佛山新聞中心玻璃天幕工程鋼索張拉實踐

劉卓然 許偉東

摘要：本文主要針對玻璃幕墻形式中的索結構幕墻工序中較重要的鋼索張拉這一部分進行分析及介紹；使相關專業(yè)人員對于索結構幕墻關鍵點的把握更加完善。

關鍵詞：幕墻；索結構；張拉

一、工程介紹

佛山新聞中心位于佛山市順德區(qū)大福路南延線東側(cè)樂從鎮(zhèn)東平河畔，為佛山標志性建筑。

信息玻璃天幕工程位于標高27.9m處，長184m，寬184m。玻璃百葉片分格為1050mmx2100mm，玻璃百葉為10mm（FT）+1.52PVB+8mm（FT）鋼化夾膠玻璃，支撐結構采用全新的鋼桁架索結構，（見圖1、2）。

二、鋼索的張拉

佛山新聞中心的鋼索張拉是個前所未有的課題。佛山新聞中心玻璃天幕所用的鋼索端部固定的柔性結構鋼結構，不同于其他的鋼索的端部條件。

鋼索的張拉力為25kN左右，一條鋼梁上有14根鋼索，對鋼梁的合力在350kN。鋼梁在設計中，不可能對撓度控制太嚴格，這樣的話鋼梁就太不經(jīng)濟。撓度太大，會導致張拉過程中的預應力損失，梁變形太大，會導致結構的不安全。經(jīng)過專家討論，張拉的撓度控制在1/750。意味著跨度為16.8m的鋼梁，最大變形為22.4mm。對于長8400mm、直徑為14mm的鋁包鋼絞線來說，鋁包鋼絞線長度變化28mm，能產(chǎn)生或釋放59.4kN的力。會使得張拉成為一種極度不可以預見的行為。

分區(qū)張拉、同步張拉、反復調(diào)試；按左右對稱張拉，分級張拉，反復張力的張拉基本要點來進行天幕索的張拉：根據(jù)圖×的示意，可以把整個天幕按照拉索的需要進行劃分，相互影響比較小、比較獨立的區(qū)域可以視為一個單獨的張拉區(qū)域。這里單獨列出來了具有典型代表性的三個區(qū)域進行說明，來闡述整個天幕的張拉過程。

（一）區(qū)域11（QY-11）是在20-23軸和M-Q軸之間，在試驗區(qū)內(nèi)。QY-11分為A部分和B部分。

先對A部分進行張拉，按照分級張拉的原則。首先按20%的張拉力對04#索進行張拉，然后依次對03#、05#、02#、06#、01#和07#進行20%張拉。第一個張拉次序完畢后開始第二個張拉次序，即進行50%張拉，還是按照04#到03#、05#、02#、06#、01#和07#的次序依次進行50%張拉。第三個次序為80%張拉，按照04#到03#、05#、02#、06#、01#和07#的次序依次進行張拉。最后進行100%張拉，順序為4#到03#、05#、02#、06#、01#和07#。

B部分進行張拉，和A部分類似。進行完A、B的張拉后，然后區(qū)域內(nèi)再進行索內(nèi)力校核，索內(nèi)力控制在±5%內(nèi)可以通過。否則再進行加載或卸載，直到整個區(qū)域內(nèi)的索內(nèi)力達到設計要求。

等相鄰區(qū)域內(nèi)的索張拉的完成后，再來復核該區(qū)域的索內(nèi)力，控制在設計值的±5%以內(nèi)。

（二）區(qū)域03（QY-03）為兩股索同時張拉的區(qū)域，分為A、B、C三個部分。

先對B進行張拉：在圖示意的○的位置裝好工裝，按照類似QY-11的區(qū)域的張拉順序，在20%張拉的階段，先同時張拉04#和14#。接著按下列次序進行同步張拉：03#和13#→05#和15#→02#和12#→06#和16#→01#和11#→07#和17#。進入50%的張拉階段，依次對04#和14#→03#和13#→05#和15#→02#和12#→06#和16#→01#和11#→07#和17#進行兩兩的同步張拉。80%的張拉階段也一樣，按照04#和14#→03#和13#→05#和15#→02#和12#→06#和16#→01#和11#→07#和17#的順序進行兩兩的同步張拉。最后按照上述順序進行100%張拉。

