貴陽奧體二期體育館弦支穹頂預(yù)應(yīng)力索施工技術(shù)

吳家文 宋國偉 鄧潤澤

摘要：弦支穹頂結(jié)構(gòu)是張拉整體、索穹頂?shù)热嵝越Y(jié)構(gòu)與單層球面網(wǎng)殼相結(jié)合的一種新型空間結(jié)構(gòu)體系。一方面提高了單層球面網(wǎng)殼的穩(wěn)定性。另一方面，與索穹頂結(jié)構(gòu)體系相比，該結(jié)構(gòu)在施加預(yù)應(yīng)力前具有一定的初始剛度。目前，弦支穹頂結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于大型機(jī)場航站樓、綜合體育館、國際會(huì)展中心等公共設(shè)施的屋頂。本文對貴陽奧體中心二期弦支穹頂預(yù)應(yīng)力拉索的施工方案進(jìn)行了綜合分析。

關(guān)鍵詞：貴陽奧體二期體育館;弦支穹頂預(yù)應(yīng)力索;施工方案

引言

本項(xiàng)目張拉施工按照下述步驟張拉：整體思路為由外至內(nèi)分批張拉第1級→由外至內(nèi)分批張拉第2級→由內(nèi)至外分批張拉第3級。

1工程概況

本項(xiàng)目位于貴陽市觀山湖區(qū)云潭路與興筑路交叉處貴陽奧林匹克體育中心地塊內(nèi)，體育館為弦支穹頂結(jié)構(gòu)體系，主要由單層網(wǎng)殼、拉索體系、環(huán)桁架及外圍幕墻網(wǎng)格構(gòu)成;屋面平面呈圓形，屋蓋結(jié)構(gòu)圓形直徑為117m，整體鋼結(jié)構(gòu)輪廓外圍圓形直徑為140m;屋蓋最高處標(biāo)高為42.1m，環(huán)桁架上部標(biāo)高為33.1m，幕墻網(wǎng)格下部支座標(biāo)高為6m;

2張拉施工難點(diǎn)

（1）典型節(jié)點(diǎn)及支座的設(shè)計(jì)、制作與焊接質(zhì)量的保證

本工程各類構(gòu)件之間、撐桿與索之間以及柱頭支座等，包含了大量不同截面和構(gòu)件間的焊接，如何保證節(jié)點(diǎn)制作質(zhì)量、鋼管與鋼管焊接質(zhì)量、拼接的焊接變形控制質(zhì)量是本工程控制的重點(diǎn)。

（2）吊裝安全、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的保證

本工程鋼結(jié)構(gòu)跨度較大，其設(shè)計(jì)計(jì)算一般均采用結(jié)構(gòu)完工狀況為計(jì)算模型，且由于在結(jié)構(gòu)安裝過程中結(jié)構(gòu)在各階段的受力狀況均與完工狀態(tài)有較大差別，存在平面外穩(wěn)定問題，要求對安裝過程中各階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、穩(wěn)定性、位移量做理論計(jì)算以確保整個(gè)安裝過程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。

（3）裝索作業(yè)面狹小

臨時(shí)支撐需要嚴(yán)格按照鋼結(jié)構(gòu)方案所述位置進(jìn)行支撐，預(yù)留足夠空間給張拉單位進(jìn)行放索作業(yè)，即拼裝胎架需要留出足夠空間給穿索施工。

（4）環(huán)索、鋼拉桿安裝復(fù)雜難度高，環(huán)索、鋼拉桿、索夾分散在直徑140m的圓形內(nèi)，對于如何保證安快速安裝的同時(shí)較少的占用大型機(jī)械對編制方案有著較高的要求。

3預(yù)應(yīng)力拉索施工方案

3.1拉索安裝工序

1）拉索目測檢查：索體表面和索頭防腐層是否有破損。

2）檢查拉索實(shí)際制作長度是否滿足要求。

3）與拉索連接的節(jié)點(diǎn)檢查：節(jié)點(diǎn)是否安裝到位，且與周邊構(gòu)件連接可靠。

4）與拉索連接的構(gòu)件應(yīng)穩(wěn)定可靠，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置支撐或纜風(fēng)繩等。

