大跨空間鋼結(jié)構(gòu)預應力施工技術(shù)研究

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院， 陜西 西安 710300)

鋼結(jié)構(gòu)預應力是現(xiàn)代經(jīng)濟和科技發(fā)展下的產(chǎn)物，也是建筑業(yè)一直在推廣使用的新技術(shù)，預應力施工技術(shù)經(jīng)過混凝土結(jié)構(gòu)的應用發(fā)展到了大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的應用，這一發(fā)展體現(xiàn)了我國過程建設(shè)技術(shù)的進步。給鋼結(jié)構(gòu)施加預應力對于鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)變形的調(diào)控和調(diào)整桿件應力分布有著積極的作用，當對鋼結(jié)構(gòu)變形和桿件應力進行有效的調(diào)控以后，鋼結(jié)構(gòu)的承載力將大大的提升，可以減少施工過程中的用鋼量，這樣不僅可以節(jié)約資源還可以使結(jié)構(gòu)變得輕盈，便于大跨度、大空間的跨越。大塊空間鋼結(jié)構(gòu)的預應力施工技術(shù)會涉及到很多的結(jié)構(gòu)形式和各種新型的拉索材料，此外還需要與各種高強材料、高級非線性力學分析和施工技術(shù)進行融合，所以其應用的難度還是比較大的，但在近些年來，我國大跨空間鋼結(jié)構(gòu)預應力施工還是取得了顯著的進步和發(fā)展，主要以現(xiàn)在拉索材料、結(jié)構(gòu)形式以及施工技術(shù)這三個方面。

1 拉索材料的發(fā)展

1.1 組裝索

過去的鋼結(jié)構(gòu)預應力中拉索材料主要是鋼絞線組裝索和鋼絲繩組裝索，這兩種方式制作簡單，對于索長制作的要求比較的低，且制作費用較低，所以過去得到了廣泛的應用，但是這種組裝索的縮短節(jié)點構(gòu)造比較的復雜，，所以缺乏美觀性，且這種組裝索的整體性和腐蝕性不強，所以需要對其進行改進，近些年來，鋼絞線組裝索經(jīng)過不斷的改進，防腐性大大高于傳統(tǒng)的組裝索，且美觀性和整體性更強一些。

1.2 成品索

到現(xiàn)在為止，高強鋼絲束成品索和鋼拉桿成品索已經(jīng)漸漸的代替了過去的組裝索，被廣泛的應用在鋼結(jié)構(gòu)預應力的施工過程中。這種成品索的質(zhì)量、性能、美觀度與防腐性大大的提高了，但是成品索的應用意味著錨具形式、節(jié)點構(gòu)造、張拉工藝等的要求將變得更高，施工難度相應的增加了。

2 結(jié)構(gòu)形式的進步

2.1 張弦梁/桁架/網(wǎng)格

在1998年，張弦梁第一次得到應用，它是由上弦鋼構(gòu)、中間撐桿和下弦索共同構(gòu)成的，這種結(jié)構(gòu)可以在拉索張拉的過程中允許支座華東，所以對于保證拉索的預張力有積極的意義，保證預張力的主要是上弦鋼構(gòu)，它還可以促進預應力形成自平衡體系。

2.2 斜拉結(jié)構(gòu)

鋼構(gòu)、桅桿和斜拉索共同構(gòu)成了斜拉結(jié)構(gòu)，其中斜拉索能夠給鋼構(gòu)提供彈性支持，它位于鋼構(gòu)的上方，在這種布置下，結(jié)構(gòu)內(nèi)力的狀況將會得到改善，可以減少結(jié)構(gòu)變形和支座彎矩等問題的出現(xiàn)，還可以滿足更大跨度的需求。此外斜拉結(jié)構(gòu)還可以在一定的結(jié)構(gòu)上節(jié)約鋼材料。

2.3 預應力鋼桁架結(jié)構(gòu)

預應力鋼桁架結(jié)構(gòu)主要包括了鋼桁架和拉索兩部分，鋼桁架的剛度較大，還可以自己形成結(jié)構(gòu)，拉索可以對桁架內(nèi)力狀況進行調(diào)整，使其處于較合理的狀態(tài)。預應力鋼桁架結(jié)構(gòu)的應用非常的廣泛，在北京西客站主站、湖南省政府大樓、成都會展中心、廣東省博物館新館等建筑中都應用了這一結(jié)構(gòu)。

2.4 索桁架結(jié)構(gòu)

承重索、穩(wěn)定索、中間腹索、腹桿等又是構(gòu)成所桁架結(jié)構(gòu)的主要成分。其中承重索的主要作用是承受豎向向下的重量，它的線形是下凹的，所以承重量比較的好；穩(wěn)定索的線形與承重索相反，為負曲率所以它的承重負荷與承重索也是相反的；后面兩種部分是形成整個結(jié)構(gòu)的重要因素。但需要特別注意的是，在索桁架結(jié)構(gòu)中需要使用大綱度的邊梁使預應力保持平衡。

2.5 索拱結(jié)構(gòu)

索拱結(jié)構(gòu)是由拉索和拱組成的，拉索的主要作用是減少拱的推力，從而對拱的穩(wěn)定性進行提高，索拱結(jié)構(gòu)被應用在了淮海工學院體育館當中。

2.6 弦支穹頂結(jié)構(gòu)

