某機場航站樓中庭鋼結構及拉索預應力施工技術

文/秦翊超　蘭州市小西湖公園　甘肅蘭州　730050

1、工程概況

該航站樓建筑面積82000m2，采用前列+半島式構型，地上兩層（局部夾層），地下一層，建筑高度為24.005m。中庭鋼結構短軸長51.215m，長軸長為54.569m，上部為弦支穹頂，下端采用銷軸與預埋支座連接，支撐點共6個,整個結構最高點與下部混凝泥土基礎面距離為23.475m,其下弦布置預應力鋼索，共布置兩圈環(huán)向索，分外環(huán)向索、內環(huán)向索，通過撐桿和徑向索連接。

2、鋼結構安裝

2.1　鋼結構施工思路

鋼結構工程施工時，在內環(huán)六邊形區(qū)域及檐口無支座位置利用塔吊標準節(jié)搭設臨時支撐胎架，六邊形組合構件采用90T汽車吊整體吊裝，其余構件利用25噸汽車吊進行高空散拼施工。

2.2　鋼結構吊裝

臨時支撐胎架搭設完畢后，先將正六邊形環(huán)在地面進行拼裝，再整體吊裝到支撐胎架上，復核軸線標高，滿足設計及規(guī)范要求后，進行固定。然后安裝徑向長鋼梁，以兩個長鋼梁為一個單元，安裝完成一個單元后再安裝單元內的環(huán)形構件。按逆時針方向安裝其他單元構件。構件安裝過程中進行拉索的穿插作業(yè)，但不張拉，待鋼結構焊接完成驗收合格后進行張拉。

2.3　鋼結構安裝工況分析

整個鋼結構安裝，正六邊形環(huán)和徑向鋼梁為最重構件。其中正六邊形重量為5.73t,而正六邊形組合為吊裝最高點，距離混凝土基礎面23.48m，正六邊形對邊距離為10.85m，可知吊點距離鋼梁邊緣為5.425m，計算得出吊車吊裝作業(yè)半徑為10.85m, 吊車臂長為48.20m。正六變形組合選用90t汽車吊（7.5t配重）吊裝，作業(yè)半徑為10.85m，吊車臂長為48.20m,可吊14.5t＞5.73t，滿足要求。徑向鋼梁最重構件組合為3.19t，起重高度為19.62m，由于吊車可靠近鋼梁起吊，半徑可以忽略。選用25t汽車吊臂長33m，工作半徑15m以內最小起重量為3.9噸＞3.19噸，滿足要求。

2.4　鋼結構安裝流程

汽車吊進場→規(guī)劃吊車行走路線及安裝順序→利用全站儀找出胎架位置并制作安裝胎架→搭設六邊形環(huán)拼裝胎架并整體拼裝焊接完成→吊裝六邊形組織構件→拼裝焊接徑向鋼梁→吊裝徑向鋼梁→吊裝相鄰徑向鋼梁→對相鄰徑向鋼梁進行填空補檔→按上述原則逆時針安裝其他構件。

2.5　鋼結構安裝措施

為方便現(xiàn)場吊裝，確保吊裝安全，鋼梁在工廠加工制作時，應在鋼梁上部焊接吊耳，吊點到鋼梁端頭的距離為構件總長的1/4；鋼梁吊籃采用φ12mm的圓鋼組成，待地面驗收合格后吊至鋼梁側邊，以方便現(xiàn)場施工人員對鋼梁的安裝和校正；樓層部分鋼梁吊裝前，分別在鋼梁兩端豎向安裝一根φ48mm長度為1200mm的圓鋼防護立桿，然后在兩根立桿之間拉鋼絲繩，確保鋼梁安裝時施工人員行走安全。

3、拉索預應力施工

3.1　結構特點

本工程施工的主要特點是：先通過弦支穹頂?shù)奶囟ńY構關系，尋找索在無應力狀態(tài)下的下料長度，為建立與設計相符的“力”和“形”的統(tǒng)一奠定基礎；索預應力施加之前結構具有一定剛度，柔性索、拉桿與撐桿等下部構件可以與上部鋼結構分開安裝；本工程預應力張拉特點是通過逐步張拉環(huán)向索來施加預應力，預應力的施加步長應通過事先的仿真模擬確定，以免對結構帶來不利影響。

3.2　拉索施工總體思路

根據(jù)本工程結構特點，即上部結構初步具有一定剛度，因此可先進行上部桿件的安裝施工，然后進行下部索桿體系的安裝及張拉施工。結合第二部分所述，下部索桿體系分為徑向拉桿、環(huán)向鋼索和豎向撐桿，下部索桿體系的施工整體順序為：豎向撐桿安裝→環(huán)向鋼索安裝→徑向拉索安裝→環(huán)向鋼索張拉→局部徑向拉索張拉。預應力的施加是本工程的重點和難點，弦支穹頂結構預應力的施加可采用張拉環(huán)向索和張拉徑向拉索兩種方法，張拉環(huán)向索效率較高，但精度不如張拉徑向索，本工程采用張拉環(huán)向索和張拉徑向鋼拉桿相結合的方法施加預應力，即以張拉徑向索為主，張拉環(huán)向索為輔。本工程中弦支穹頂?shù)膹埨駨姆旨墢埨⒂赏馔鶅?、對稱張拉、局部調整四個原則。分級張拉：本工程屬柔性結構，預應力張拉需逐步實施，以免造成局部預應力過大，影響后續(xù)的張拉施工，同時也對結構造成不利影響；由外往內：張拉從外環(huán)索到內環(huán)索；對稱張拉：為保證結構穩(wěn)定，按照對稱關系進行張拉；局部調整：每一級拉索張拉施工完成后，根據(jù)張拉監(jiān)控及變形監(jiān)控結果，再局部調整徑向鋼拉桿的索力，以消除結構安裝誤差對張拉施工造成的影響，直至結構張拉施工完畢。