5）對于在拉索安裝后難以完成的工作，應(yīng)在拉索安裝前完成，如索頭連接板的防銹涂層。

6）需對索頭調(diào)節(jié)裝置等部位涂適量黃油潤滑，以便于擰動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。

7）為方便工人施工操作，事先搭設(shè)好安全可靠的操作平臺、掛籃等。

8）人員正式上崗前進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)與交底，并進(jìn)行安全和質(zhì)量教育。

9）在正式使用前對施工設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)、校核并調(diào)試，確保使用過程中萬無一失

3.2拉索的安裝順序

1）拉索安裝前，先測量索端實(shí)際距離，以考慮結(jié)構(gòu)安裝偏差，調(diào)整索長;

2）拉索安裝順序：

工廠里拉索在初始預(yù)張力條件下，按照有應(yīng)力長度進(jìn)行生產(chǎn)，并在索體表面標(biāo)記索夾位置→拉索運(yùn)輸至現(xiàn)場→開盤放索→牽引提升固定端拉索→安裝固定端拉索→牽引提升可調(diào)節(jié)端拉索→預(yù)緊拉索→施工張拉。

3.3拉索開盤

在放索過程中，因索盤繞產(chǎn)生的彈性和牽引產(chǎn)生的偏心力，索開盤時(shí)產(chǎn)生加速，導(dǎo)致彈開散盤，易危及工人安全，因此開盤時(shí)注意防止崩盤。

軟索的柔度相對較好，在開盤拉索展開過程中外包的防護(hù)層不除去，僅剝?nèi)ニ鲓A處的防護(hù)，在牽引索安裝索球張拉索的各道工序中，均注意避免碰傷、刮傷索體。

1）采用脫胎成圈包裝運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)將拉索的兩端錨具固定。

2）拉索在運(yùn)輸?shù)焦さ睾?，?yīng)將放置拉索的地方清理干凈再將拉索取出水平放置在墊板上，帶有索盤的拉索隨索盤一起取出。如拉索運(yùn)輸?shù)焦さ貢簳r(shí)沒有使用應(yīng)及時(shí)做好保護(hù)措施，存儲在干燥、清潔、通風(fēng)的倉庫中。

3）工地放索時(shí)應(yīng)先將拉索放在放索盤上，然后沿索盤圈的反方向使索盤旋轉(zhuǎn)打開，禁止拉索沒有打開時(shí)直接豎直吊拉拉索。吊拉時(shí)應(yīng)對兩端錨具做好相應(yīng)的保護(hù)措施，防止刮傷，碰撞。

4）不允許索體出現(xiàn)打結(jié)的現(xiàn)象，防止索體出現(xiàn)散股引起跳絲。嚴(yán)禁拉索直接在地面上拖拽，嚴(yán)禁隨意亂放、亂扔。

5）避免拉索與其它堅(jiān)硬的物質(zhì)碰撞，摩擦，以免劃傷索體的表面。當(dāng)發(fā)現(xiàn)拉索兩端錨具出現(xiàn)變形、扭曲、磨損，索體出現(xiàn)跳絲、散股、劃傷、碰傷時(shí)，應(yīng)立即通知專門人員進(jìn)行檢修確定修復(fù)后繼續(xù)使用或報(bào)廢。

6）拉索索頭出廠時(shí)為熱噴鋅加環(huán)氧富鋅底漆處理，屬基本的防腐處理，待張拉安裝完成后應(yīng)再隨鋼結(jié)構(gòu)一起做整體的防腐處理。

7）拉索在工地現(xiàn)場施工時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)索體表面局部劃傷的問題，如出現(xiàn)此類情況，可采用兩種方式進(jìn)行處理：

（a）將劃傷表面清潔干凈后，再噴涂CRC冷鍍鋅漆;（b）將劃傷表面清潔干凈后，再噴涂不低于100μm厚度的環(huán)氧富鋅底漆。

8）對于大直徑拉索，出廠前索體上每隔2米左右會(huì)用鐵絲扎緊，到工地現(xiàn)場后，建議施工張拉前不要將鐵絲解開，防止索體吊裝時(shí)表層鋼絲松散引起跳絲現(xiàn)象。