按照同樣的方法和順序分別對A、C部分進行張拉。整個區(qū)域內(nèi)張拉完畢后要對區(qū)域內(nèi)索的內(nèi)力值進行檢測，索內(nèi)力控制在±5%內(nèi)可以通過。否則再進行加載或卸載，直到整個區(qū)域內(nèi)的索內(nèi)力達到設計要求。

等相鄰區(qū)域內(nèi)的索張拉的完成后，再來復核該區(qū)域的索內(nèi)力，控制在設計值的±5%以內(nèi)。

（三）區(qū)域02（QY-02）是天幕張拉最復雜的區(qū)域，需要四股索同時張拉，分為A、B兩個部分。方法類似QY-03的張拉：

先對A進行張拉：在圖示意的○的位置裝好工裝，在20%張拉的階段，先同時張拉04#、14#、24#和34#。接著按下列次序進行同步張拉：03#、13#、23#和33#→05#、15#、25#和35#→02#、12#、22#和32#→06#、16#、26#和36#→01#、11#、21#、31#→07#、17#、27#和37#。進入50%的張拉階段，依次對04#、14#、24#和34#→03#、13#、23#和33#→05#、15#、25#和35#→02#、12#、22#和32#→06#、16#、26#和36#→01#、11#、21#、31#→07#、17#、27#和37#；進行4股索的同步張拉。80%的張拉階段也一樣，按照04#、14#、24#和34#→03#、13#、23#和33#→05#、15#、25#和35#→02#、12#、22#和32#→06#、16#、26#和36#→01#、11#、21#、31#→07#、17#、27#和37#的順序進行同步張拉。最后按照上述順序進行100%張拉。

B部分進行張拉，和A部分類似。進行完A、B的張拉后，然后區(qū)域內(nèi)再進行索內(nèi)力校核，索內(nèi)力控制在±5%內(nèi)可以通過。否則再進行加載或卸載，直到整個區(qū)域內(nèi)的索內(nèi)力達到設計要求。

等相鄰區(qū)域內(nèi)的索張拉的完成后，再來復核該區(qū)域的索內(nèi)力，控制在設計值的±5%以內(nèi)，（見圖3）

根據(jù)這個張拉調(diào)整的原則進行索張拉的進行，最多時刻需要56個工人和28組張拉工裝進行同時張拉和調(diào)整。進入實質(zhì)的索張拉階段，我們還需要做以下的準備工作：張拉工裝的設計和索內(nèi)力測定儀的標定工作。

我們需要張拉的鋼索為14mm的鋁包鋼絞線，初張力為25kN。鋼索采用隱索頭的設計，需要特殊的張拉工裝才能進行。我們在張拉時設計了如下圖所示的一套張拉工裝，動力是負重5kN螺旋千斤頂兩個。其他為可拆裝的Q235B加工件。

張拉工裝分為固定部分、活動部分和液壓裝置。固定部分由兩個鋼板支座和兩根M30的螺桿組成?；顒硬糠譃?0*10*L566鋼板支座。液壓裝置為兩個5T的液壓千斤頂。當千斤頂工作時，千斤頂伸長，活動部分會如圖所示的向左運動，使得鋼索伸長，達到張拉的效果，（見圖4）。

我們采用的索內(nèi)力測定儀是我司設計制作的專利產(chǎn)品，目前質(zhì)監(jiān)站、計量局等相關單位尚未標定和檢測的項目。一個索內(nèi)力測定儀發(fā)到工地，在運輸過程中，可能會出現(xiàn)種種的問題，導致儀器的失準。偏大和偏小的數(shù)據(jù)對工程都是不利的，我們需要簡單的對索內(nèi)力測定儀進行標定。

對索內(nèi)力測定儀進行所用的φ14鋁包鋼絞線進行測量加載試驗。試驗加載采用沙袋、鋼架、木方，精度0.1kg。索內(nèi)力測定儀為公司所用標準內(nèi)力測定儀。

