前海法治大廈高強度大直徑鋼拉桿關鍵施工技術應用

楊 東，陸本燕，陳桂平，王 昊，李響

（1.深圳市前海開發(fā)投資控股有限公司，廣東 深圳 518000；2.中國建筑第五工程局有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

前海法治大廈高強度大直徑鋼拉桿關鍵施工技術應用

楊 東1，陸本燕2，陳桂平2，王 昊2，李響2

（1.深圳市前海開發(fā)投資控股有限公司，廣東 深圳 518000；2.中國建筑第五工程局有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

文章介紹前海法治大廈高強度大直徑鋼拉桿的安裝、張拉、應力監(jiān)測技術及階段性監(jiān)測結(jié)果分析方法，為以后類似工程的施工提供了寶貴經(jīng)驗。

鋼拉桿；張拉工裝；預應力；監(jiān)測；應變計

1 工程概況

前海法治大廈位于廣東省深圳市前海深港現(xiàn)代服務業(yè)合作區(qū)。項目用地面積8141m2，總建筑面積34148.72m2；地上10層，高度約為54.7m；裙房地上3層，高度約16.5m；地下2層，約10m。

項目（圖1）核心筒東、西兩側(cè)為17.4m大懸挑，懸挑處通過設置斜拉桿及結(jié)構(gòu)梁柱形成空間桁架體系傳遞豎向荷載。由于法庭大空間需要，E軸交6～8軸三根框架柱在三層截斷，上下不連續(xù)，4層以上形成大跨結(jié)構(gòu)?？紤]兩側(cè)懸挑采用鋼框架+鋼拉桿的結(jié)構(gòu)形式，為保證結(jié)構(gòu)整體統(tǒng)一性，此處亦采用鋼框架+鋼拉桿結(jié)構(gòu)。

工程鋼拉桿采用UU型鋼拉桿。鋼拉桿的加工嚴格采用GB/T20934-2007技術規(guī)范進行生產(chǎn)，共有Φ140、Φ150、Φ200、Φ220四種規(guī)格，共計60根，強度等級均為650級，其中Φ220鋼拉桿是目前國內(nèi)強度要求最高、直徑最大的鋼拉桿，在房建鋼結(jié)構(gòu)項目中屬首次應用，如圖1所示。

圖1 整體結(jié)構(gòu)示意圖

2 鋼拉桿施工重難點分析

2.1 難點

施工難點包括：①斜拉桿安裝精度要求非常高，核心筒處節(jié)點為預埋，施工控制精度難度大；②拉桿裝配件需特定專業(yè)廠家生產(chǎn)，且本工程拉桿直徑最大達220mm，其安裝、張拉及應力監(jiān)測專業(yè)性極高且在全國范圍內(nèi)都比較罕見，屬首次探索；③考慮到本工程為帶斜拉桿大懸挑框架剪力墻結(jié)構(gòu)，為避免鋼桁架樓承板澆筑過程中因受力不均產(chǎn)生裂縫，需采取分倉對稱的方法進行澆筑，過程控制難度大。

2.2 重點

施工重點：①A區(qū)與B區(qū)相同軸線位置應同時對稱張拉，并對應分別張拉至相同數(shù)值的預緊力；②A區(qū)與B區(qū)E軸核心筒兩側(cè)必須同時張拉，并張拉至相同數(shù)值的預緊力；③A、B區(qū)鋼框架分區(qū)安裝，但澆筑砼宜同時澆筑，預應力鋼拉桿宜同時對稱張拉。