網(wǎng)殼、撐桿、徑向索以及環(huán)向索又共同構(gòu)成了弦支穹頂結(jié)構(gòu)，要在網(wǎng)殼下方布置呈現(xiàn)“N”字形的索桿，這樣既可以對支座的推力進行平衡又可以將建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度和穩(wěn)定性進行提高。弦支穹頂結(jié)構(gòu)的網(wǎng)殼具有多樣性的特征，主要的網(wǎng)殼包括了聯(lián)方形網(wǎng)殼、凱威特形網(wǎng)殼以及環(huán)柱形網(wǎng)殼等。除了網(wǎng)殼具有多樣性以外，其撐桿、徑向索以及環(huán)向索也是有多種形式的。

2.7 索拱頂結(jié)構(gòu)

索拱頂結(jié)構(gòu)主要由四部分構(gòu)成，分別是脊索、斜索、壓桿和環(huán)索。要想保證全張力結(jié)構(gòu)順利成型的一個必要前提是預應力，在意在施工和施工過程中一定要求索拱頂結(jié)構(gòu)具有非線性的特點，但是非線性的索拱頂對于結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及施工的要求又是非常的高的，所以需要對結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工技術(shù)進行提升。到目前為止，在大跨空間鋼結(jié)構(gòu)預應力的施工技術(shù)中索拱頂結(jié)構(gòu)是整個研究中比較重要和核心的部分之一。其中采用剛性屋面的索拱頂在將來會得到迅速的發(fā)展和應用。

3 施工技術(shù)的創(chuàng)新

3.1 分析和工藝的結(jié)合

大跨空間鋼結(jié)構(gòu)預應力施工技術(shù)的應用目標是保證設(shè)計方案的初始狀態(tài)，主要包括了力和形這兩個部分施工要求的實現(xiàn)，需要明白的是，力和形這兩個部分的要求遠遠的高于一般鋼結(jié)構(gòu)的施工要求。理論上要求力和形是完全對應的，但在實際的施工中會發(fā)現(xiàn)誤差是無法避免的，所以要求在施工之前就對各項施工部分進行仔細的分析，在施工中將分析和工藝進行有效的結(jié)合，從而更好的實現(xiàn)設(shè)計的目的。進行分析時需要對結(jié)構(gòu)性能、施工力學和施工成型狀態(tài)對結(jié)構(gòu)性能的影響進行仔細的分析。

3.2 節(jié)點、索頭和張拉機具的結(jié)合

節(jié)點、索頭和張拉機具的結(jié)合是大跨空間鋼結(jié)構(gòu)預應力施工技術(shù)中比較關(guān)鍵的技術(shù)之一，多樣性的建筑形式和結(jié)構(gòu)形式要求節(jié)點形式和索頭形式具有多樣想，而張拉機具需要與索頭和節(jié)點進行連接，所以就要求節(jié)點、索頭和張拉機具具有匹配性，能夠進行有效的結(jié)合。

3.3 鋼構(gòu)和拉索施工的結(jié)合

鋼構(gòu)性能的形成和改善需要通過拉索和拉索的張力來實現(xiàn)，所以實現(xiàn)鋼構(gòu)和拉索施工的有效結(jié)合是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體目標的關(guān)鍵部分。鋼構(gòu)和拉索施工的結(jié)合主要體現(xiàn)在施工方案。全過程分析以及相互施工誤差影響這三個方面。

3.4 從分析到制作、安裝和張拉的全過程控制

與其它鋼結(jié)構(gòu)的施工控制相區(qū)別的是，在大跨空間預應力鋼結(jié)構(gòu)中的施工控制需要從分析開始，貫徹制作、安裝和張拉的整個過程中。所以需要從結(jié)構(gòu)性能、施工力學、制作以及張拉這四個部分進行有效的分析，并對其制作、安裝的整個過程進行有效的控制。

4 結(jié)論

由上文可知，大跨度和大空間預應力鋼結(jié)構(gòu)在近些年來取得了迅速的發(fā)展，在拉索材料方面，已經(jīng)從過去的預應力鋼絞線組裝索變成了高強鋼絲束和鋼拉桿成品索，整個拉索材料的質(zhì)量和性能得到了顯著的發(fā)展，此外，拉索材料的索頭變得更加的多樣和美觀，還具有了更加廣泛的適用性。從結(jié)構(gòu)形式來看，我國的鋼結(jié)構(gòu)預應力結(jié)構(gòu)是非常的多樣和全面的，它大大的豐富了預應力鋼結(jié)構(gòu)的應用范圍，從施工技術(shù)來看，具有建筑特色的、系統(tǒng)的大跨空間鋼結(jié)構(gòu)預應力施工技術(shù)已經(jīng)形成，但大跨空間鋼結(jié)構(gòu)預應力還在不斷的進行技術(shù)改造和創(chuàng)新，力求大跨空間預應力鋼結(jié)構(gòu)能夠不斷的發(fā)展，能夠滿足大跨度、大空間建筑的需求。

[1]鄭孟輝. 現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)屋面箱梁的施工監(jiān)測方法研究[D].湖南大學,2016.

[2]楊震.預應力施工技術(shù)在大跨空間鋼結(jié)構(gòu)中的應用分析[J].湖北工程學院學報,2014,34(03):87-89.

[3]郭正興,羅斌.大跨空間鋼結(jié)構(gòu)預應力施工技術(shù)研究與應用——大跨空間鋼結(jié)構(gòu)預應力施工成套技術(shù)[J].施工技術(shù),2011,40(13):96-102.