9）嚴(yán)禁工程現(xiàn)場電焊時(shí)用索體作為導(dǎo)線使用，如作為電焊導(dǎo)線使用會(huì)引起表層鋼絲斷裂現(xiàn)象。

3.4拉索施工操作平臺

采用腳手架搭設(shè)拉索安裝和張拉所需的操作平臺或用型鋼焊接吊籠操作平臺，不僅要便于拉索施工，也要保證施工安全性。

XS5、XS4、XS3采用張拉平臺1形式，每環(huán)布置32個(gè)，共計(jì)96個(gè)平臺;XS2、XS1采用張拉平臺2形式，每環(huán)布置16個(gè)，共計(jì)32個(gè)平臺;主橫桿均由4個(gè)φ48x3組合而成。

3.5拉索及索夾安裝

1）在地面設(shè)置滾軸。

2）拉索因直徑較大，重量較重，可采用牽引的方法，讓拉索盡量水平平鋪在地面滾軸上。

3）采用汽車吊、卷揚(yáng)機(jī)、吊帶等工具，將地面展開的索提升至高空。

環(huán)索分段吊裝完成后，開始把分段的環(huán)索對接完成，對接時(shí)需要保證兩段環(huán)索接口在同一標(biāo)高上，通過擰緊工裝進(jìn)行對接。

3.6拉索安裝注意事項(xiàng)

1）在工廠里對拉索進(jìn)行嚴(yán)格編號和精確標(biāo)記。按照初始預(yù)張力和各索段長度，在索皮上標(biāo)記索夾的位置以及索頭螺桿的位置。安裝前尚需量測實(shí)際關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的安裝偏差，根據(jù)這些標(biāo)記和節(jié)點(diǎn)安裝偏差，在現(xiàn)場進(jìn)行拉索及索夾的安裝，并調(diào)節(jié)索長。便于實(shí)際安裝。

2）拉索安裝前，需對索頭調(diào)節(jié)裝置涂適量黃油潤滑，以便于擰動(dòng)。

3）拉索安裝前應(yīng)測定索長制作誤差以及索端節(jié)點(diǎn)的安裝誤差，根據(jù)這些誤差值，調(diào)整索長。

3.7環(huán)索安裝流程

HS1～5均為1、2和4根環(huán)索，且索夾蓋板為獨(dú)立蓋板，不影響雙/四索安裝，故HS1～5在地面展索、高空安裝并安裝對接頭。具體為在體育館內(nèi)按順序展開1根環(huán)索，用吊裝工具把環(huán)索提至索夾附近，按照環(huán)索標(biāo)記線固定索夾下蓋板，按施工場地工作面，HS1～5可以交叉施工。

拉索體系結(jié)構(gòu)示意圖（環(huán)索由內(nèi)到外為HS1～HS5）

4拉索張拉方案

4.1環(huán)索張拉步驟

本項(xiàng)目張拉施工按照下述步驟張拉：整體思路為由外至內(nèi)分批張拉第1級→由外至內(nèi)分批張拉第2級→由內(nèi)至外分批張拉第3級。

第1步：安裝鋼結(jié)構(gòu)屋面及安裝環(huán)索、徑向索，張拉前所有支撐胎架與上弦桿均只接觸;

第2步：預(yù)緊XS1～5鋼拉桿，預(yù)緊至施工預(yù)應(yīng)力的10%;

第3步：第1級分批張拉XS5-1→XS5-4至施工預(yù)應(yīng)力的40%;

第4步：第1級分批張拉XS4-1→XS4-2至施工預(yù)應(yīng)力的40%;

第5步：第1級分批張拉XS3-1→XS3-2至施工預(yù)應(yīng)力的40%;

第6步：第1級分批張拉XS2-1→XS2-2至施工預(yù)應(yīng)力的40%;