3 總體施工部署

項目結(jié)構(gòu)兩端懸挑跨度大，采用鋼拉桿協(xié)同外圍鋼框架形成整體空間桁架結(jié)構(gòu)作為主要承重體系，為充分保證整體結(jié)構(gòu)安全，相應施工組織順序如下：①在核心筒澆灌完畢，以及二，三層鋼結(jié)構(gòu)安裝；②安裝完成后，在兩端懸挑處及兩核心筒中間跨對應鋼柱位置設立臨時鋼柱支撐。由于本工程施工工期緊張，現(xiàn)在條件狹窄，不適合搭設滿堂腳手架，臨時支撐使用鋼管支墩，頂部安裝千斤頂；③安裝4層鋼梁、鋼柱、鋼筋桁架樓承板（D、H軸鋼框架預起拱10mm），并澆筑4層樓板混凝土；④施工5～6層鋼框架，安裝4～6層鋼拉桿。鋼拉桿安裝順序及張拉要求為：a.安裝并張拉E軸鋼拉桿，張拉采用4套張拉設備同時張拉，先同時張拉兩側(cè)核心筒中間位置的4根鋼拉桿，b.張拉核心筒兩側(cè)懸挑端的4根鋼拉桿，施加預緊力為1000kN（分步張拉），使結(jié)構(gòu)脫開臨時支撐胎架；c.安裝并張拉G軸鋼拉桿，G軸同樣采用4臺張拉設備進行，4根鋼拉桿同時張拉，施加預緊力為1000kN（分步張拉）；d.依次安裝D軸、H軸核心筒兩側(cè)懸挑端的4根鋼拉桿，鋼拉桿安裝利用扭矩扳手施加初始預緊力；⑤保留臨時支撐胎架，使懸挑端及內(nèi)部大跨豎向變形接近0mm；⑥施工7～8層鋼框架，安裝6～8層鋼拉桿；鋼拉桿安裝順序及張拉要求同第四步，E軸和G軸鋼拉桿分別施加預緊力為500kN（分步張拉）；⑦施工9～10層鋼框架，安裝8～10層鋼拉桿。鋼拉桿安裝順序及張拉要求同第六步；⑧施工屋頂及屋頂構(gòu)架層鋼框架；⑨依次逐層施工5至屋頂層組合樓板；⑩添加建筑做法、幕墻等附加恒載；添加使用活荷載，拆除臨時支撐胎架。

4 鋼拉桿施工

4.1 鋼拉桿安裝

（1）地面組裝，用塔吊將鋼拉桿、U型接頭、調(diào)節(jié)套筒等組件吊到現(xiàn)場特制的安裝平臺按順序組裝。先安裝U形接頭，將接頭與棒體端頭對正，旋轉(zhuǎn)U形接頭，使鋼拉桿螺紋段懸入接頭錐體絲口，直至接頭不能轉(zhuǎn)動為止，如圖2所示。然后安裝調(diào)節(jié)套筒，連接前，在離拉桿端部距離相等的位置（約0.3m）做好記號，通過記號點與套筒端部的距離，保證兩根拉桿旋入的長度一致，以保證螺紋受力的可靠性。先套入兩邊護套，手工旋入，再接上調(diào)節(jié)套筒，調(diào)節(jié)套筒設有正反螺絲，中間設有平口，用力矩扳手旋動調(diào)節(jié)套筒，兩端鋼拉桿在正反螺絲配合作用使鋼拉桿不斷旋入調(diào)節(jié)套筒，減小鋼拉桿分段間的距離，記錄套筒接頭螺紋擰緊深度。

圖2 鋼拉桿組裝

（2）吊裝。用塔吊將鋼拉桿吊到對應地點，在手拉

葫蘆配合下，將鋼拉桿上、下端U 型接頭分別插入銷座，再用大磅榔頭敲銷軸至安裝位置，裝上鎖片，如圖3所示。

圖3 鋼拉桿吊裝

4.2 張拉工裝安裝

張拉工裝安裝程序：①根據(jù)拉桿調(diào)節(jié)套筒在空間的不同位置，調(diào)整張拉工裝（如圖4所示）的安裝方向；②按照拉桿的直徑選用對應的軸瓦；③調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)套筒兩端的螺母至適當位置，旋掉主臂一端的螺釘后打開主臂，將主臂卡在螺母外側(cè)后合上主臂，旋上螺釘；④將螺桿穿過上下主臂，擰緊主臂處螺母；⑤將兩臺空心千斤頂穿入螺桿并擰緊端部螺母；⑥通過高壓油管將三通、手動泵和千斤頂連接起來；⑦將監(jiān)控電源DC插頭插入數(shù)顯表上的DC插孔內(nèi)，然后將監(jiān)控電源插頭插在220V電源插座上，數(shù)顯儀表即可顯示數(shù)值，如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場張拉工裝

4.3 鋼拉桿張拉

鋼拉桿張拉主要內(nèi)容：①基本張拉程序可按設計要求的索力分級同步張拉。每一階段可分為四級：初級安裝索力→25%σcon→50%σcon→ 75%σcon→100% σcon（錨固）；②張拉時注意對稱進行，避免對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的次生應力。張拉過程中應嚴格控制每級張拉的油壓表讀數(shù)；③張拉過程中應嚴格控制每級張拉的油表讀數(shù)，邊拉邊擰緊鋼拉桿的調(diào)節(jié)套筒，注意張拉與調(diào)節(jié)套筒的緊固應同步進行，特別是給油速度每次不得低于30秒；④在緩慢對兩臺千斤頂供油張拉時，必須同步采用手拉葫蘆旋動調(diào)節(jié)套筒，如圖5所示。若張拉力略大，因螺牙間的摩擦過大不能旋動套筒時，可采用在千斤頂油缸緩慢回油的過程中，擰動調(diào)節(jié)套筒的補救措施，如圖5所示。

