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、應力監測技術及階段性監測結果分析方法，為以后類似工程的施工提供了寶貴經驗。

鋼拉桿；張拉工裝；預應力；監測；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代服務業合作區。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、西兩側為17.4m大懸挑，懸挑處通過設置斜拉桿及結構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，4層以上形成大跨結構。考慮兩側懸挑采用鋼框架+鋼拉桿的結構形式，為保證結構整體統一性，此處亦采用鋼框架+鋼拉桿結構。

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技術規范進行生產，共有Φ140、Φ150、Φ200、Φ220四種規格，共計60根，強度等級均為650級，其中Φ220鋼拉桿是目前國內強度要求最高、直徑最大的鋼拉桿，在房建鋼結構項目中屬首次應用，如圖1所示。

圖1 整體結構示意圖

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，核心筒處節點為預埋，施工控制精度難度大；②拉桿裝配件需特定專業廠家生產，且本工程拉桿直徑最大達220mm，其安裝、張拉及應力監測專業性極高且在全國范圍內都比較罕見，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構，為避免鋼桁架樓承板澆筑過程中因受力不均產生裂縫，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區與B區相同軸線位置應同時對稱張拉，并對應分別張拉至相同數值的預緊力；②A區與B區E軸核心筒兩側必須同時張拉，并張拉至相同數值的預緊力；③A、B區鋼框架分區安裝，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

項目結構兩端懸挑跨度大，采用鋼拉桿協同外圍鋼框架形成整體空間桁架結構作為主要承重體系，為充分保證整體結構安全，相應施工組織順序如下：①在核心筒澆灌完畢，以及二，三層鋼結構安裝；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，先同時張拉兩側核心筒中間位置的4根鋼拉桿，b.張拉核心筒兩側懸挑端的4根鋼拉桿，施加預緊力為1000kN（分步張拉），使結構脫開臨時支撐胎架；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、調節套筒等組件吊到現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，直至接頭不能轉動為止，如圖2所示。然后安裝調節套筒，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，再接上調節套筒，調節套筒設有正反螺絲，中間設有平口，用力矩扳手旋動調節套筒，兩端鋼拉桿在正反螺絲配合作用使鋼拉桿不斷旋入調節套筒，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根據拉桿調節套筒在空間的不同位置，調整張拉工裝（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調節調節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將監控電源DC插頭插入數顯表上的DC插孔內，然后將監控電源插頭插在220V電源插座上，數顯儀表即可顯示數值，如圖4所示。

圖4 現場張拉工裝

4.3 鋼拉桿張拉

鋼拉桿張拉主要內容：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，避免對結構產生過大的次生應力。張拉過程中應嚴格控制每級張拉的油壓表讀數；③張拉過程中應嚴格控制每級張拉的油表讀數，邊拉邊擰緊鋼拉桿的調節套筒，注意張拉與調節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節套筒，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，擰動調節套筒的補救措施，如圖5所示。

圖5 鋼拉桿張拉

5 鋼拉桿應力監測

5.1 應力監測主要內容及頻次

（1）施工過程中應力監測：對D、E、G、H軸大懸挑及E軸大跨度194處主要鋼梁構件、60根鋼拉桿進行應力監測；監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測一次，且需保證每半個月至少監測一次。

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

5.2 應力監測方案

本項目應力應變監測采用JMZX-212表面智能數碼弦式應變計與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、高穩定性的優點，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確定監測桿件的空間位置，根據現場實際情況，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構表面的焊接；②采用手工焊或者耐候膠將應變計安裝塊焊接或粘結在鋼結構表面，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：采用扳手將傳感器弦桿固定于安裝塊之間，并安裝磁環；④初始數據的采集：利用JMZX-3001智能綜合測試儀采集初始數據，并根據桿件的受力特性調節傳感器的初始位置，并做好數據的記錄；⑤傳感器的保護，首先焊接鋼結構保護盒的連接件，然后對傳感器附近的鋼結構做好防腐處理，最后固定傳感器保護盒；⑥自動化綜合測試系統調試：將傳感器的數據線連接到自動化綜合測試系統，打開電腦，進行調試；⑦自動化采集：調整采集頻率，自動存儲數據時間，實現24小時不間斷采集。

5.3 應力監測階段性結果分析

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測為例。在得到監測數據統計分析結果后，根據對應工況所測的應變最值、應變-應力轉換公式及彈性模量計算得出各工況下測點應力監測最值，從而繪出數據趨勢圖，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

通過對相關數據和圖表進行分析，得出如下結論：①應力與應變曲線走向趨勢與加載工況一致，由此說明，監測過程所施加的荷載在結構中得到了較好的響應；②對應力曲線進行分析可以得知，各構件的應力在監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 結束語

前海法治大廈是目前國內首次采用最大直徑、E650高強度鋼拉桿且數量最多的房建工程，為帶斜拉桿大懸挑框架剪力墻結構。本結構類型的大直徑高強度鋼拉桿安裝、張拉和應力監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驗。

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TU394

A

2096-2789（2016）11-0032-03