第7步：第1級分批張拉XS1-1→XS1-2至施工預(yù)應(yīng)力的40%;

第8步：第2級分批張拉XS5-1→XS5-4至施工預(yù)應(yīng)力的90%;

第9步：此時(shí)外圈支撐架主動(dòng)脫胎，拆除外圈支撐架;

第10步：第2級分批張拉XS4-1→XS4-2至施工預(yù)應(yīng)力的90%;

第11步：此時(shí)中圈、內(nèi)圈支撐架主動(dòng)脫胎，拆除中圈、內(nèi)圈支撐架;

第12步：第2級分批張拉XS3-1→XS3-2至施工預(yù)應(yīng)力的90%;

第13步：第2級分批張拉XS2-1→XS2-2至施工預(yù)應(yīng)力的90%;

第14步：第2級分批張拉XS1-1→XS1-2至施工預(yù)應(yīng)力的90%;

第15步：第3級分批張拉XS1-1→XS1-2至施工預(yù)應(yīng)力的105%;

第16步：第3級分批張拉XS2-1→XS2-2至施工預(yù)應(yīng)力的105%;

第17步：第3級分批張拉XS3-1→XS3-2至施工預(yù)應(yīng)力的105%;

第18步：第3級分批張拉XS4-1→XS4-2至施工預(yù)應(yīng)力的105%;

第19步：第3級分批張拉XS5-1→XS5-4至施工預(yù)應(yīng)力的105%;

第20步：預(yù)應(yīng)力施工完成，移交工作面。

等到所有環(huán)索及鋼拉桿均零狀態(tài)安裝到位，使用30t千斤頂對所有鋼拉桿進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊值約為鋼拉桿預(yù)應(yīng)力的10%，通過2次循環(huán)使得斜索安裝預(yù)緊階段張拉力如表1所示：

5張拉工序

5.1預(yù)應(yīng)力鋼索張拉前標(biāo)定張拉設(shè)備

張拉設(shè)備采用相應(yīng)的千斤頂和配套油泵。根據(jù)設(shè)計(jì)和預(yù)應(yīng)力工藝要求的實(shí)際張拉力對千斤頂、油泵進(jìn)行標(biāo)定。實(shí)際使用時(shí)，由此標(biāo)定曲線上找到控制張拉力值相對應(yīng)的值，并將其打在相應(yīng)的泵頂標(biāo)牌上，以方便操作和查驗(yàn)。

5.2張拉控制應(yīng)力

根據(jù)設(shè)計(jì)要求的預(yù)應(yīng)力鋼索張拉控制應(yīng)力取值。

5.3張拉工裝

根據(jù)張拉端節(jié)點(diǎn)形式設(shè)計(jì)自制張拉工裝。

5.4預(yù)應(yīng)力鋼索張拉采用雙控

即預(yù)應(yīng)力鋼索的拉力、變形值及鋼結(jié)構(gòu)變形。預(yù)應(yīng)力鋼索張拉完成后，應(yīng)立即測量校對。如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)暫停張拉，待查明原因，并采取措施后，再繼續(xù)張拉。

5.5張拉操作要點(diǎn)：

1）張拉設(shè)備安裝：由于本工程張拉設(shè)備組件較多，因此在進(jìn)行安裝時(shí)必須小心安放，使張拉設(shè)備形心與鋼索重合，以保證預(yù)應(yīng)力鋼索在進(jìn)行張拉時(shí)不產(chǎn)生偏心;

2）預(yù)應(yīng)力鋼索張拉：油泵啟動(dòng)供油正常后，開始加壓，當(dāng)壓力達(dá)到鋼索設(shè)計(jì)拉力時(shí)，然后停止加壓，完成預(yù)應(yīng)力鋼索張拉。張拉時(shí)，要控制給油速度，給油時(shí)間不應(yīng)低于0.5min。