圖5 鋼拉桿張拉

5 鋼拉桿應力監(jiān)測

5.1 應力監(jiān)測主要內(nèi)容及頻次

（1）施工過程中應力監(jiān)測：對D、E、G、H軸大懸挑及E軸大跨度194處主要鋼梁構(gòu)件、60根鋼拉桿進行應力監(jiān)測；監(jiān)測需與施工進展同步，原則上為鋼拉桿每次預緊、同層以上鋼桁架樓承板砼每次澆筑均應同步監(jiān)測一次，且需保證每半個月至少監(jiān)測一次。

（2）后期使用階段應力監(jiān)測：竣工交付使用后仍需跟蹤監(jiān)測兩年，每季度對上述構(gòu)件的應力復測一次，當觀測區(qū)受到地震、洪水、爆破等外界因素影響時，應及時進行復測。

5.2 應力監(jiān)測方案

本項目應力應變監(jiān)測采用JMZX-212表面智能數(shù)碼弦式應變計與JMZX-215埋入式應變計，二者均采用振弦理論設計制造，具有高靈敏度、高精度、高穩(wěn)定性的優(yōu)點，適于長期觀測。其測試原理為：以被拉緊了的鋼弦作為敏感元件，當振弦的長度確定后，弦振動頻率的變化量便表示拉力的大小，即輸入的是力，輸出的是頻率。其外觀如圖6、圖7所示。

圖6 JMZX-212表面智能數(shù)碼弦式應變計外觀圖

圖7 JMZX-215埋入混凝土弦式應變計外觀圖

整個儀器的安裝分為以下七個步驟：①確定監(jiān)測桿件的空間位置，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，確定傳感器安裝截面的具體定位，然后用角磨機打磨兩個5mm×5mm大小的方塊，方塊大小可比傳感器安裝塊稍大一些，以方便傳感器安裝塊與鋼結(jié)構(gòu)表面的焊接；②采用手工焊或者耐候膠將應變計安裝塊焊接或粘結(jié)在鋼結(jié)構(gòu)表面，安裝過程中，應采用定位桿確定好兩個安裝塊之間的距離，并使兩安裝塊中心的連線與桿件傳力路勁平行；③安裝弦桿及磁環(huán)：采用扳手將傳感器弦桿固定于安裝塊之間，并安裝磁環(huán)；④初始數(shù)據(jù)的采集：利用JMZX-3001智能綜合測試儀采集初始數(shù)據(jù)，并根據(jù)桿件的受力特性調(diào)節(jié)傳感器的初始位置，并做好數(shù)據(jù)的記錄；⑤傳感器的保護，首先焊接鋼結(jié)構(gòu)保護盒的連接件，然后對傳感器附近的鋼結(jié)構(gòu)做好防腐處理，最后固定傳感器保護盒；⑥自動化綜合測試系統(tǒng)調(diào)試：將傳感器的數(shù)據(jù)線連接到自動化綜合測試系統(tǒng)，打開電腦，進行調(diào)試；⑦自動化采集：調(diào)整采集頻率，自動存儲數(shù)據(jù)時間，實現(xiàn)24小時不間斷采集。

5.3 應力監(jiān)測階段性結(jié)果分析

文章以4～5層E軸懸挑斜拉桿預張拉施工全過程階段性監(jiān)測為例。在得到監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果后，根據(jù)對應工況所測的應變最值、應變-應力轉(zhuǎn)換公式及彈性模量計算得出各工況下測點應力監(jiān)測最值，從而繪出數(shù)據(jù)趨勢圖，見表1、表2。

表1 加載工況說明表

表2 4～5層E軸懸拉桿預張拉過程應變最值及應力趨勢圖

通過對相關數(shù)據(jù)和圖表進行分析，得出如下結(jié)論：①應力與應變曲線走向趨勢與加載工況一致，由此說明，監(jiān)測過程所施加的荷載在結(jié)構(gòu)中得到了較好的響應；②對應力曲線進行分析可以得知，各構(gòu)件的應力在監(jiān)測過程所施加的荷載作用下未達到其屈服強度設計值（預警值）。

6 結(jié)束語

前海法治大廈是目前國內(nèi)首次采用最大直徑、E650高強度鋼拉桿且數(shù)量最多的房建工程，為帶斜拉桿大懸挑框架剪力墻結(jié)構(gòu)。本結(jié)構(gòu)類型的大直徑高強度鋼拉桿安裝、張拉和應力監(jiān)測技術取得了良好的實踐突破，為以后類似工程的施工提供了寶貴經(jīng)驗。

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TU394

A

2096-2789（2016）11-0032-03