3.3　調直與下料

為了使鋼索受荷后各股鋼絞線受力均勻，鋼索制作時下料長度要準確、等長。下料采用“應力下料法”，將開盤在200～300MPa拉應力下的鋼絲或鋼絞線調直，可消除一些非彈性因素的影響。制作通長、水平且與索等長的槽道，平行放入鋼絞線，使其不互相交叉、扭曲，在槽道定位板處控制索的下料長度。

3.4　鋼索的預張拉

鋼索的預張拉是為了消除索的非彈性變形，保證在使用時的彈性工作。預張拉在工廠內進行，一般選取鋼絲極限強度的50%～55%為預張力，持荷時間為0.5～2.0h。

3.5　鋼索的防護

鋼索必須進行表面處理，認真除污。鋼索的長期防護采用外加PE套管的方法。這種防護方法可適應周圍無嚴重侵蝕性的一般環(huán)境。在施工過程中，應盡量避免對PE造成損傷，到達現(xiàn)場后，在放索過程中也要對索體進行保護，防止其摩擦破壞。

3.6　展索

鋼索安裝就位之前，在環(huán)索連接桿的正下方將索鋪展成環(huán)形，并將各標記點與連接索夾一一對應。本工程最大的拉索為 20，長約為30911mm，重約為65kg，展索的時候采用一端用提升機進行牽引，中間布置展索小車，每5-6米布置一個小車。

3.7　環(huán)索安裝就位

預應力鋼索鋪展成型后，每隔10米設置一個就位點，然后采用卷揚機或汽車吊進行吊裝。

3.8　拉索張拉

對于設計預拉力較小的拉桿，采用扭矩扳手進行張拉。具體操作分三步進行，第一步通過拉桿設計預拉力得出換算設計扭矩；第二步將扭矩扳手內指針調至設計扭矩；第三步便可進行張拉施工，操作人員聽到扭矩扳手內“咔嚓”聲響即達到設計預拉力，便可停止施工。對于設計預拉力較大的拉桿，應采用液壓千斤頂進行輔助張拉施工。本工程鋼拉桿張拉端在拉桿的中間，張拉節(jié)點位于徑向桿連接套筒處，施加預應力的方法是：根據(jù)設計張拉力的值，通過油泵將油壓傳給兩個千斤頂，然后調節(jié)自身的調節(jié)套筒達到所要施加的力。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拉桿重合，以保證預應力鋼拉桿在進行張拉時不產(chǎn)生偏心；在油泵啟動供油正常后，開始加壓，當壓力達到鋼拉桿設計拉力時，超張拉5%左右，然后停止加壓。張拉時，要控制給油速度，給油時間不應低于0.5min。

3.9　預應力損失及處理措施

張拉過程中預應力損失產(chǎn)生主要有以下原因：拉索索體松弛；拉桿體錨具回縮變形（主要是調節(jié)螺桿變形）；油壓損失；節(jié)點摩擦使預應力產(chǎn)生損失。為保證張拉力達到設計要求，并且根據(jù)大量工程經(jīng)驗，實際張拉過程中，采取超張拉的方法，每次超張理論計算張拉力的5%。

3.10　施工過程監(jiān)測

為滿足預應力施工過程的需要，保證工程順利進行，施工監(jiān)測布點時采取以下原則：應力監(jiān)測：以拉力監(jiān)測為主，保證各類鋼索施加預應力值與施工仿真計算得到的張拉力值相同，鋼結構應力監(jiān)測為輔助手段，監(jiān)測得出應力比較大的桿件應力變化，監(jiān)測手段采用千斤頂油泵直接讀數(shù)和索力測試儀進行過程中索力測試。變形監(jiān)測：監(jiān)測結構豎向位移，位移監(jiān)測貫穿于整個結構的施工過程，包括安裝施工和張拉施工過程，監(jiān)測內容為各監(jiān)測點的三維控制坐標，本工程采用在六個撐桿的上、下端布置監(jiān)控點，通過在12個監(jiān)控點來監(jiān)控結構的豎向位移和撐桿的側向位移。

結語：

本工程為機場航站樓中庭鋼結構弦支穹頂鋼結構及預應力施工，臨時支撐胎架的部署設置是總體施工的重要前提，弦支穹頂為柔性結構，有“牽一發(fā)而動全身”的特點，張拉施工是弦支穹頂結構施工的關鍵，施工過程的實時檢測是保證施工過程順利進行的重點，通過工程的完成，積累了施工經(jīng)驗，為類似工程提供指導及借鑒。

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