貴陽奧體二期體育館弦支穹頂預應力索施工技術

吳家文 宋國偉 鄧潤澤

摘要：弦支穹頂結構是張拉整體、索穹頂等柔性結構與單層球面網殼相結合的一種新型空間結構體系。一方面提高了單層球面網殼的穩定性。另一方面，與索穹頂結構體系相比，該結構在施加預應力前具有一定的初始剛度。目前，弦支穹頂結構已廣泛應用于大型機場航站樓、綜合體育館、國際會展中心等公共設施的屋頂。本文對貴陽奧體中心二期弦支穹頂預應力拉索的施工方案進行了綜合分析。

關鍵詞：貴陽奧體二期體育館;弦支穹頂預應力索;施工方案

引言

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

1工程概況

本項目位于貴陽市觀山湖區云潭路與興筑路交叉處貴陽奧林匹克體育中心地塊內，體育館為弦支穹頂結構體系，主要由單層網殼、拉索體系、環桁架及外圍幕墻網格構成;屋面平面呈圓形，屋蓋結構圓形直徑為117m，整體鋼結構輪廓外圍圓形直徑為140m;屋蓋最高處標高為42.1m，環桁架上部標高為33.1m，幕墻網格下部支座標高為6m;

2張拉施工難點

（1）典型節點及支座的設計、制作與焊接質量的保證

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

（2）吊裝安全、結構穩定性的保證

本工程鋼結構跨度較大，其設計計算一般均采用結構完工狀況為計算模型，且由于在結構安裝過程中結構在各階段的受力狀況均與完工狀態有較大差別，存在平面外穩定問題，要求對安裝過程中各階段進行結構的內力、穩定性、位移量做理論計算以確保整個安裝過程的結構穩定性和安全性。

（3）裝索作業面狹小

臨時支撐需要嚴格按照鋼結構方案所述位置進行支撐，預留足夠空間給張拉單位進行放索作業，即拼裝胎架需要留出足夠空間給穿索施工。

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

3預應力拉索施工方案

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）檢查拉索實際制作長度是否滿足要求。

3）與拉索連接的節點檢查：節點是否安裝到位，且與周邊構件連接可靠。

4）與拉索連接的構件應穩定可靠，必要時應設置支撐或纜風繩等。

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

6）需對索頭調節裝置等部位涂適量黃油潤滑，以便于擰動調節裝置。

7）為方便工人施工操作，事先搭設好安全可靠的操作平臺、掛籃等。

8）人員正式上崗前進行技術培訓與交底，并進行安全和質量教育。

9）在正式使用前對施工設備進行檢驗、校核并調試，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，先測量索端實際距離，以考慮結構安裝偏差，調整索長;

2）拉索安裝順序：

工廠里拉索在初始預張力條件下，按照有應力長度進行生產，并在索體表面標記索夾位置→拉索運輸至現場→開盤放索→牽引提升固定端拉索→安裝固定端拉索→牽引提升可調節端拉索→預緊拉索→施工張拉。

3.3拉索開盤

在放索過程中，因索盤繞產生的彈性和牽引產生的偏心力，索開盤時產生加速，導致彈開散盤，易危及工人安全，因此開盤時注意防止崩盤。

軟索的柔度相對較好，在開盤拉索展開過程中外包的防護層不除去，僅剝去索夾處的防護，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輸時，應將拉索的兩端錨具固定。

2）拉索在運輸到工地后，應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。如拉索運輸到工地暫時沒有使用應及時做好保護措施，存儲在干燥、清潔、通風的倉庫中。

3）工地放索時應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打開，禁止拉索沒有打開時直接豎直吊拉拉索。吊拉時應對兩端錨具做好相應的保護措施，防止刮傷，碰撞。

4）不允許索體出現打結的現象，防止索體出現散股引起跳絲。嚴禁拉索直接在地面上拖拽，嚴禁隨意亂放、亂扔。

5）避免拉索與其它堅硬的物質碰撞，摩擦，以免劃傷索體的表面。當發現拉索兩端錨具出現變形、扭曲、磨損，索體出現跳絲、散股、劃傷、碰傷時，應立即通知專門人員進行檢修確定修復后繼續使用或報廢。