試驗一共采集了11組數(shù)據(jù)。試驗結束后對數(shù)據(jù)進行了線性分析，得出索內(nèi)力測定儀正、負讀數(shù)的理論直線。正讀數(shù)直線的方程為：y=0.001x+0.0182；復讀數(shù)直線方程為：y=0.001x+0.0327。由此可知：

1、采用正讀數(shù)在索內(nèi)力測定儀上讀取數(shù)據(jù)時應該加上18.2kg的值，基于索內(nèi)力測定儀的精度為10公斤級，故采用在讀取數(shù)據(jù)上加上20kg（即0.020）；

2、同樣的情況，采用負讀數(shù)在索內(nèi)力測定儀上讀取數(shù)據(jù)時應該加上32.7kg的值，基于索內(nèi)力測定儀的精度為10公斤級，故采用在讀取數(shù)據(jù)上加上30kg（即0.030），（見圖5）。

試驗數(shù)據(jù)如下：

通過以上的兩個準備工作后，接下來的工作是進行張拉前期工作。

前期工作包括：

1、鋼梁的實際尺寸及標高，包括對角線及鋼梁邊到孔中的尺寸等等。

2、為了監(jiān)測鋼梁在張拉過程中的變化情況，隨時掌握局部結構的安全狀況。在鋼梁頂面彈上測量鋼梁相對變形的墨線，拉好鋼梁頂面測量所需的測量線，即在張拉以前，鋼梁頂面的兩端，彈上一條與鋼梁截面的形心在同一豎直直線上的墨線。固定一根測量用的鋼絲線，與此線重合；在固定索頭的位置設置一個千分表來測量鋼梁腹板的局部變形。來與設計所要求的變形尺寸進行核對。當索開始張拉時，人在鋼梁頂面用精度為1mm的鋼卷尺進行測量。當鋼梁的變形值超過梁長度的1/600時，應該停止張拉，與設計進行溝通，對張拉方案進行研究和改進。安全張拉至100%的24小時后，再進行鋼梁變形的復核。按索張拉的順序記錄下張拉時鋼梁變形的值，以保證鋼梁時刻在可以控制的范圍內(nèi)。如下照片所示。每天對張拉完的鋼索和鋼梁進行觀測，每天進行記錄，一周后方可進行鋼管桁架和玻璃的安裝。

3、檢查鋼梁各個孔的位置是否與圖紙一致，檢查鑰匙孔內(nèi)是否有焊渣，檢查穿管的鋼管是否平滑和是否圓（見圖6）。

鋼梁張拉時變形值登記表（日記錄）

索張拉的步驟為：

拉索預拉應力控制值主要與設計內(nèi)力變化范圍及施工時溫度有關，在施工前由技術部門根據(jù)設計計算書確定最終張拉應力值（25kN），按合攏溫度以每5℃一個控制值作出控制應力表（如下表1），上報業(yè)主、監(jiān)理作為控制依據(jù)。

單根索的張拉過程為：在張拉工裝安裝上去之后，將索端頭螺母擰緊。固定上索內(nèi)力測定儀，搖動螺旋千斤頂?shù)匿摴軗u柄。在此同時，擰緊端部的螺母鎖緊鋼索。當索內(nèi)力測定儀的讀數(shù)快接近需要張拉的內(nèi)力值時，緩慢的搖動搖柄。當內(nèi)力值離需張拉值只有10%的時候，靜置2min，然后慢慢加力至張拉值，鎖緊端頭的螺母。拆下索內(nèi)力測定儀、卸下工裝。

整個區(qū)域內(nèi)索張拉應按左右對稱、反復張拉、逐步到位等原則實施預應力張拉。整個區(qū)域內(nèi)索張拉過程如上面所說的張拉順序。

索力的測試和調(diào)整

當索內(nèi)力出現(xiàn)損失和過多時，通過張拉工裝的千斤頂裝置的工作，調(diào)解索端頭的螺母，或松或緊，使得索內(nèi)力值與需張拉設計值相差不過5%。

三、總結

通過此次對于索結構幕墻鋼索張拉部分的簡要分析，使相關人員進一步明確鋼索張拉這一部分的細節(jié)。將有助于以后更好的控制索結構幕墻的設計合理性，也為更多形式的設計提供了理論上的支持。