5.6預(yù)應(yīng)力鋼索張拉測量記錄

張拉前可把預(yù)應(yīng)力鋼索自由部分長度作為原始長度，當(dāng)張拉完成后，再次測量原自由部分長度，兩者之差即為實(shí)際伸長值。

除了張拉長度記錄，還應(yīng)該把全站儀測得鋼結(jié)構(gòu)變形記錄下來，以對結(jié)構(gòu)施工期行為進(jìn)行監(jiān)測。

5.7張拉質(zhì)量控制方法和要求

1）張拉力按標(biāo)定的數(shù)值進(jìn)行，用伸長值和壓力傳感器數(shù)值進(jìn)行校核;

2）認(rèn)真檢查張拉設(shè)備及與張拉設(shè)備相接的鋼索，以保證張拉安全、有效;

3）張拉嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，控制給油速度，給油時(shí)間不應(yīng)低于0.5min;

4）張拉設(shè)備形心應(yīng)與預(yù)應(yīng)力鋼索在同一軸線上;

5）實(shí)測伸長值與計(jì)算伸長值相差超過允許誤差時(shí)，應(yīng)停止張拉，報(bào)告工程師進(jìn)行處理。

6質(zhì)量保證措施

（1）加強(qiáng)技術(shù)管理，認(rèn)真貫徹國家規(guī)定、規(guī)范、操作規(guī)程及各項(xiàng)管理制度。

（2）建立完整的質(zhì)量管理體系，項(xiàng)目管理部設(shè)置質(zhì)量管理領(lǐng)導(dǎo)小組，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和總工程師全權(quán)負(fù)責(zé)，選擇精干、有豐富經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)質(zhì)量檢查員，對各工序進(jìn)行質(zhì)量檢查監(jiān)督和技術(shù)指導(dǎo)。

（3）嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量目標(biāo)管理，把質(zhì)量與效益嚴(yán)密掛鉤，實(shí)行優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，質(zhì)量目標(biāo)責(zé)任制。質(zhì)檢員認(rèn)真行使質(zhì)量否決權(quán)，使質(zhì)量管理始終處于受控狀態(tài)。

（4）項(xiàng)目部每天要開好現(xiàn)場生產(chǎn)的質(zhì)量碰頭會(huì)，每周對工程進(jìn)行全面檢查，進(jìn)行三分析活動(dòng)，即：分析質(zhì)量存在的問題，分析質(zhì)量問題的原因，分析應(yīng)采取的措施，查出問題及時(shí)整改。

（5）預(yù)應(yīng)力張拉操作人員，必須經(jīng)過培訓(xùn)，持證上崗。

（6）應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行“三按”、“三檢”和“一控”?！叭础保簢?yán)格按圖紙、按施工方案和施工工藝、按國家現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)施工?！叭龣z”：自檢、互檢、交接檢?！耙豢亍保鹤钥販?zhǔn)確率、一次驗(yàn)收合格率。

（7）應(yīng)加強(qiáng)施工全過程中的質(zhì)量預(yù)控，密切配合建設(shè)、監(jiān)理、總包三方人員的檢查與驗(yàn)收，按時(shí)作好隱蔽工程記錄。

（8）加強(qiáng)原材料的管理工作，嚴(yán)格執(zhí)行各種材料的檢驗(yàn)制度，對進(jìn)場的材料和設(shè)備必須認(rèn)真檢驗(yàn)，并及時(shí)向總包單位和監(jiān)理方提供材質(zhì)證明、試驗(yàn)報(bào)告和設(shè)備報(bào)驗(yàn)單。

（9）優(yōu)化施工方案，認(rèn)真作好圖紙會(huì)審和技術(shù)交底。每層、段都要有明確和詳細(xì)的技術(shù)交底。施工中隨時(shí)檢查施工措施的執(zhí)行情況，作好施工記錄。按時(shí)進(jìn)行施工質(zhì)量檢查掌握施工情況。

（10）認(rèn)真作好工程技術(shù)資料，及時(shí)準(zhǔn)確完整收集和整理好各種資料，設(shè)備檢定報(bào)告、張拉記錄單等，及時(shí)辦理各種簽證手續(xù)。

（11）注意保護(hù)鋼索的防腐層和索頭。

結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)有效的實(shí)踐研究，張拉工裝均能滿足施工要求。

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