6）拉索索頭出廠時為熱噴鋅加環氧富鋅底漆處理，屬基本的防腐處理，待張拉安裝完成后應再隨鋼結構一起做整體的防腐處理。

7）拉索在工地現場施工時，難免會出現索體表面局部劃傷的問題，如出現此類情況，可采用兩種方式進行處理：

（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米左右會用鐵絲扎緊，到工地現場后，建議施工張拉前不要將鐵絲解開，防止索體吊裝時表層鋼絲松散引起跳絲現象。

9）嚴禁工程現場電焊時用索體作為導線使用，如作為電焊導線使用會引起表層鋼絲斷裂現象。

3.4拉索施工操作平臺

采用腳手架搭設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，每環布置32個，共計96個平臺;XS2、XS1采用張拉平臺2形式，每環布置16個，共計32個平臺;主橫桿均由4個φ48x3組合而成。

3.5拉索及索夾安裝

1）在地面設置滾軸。

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、卷揚機、吊帶等工具，將地面展開的索提升至高空。

環索分段吊裝完成后，開始把分段的環索對接完成，對接時需要保證兩段環索接口在同一標高上，通過擰緊工裝進行對接。

3.6拉索安裝注意事項

1）在工廠里對拉索進行嚴格編號和精確標記。按照初始預張力和各索段長度，在索皮上標記索夾的位置以及索頭螺桿的位置。安裝前尚需量測實際關鍵節點的安裝偏差，根據這些標記和節點安裝偏差，在現場進行拉索及索夾的安裝，并調節索長。便于實際安裝。

2）拉索安裝前，需對索頭調節裝置涂適量黃油潤滑，以便于擰動。

3）拉索安裝前應測定索長制作誤差以及索端節點的安裝誤差，根據這些誤差值，調整索長。

3.7環索安裝流程

HS1～5均為1、2和4根環索，且索夾蓋板為獨立蓋板，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。具體為在體育館內按順序展開1根環索，用吊裝工具把環索提至索夾附近，按照環索標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。

拉索體系結構示意圖（環索由內到外為HS1～HS5）

4拉索張拉方案

4.1環索張拉步驟

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

第1步：安裝鋼結構屋面及安裝環索、徑向索，張拉前所有支撐胎架與上弦桿均只接觸;

第2步：預緊XS1～5鋼拉桿，預緊至施工預應力的10%;

第3步：第1級分批張拉XS5-1→XS5-4至施工預應力的40%;

第4步：第1級分批張拉XS4-1→XS4-2至施工預應力的40%;

第5步：第1級分批張拉XS3-1→XS3-2至施工預應力的40%;

第6步：第1級分批張拉XS2-1→XS2-2至施工預應力的40%;

第7步：第1級分批張拉XS1-1→XS1-2至施工預應力的40%;

第8步：第2級分批張拉XS5-1→XS5-4至施工預應力的90%;

第9步：此時外圈支撐架主動脫胎，拆除外圈支撐架;

第10步：第2級分批張拉XS4-1→XS4-2至施工預應力的90%;

第11步：此時中圈、內圈支撐架主動脫胎，拆除中圈、內圈支撐架;

第12步：第2級分批張拉XS3-1→XS3-2至施工預應力的90%;

第13步：第2級分批張拉XS2-1→XS2-2至施工預應力的90%;

第14步：第2級分批張拉XS1-1→XS1-2至施工預應力的90%;

第15步：第3級分批張拉XS1-1→XS1-2至施工預應力的105%;

第16步：第3級分批張拉XS2-1→XS2-2至施工預應力的105%;

第17步：第3級分批張拉XS3-1→XS3-2至施工預應力的105%;

第18步：第3級分批張拉XS4-1→XS4-2至施工預應力的105%;

第19步：第3級分批張拉XS5-1→XS5-4至施工預應力的105%;

