木梁、鋼絲繩索網(wǎng)支撐體系在屋面運(yùn)用的實(shí)例探討

張 偉

(成都安仁華僑城文化旅游開發(fā)有限公司, 四川成都 610000)

1 工程概況

安仁鎮(zhèn)南岸美村——藝術(shù)公舍,建筑面積約400,設(shè)計(jì)為2層磚混結(jié)構(gòu),墻體為雙面清水墻面,屋面為木結(jié)構(gòu)加預(yù)應(yīng)力鋼絲繩組合的新型受力支撐體系,屋面坡度復(fù)雜且為多坡度組合,打破常規(guī)人字坡屋面設(shè)計(jì)。

2 屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況

屋面框架采用木梁體系,鋼絲繩按設(shè)計(jì)坡度縱橫雙向布設(shè)形成網(wǎng)狀(索網(wǎng)),兩端固定在木梁上,通過張拉形成有效預(yù)應(yīng)力,再將OSB板鋪設(shè)固定在鋼絲繩上方,形成完整板面,再施作上部結(jié)構(gòu),具體屋面結(jié)構(gòu)層如圖1～圖5所示。

圖1 屋面結(jié)構(gòu)層

圖2 層面鋼絲繩及鋪板布置(單位:mm)

圖3 鋼絲繩與木梁的連接節(jié)點(diǎn)

圖4 鋼絲繩與木板連接節(jié)點(diǎn)

圖5 木板與木梁連接節(jié)點(diǎn)

2.2 木結(jié)構(gòu)

(1)所有梁與柱均采用強(qiáng)度等級為TC17D 木材,強(qiáng)度等級根據(jù)GB 50005-2017《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》,抗彎強(qiáng)度fm=17 N/mm2;順紋抗壓強(qiáng)度fc=16 N/mm2;順紋抗拉強(qiáng)度ft=10 N/mm2;順紋抗剪強(qiáng)度fv=1.7 N/mm2;橫紋承壓強(qiáng)度fc,90=3.5 N/mm2;彈性模量E=10000 N/mm2。

(2)承重結(jié)構(gòu)用膠,應(yīng)保證其膠合強(qiáng)度不低于木材順紋抗剪和橫紋抗拉的強(qiáng)度,膠連接的耐水性和耐久性應(yīng)與結(jié)構(gòu)的用途和使用年限相適應(yīng),并應(yīng)符合環(huán)境保護(hù)的要求。

(3)木結(jié)構(gòu)件制作應(yīng)先放樣,準(zhǔn)確無誤后方可制作。

(4)木結(jié)構(gòu)施工過程中應(yīng)采取可靠的防腐和防蟲措施,采用藥劑加壓處理時(shí),該藥劑在木材中的保持量和滲入度應(yīng)達(dá)到GB 50206-2012《木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定的最低要求。

(5)未注明的木結(jié)構(gòu)制作要求應(yīng)遵守現(xiàn)行GB 50206-2012《木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求:①木柱與混凝土基礎(chǔ)的連接做法詳見GB 50005-2017《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.2.6條;②木結(jié)構(gòu)防腐接GB 50005-2017《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用。

2.3 鋼絲繩索網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2.3.1 鋼絲繩的種類與規(guī)格

屋面拉索采用不銹鋼低松弛鋼絲繩,且所有鋼絲繩均采用定長鋼絲繩;鋼絲繩直徑為5 mm,規(guī)格為 6×9-WSC SZ-316,要求符合GB/T 9944-2015《不銹鋼絲繩》。

2.3.2 鋼絲繩的材料

屋面鋼絲繩采用不銹鋼鋼絲右交互捻而成,單根鋼絲繩最小破斷力17.4 kN,鋼絲繩彈性模量不應(yīng)小于1.10×105MPa,伸長率不大于1%,應(yīng)力松弛等級為II級。

2.3.3 鋼絲繩的緊固件

(1)鋼絲繩的兩端的緊固件分為2種,張拉端采用可調(diào)節(jié)的緊固件,固定端采用不可調(diào)節(jié)的緊固件,緊固件承載能力應(yīng)不低于鋼絲繩的承載力,緊固件確定后,應(yīng)同設(shè)計(jì)一起確認(rèn)。

(2)由鋼絲繩廠家提供與鋼絲繩匹配的緊固件及墊板。

2.3.4 鋼絲繩的加工及運(yùn)輸

(1)鋼絲繩出廠前必須進(jìn)行檢驗(yàn),檢驗(yàn)方法按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行,除規(guī)范要求指標(biāo)外,鋼絲繩還須滿足強(qiáng)度、彈性模量和松弛等設(shè)計(jì)要求。

