在平整、干燥的地方，并在其下面放置墊木，在其上面進行覆蓋，防止雨淋，避免材料銹蝕。

4 施工工藝流程

主體鋼結(jié)構(gòu)安裝完成，搭設(shè)中央提升塔架并將四周提升工裝索與主體鋼結(jié)構(gòu)連接→拼接中央剛性內(nèi)環(huán)→將下弦環(huán)索沿地面放索通道展開并安裝撐桿下節(jié)點→將上弦脊索按放射狀展開同時安裝撐桿上節(jié)點→將上脊索一端與內(nèi)環(huán)鋼梁連接，另一端與四周提升工裝索連接→通過四周提升工裝索和中央提升塔架提升內(nèi)環(huán)鋼梁和上脊索→在合適的提升高度安裝撐桿、下環(huán)索以及下斜索→繼續(xù)提升，當(dāng)索穹頂?shù)膶嶋H標(biāo)高接近安裝標(biāo)高時，將提升工裝撤下，換成張拉工裝→同步張拉直至達到設(shè)計要求的狀態(tài)。

5 施工監(jiān)測

中國(太原)煤炭交易中心展覽中心索穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難點多，施工比較困難，特別是在對拉索進行張拉成形的階段，為了保證工程在整個施工過程中的安全性以及掌握施工過程中結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力變化規(guī)律，必須對張拉過程進行監(jiān)測，通過監(jiān)測，指導(dǎo)施工過程的安全及精確進行，并統(tǒng)計預(yù)應(yīng)力工程施工數(shù)據(jù)資料。

5.1 監(jiān)測內(nèi)容

1)拉索索力:每根索張力的控制都關(guān)系到結(jié)構(gòu)的成形狀態(tài)，因此應(yīng)對拉索張拉過程進行索力監(jiān)測。2)結(jié)構(gòu)變形:結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測應(yīng)能反映出結(jié)構(gòu)的整體變形規(guī)律，由于該工程的特殊性，結(jié)構(gòu)變形是判斷結(jié)構(gòu)是否達到設(shè)計要求的依據(jù)。3)構(gòu)件應(yīng)力:構(gòu)件應(yīng)力監(jiān)測可以通過應(yīng)變監(jiān)測來實現(xiàn)，應(yīng)變測點的布設(shè)應(yīng)盡可能布設(shè)在結(jié)構(gòu)中受力較大、受力狀態(tài)復(fù)雜、對結(jié)構(gòu)整體承載力與穩(wěn)定性有重要影響的部位。

5.2 監(jiān)測過程

在對預(yù)應(yīng)力鋼索進行安裝及張拉的過程中，整體結(jié)構(gòu)部分會隨之變形。為了解施工過程中結(jié)構(gòu)變形發(fā)展規(guī)律，考察結(jié)構(gòu)施工造成的變形影響，需要對施工過程中結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的變形進行監(jiān)測。該工程通過采用油壓傳感器對鋼索拉力進行監(jiān)測，主要應(yīng)力監(jiān)測部位是撐桿及內(nèi)外環(huán)梁的鋼結(jié)構(gòu)，每個監(jiān)測點布置兩個振弦應(yīng)變計，對稱布置，通過結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測進一步指導(dǎo)和校核施工的精確進行，同時也可以對預(yù)應(yīng)力施加的大小進行判別，確保預(yù)應(yīng)力鋼索施工完成后的應(yīng)力與設(shè)計所要求的應(yīng)力一致。

在張拉過程中，采用全站儀對結(jié)構(gòu)變形進行監(jiān)測，能夠很好的監(jiān)控結(jié)構(gòu)位移變化。

6 結(jié)語

中國(太原)煤炭交易中心展覽中心索穹頂結(jié)構(gòu)2010年11月開始實施，2011年3月完成。整個索穹頂結(jié)構(gòu)施工過程規(guī)范，質(zhì)量滿足相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，成形精確，達到了設(shè)計要求。

［1］ 詹偉東，董石麟.索穹頂結(jié)構(gòu)體系的研究進展［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2004(10):66-67.

［2］ 袁行飛，董石麟.索穹頂結(jié)構(gòu)施工控制反分析［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2001(2):89-90.