第20步：預應力施工完成，移交工作面。

等到所有環索及鋼拉桿均零狀態安裝到位，使用30t千斤頂對所有鋼拉桿進行預緊，預緊值約為鋼拉桿預應力的10%，通過2次循環使得斜索安裝預緊階段張拉力如表1所示：

5張拉工序

5.1預應力鋼索張拉前標定張拉設備

張拉設備采用相應的千斤頂和配套油泵。根據設計和預應力工藝要求的實際張拉力對千斤頂、油泵進行標定。實際使用時，由此標定曲線上找到控制張拉力值相對應的值，并將其打在相應的泵頂標牌上，以方便操作和查驗。

5.2張拉控制應力

根據設計要求的預應力鋼索張拉控制應力取值。

5.3張拉工裝

根據張拉端節點形式設計自制張拉工裝。

5.4預應力鋼索張拉采用雙控

即預應力鋼索的拉力、變形值及鋼結構變形。預應力鋼索張拉完成后，應立即測量校對。如發現異常，應暫停張拉，待查明原因，并采取措施后，再繼續張拉。

5.5張拉操作要點：

1）張拉設備安裝：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索重合，以保證預應力鋼索在進行張拉時不產生偏心;

2）預應力鋼索張拉：油泵啟動供油正常后，開始加壓，當壓力達到鋼索設計拉力時，然后停止加壓，完成預應力鋼索張拉。張拉時，要控制給油速度，給油時間不應低于0.5min。

5.6預應力鋼索張拉測量記錄

張拉前可把預應力鋼索自由部分長度作為原始長度，當張拉完成后，再次測量原自由部分長度，兩者之差即為實際伸長值。

除了張拉長度記錄，還應該把全站儀測得鋼結構變形記錄下來，以對結構施工期行為進行監測。

5.7張拉質量控制方法和要求

1）張拉力按標定的數值進行，用伸長值和壓力傳感器數值進行校核;

2）認真檢查張拉設備及與張拉設備相接的鋼索，以保證張拉安全、有效;

3）張拉嚴格按照操作規程進行，控制給油速度，給油時間不應低于0.5min;

4）張拉設備形心應與預應力鋼索在同一軸線上;

5）實測伸長值與計算伸長值相差超過允許誤差時，應停止張拉，報告工程師進行處理。

6質量保證措施

（1）加強技術管理，認真貫徹國家規定、規范、操作規程及各項管理制度。

（2）建立完整的質量管理體系，項目管理部設置質量管理領導小組，由項目負責人和總工程師全權負責，選擇精干、有豐富經驗的專業質量檢查員，對各工序進行質量檢查監督和技術指導。

（3）嚴格執行質量目標管理，把質量與效益嚴密掛鉤，實行優質優價，質量目標責任制。質檢員認真行使質量否決權，使質量管理始終處于受控狀態。

（4）項目部每天要開好現場生產的質量碰頭會，每周對工程進行全面檢查，進行三分析活動，即：分析質量存在的問題，分析質量問題的原因，分析應采取的措施，查出問題及時整改。

（5）預應力張拉操作人員，必須經過培訓，持證上崗。

（6）應嚴格執行“三按”、“三檢”和“一控”。“三按”：嚴格按圖紙、按施工方案和施工工藝、按國家現行規范和標準施工。“三檢”：自檢、互檢、交接檢?！耙豢亍保鹤钥販蚀_率、一次驗收合格率。

（7）應加強施工全過程中的質量預控，密切配合建設、監理、總包三方人員的檢查與驗收，按時作好隱蔽工程記錄。

（8）加強原材料的管理工作，嚴格執行各種材料的檢驗制度，對進場的材料和設備必須認真檢驗，并及時向總包單位和監理方提供材質證明、試驗報告和設備報驗單。

（9）優化施工方案，認真作好圖紙會審和技術交底。每層、段都要有明確和詳細的技術交底。施工中隨時檢查施工措施的執行情況，作好施工記錄。按時進行施工質量檢查掌握施工情況。

（10）認真作好工程技術資料，及時準確完整收集和整理好各種資料，設備檢定報告、張拉記錄單等，及時辦理各種簽證手續。

（11）注意保護鋼索的防腐層和索頭。

結束語

綜上所述，根據有效的實踐研究，張拉工裝均能滿足施工要求。

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