(2)鋼絲繩安裝前周圈鋼結(jié)構(gòu)必須安裝完畢,并形成可靠體系,所有與鋼絲繩相連接的支座都與主體可靠連接。

(3)成品鋼絲繩的靜載破斷力應(yīng)不低于標(biāo)稱破斷力的95%。

(4)鋼絲繩的外徑允許偏差:正偏差為0.4 mm,無負(fù)偏差。

(5)鋼絲繩的切割長度有承包者根據(jù)設(shè)計(jì)提供的系統(tǒng)長度、安裝階段的應(yīng)力、拉伸實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,并考慮溫度的影響和鋼絲繩的塑性變形等因素計(jì)算并經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可后確定。鋼絲繩的總長度應(yīng)準(zhǔn)確,容差范圍為0.01%。超張拉檢驗(yàn)以后的成品鋼絲繩成都允許偏差:誤差小于或等于1/10000倍成品鋼絲繩長度。

2.3.5 鋼絲繩索網(wǎng)的安裝

(1)整個(gè)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)先將鋼絲繩先于固定端的緊固件相連,固定于固定端的木梁上,另一頭穿過木梁與張拉端的緊固件相連,待所有鋼絲繩均安裝到木結(jié)構(gòu)上后再通過調(diào)節(jié)緊固件張緊鋼絲繩。

(2)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)安裝施工前,應(yīng)對周圈木結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn),檢驗(yàn)?zāi)玖荷洗├K孔定位是否滿足設(shè)計(jì)要求,檢查完畢后方能進(jìn)行索網(wǎng)結(jié)構(gòu)施工。

(4)鋼絲繩索網(wǎng)施工前,應(yīng)進(jìn)行施工模擬計(jì)算,保證索網(wǎng)施工過程中周圈木結(jié)構(gòu)的安全性和索網(wǎng)結(jié)構(gòu)施工過程中的可控性。在鋼絲繩施工中每一步應(yīng)觀察周圈木結(jié)構(gòu)變化情況,并作好記錄。如有因拉索施工導(dǎo)致周圈木結(jié)構(gòu)變形過大等不良情況。及時(shí)通知設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人予以處理。

(5)施工中應(yīng)進(jìn)行索力檢測、變形檢測,檢測結(jié)果至少應(yīng)包含拉索施工完畢與屋面安裝完畢后的相應(yīng)結(jié)果。

(6)屋面OSB板安裝之前,必須檢查各根鋼絲繩的預(yù)應(yīng)力并對松弛的鋼絲繩進(jìn)行再次緊固。

2.3.6 鋼絲繩安裝的檢測與檢查

(1)施工階段,在木梁安裝、鋼絲繩張拉、屋面安裝等各個(gè)階段,對索力、木梁變形進(jìn)行監(jiān)測。

(2)結(jié)構(gòu)運(yùn)營使用過程中,在下列各時(shí)期監(jiān)測所選擇構(gòu)件的應(yīng)變變化情況,提交檢查報(bào)告:①日常使用階段,間隔2個(gè)月對索力、結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行檢測(維持1年);②極端工況下,包括臺風(fēng)(10級以上)和大雪、地震,對索力、結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行檢測;③竣工后每年對腐蝕程度進(jìn)行一次檢查;④任何異常情況。

3 施工工藝及要點(diǎn)

3.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備—木梁體系拼接—鋼絲繩點(diǎn)位放樣定位—鉆孔—穿繩—張拉—錨固—OSB板鋪設(shè)并錨固—屋面其他結(jié)構(gòu)層施工。

冬林，這一切不是就發(fā)生在昨天嗎？我多么希望往日的相遇相識、傾心交談、上山體驗(yàn)，能夠再次重現(xiàn)，再次發(fā)生。如能這樣，我們之間往昔的一切、過去的時(shí)光，不是可以繼續(xù)下去了嗎？可如今家中一提起你的名字，我老伴就啪啪啪掉眼淚，傷心之至……

3.2 施工要點(diǎn)

(1)木材的選擇:對木材的要求較高,木梁除了起到對屋面結(jié)構(gòu)的支撐作用外還需滿足抗彎要求和高密度材質(zhì)且不易開裂。綜合各項(xiàng)要求,設(shè)計(jì)和工程對比多種材料,最終確認(rèn)選用印尼巴勞木為項(xiàng)目用材。

(2)鋼絲繩選材:選用5.0 6×19-WSC SZ 316 GB/T-9944-2015《不銹鋼絲繩》,最小破斷力17.4 kN,彈性模量E不小于110 000 N/mm2。

(3)木梁體系的拼接,在接頭位置用鋼板加強(qiáng)處理。

(4)嚴(yán)格按照建筑要求定位放線,布設(shè)開孔位置,埋設(shè)鋼套筒。

(5)穿繩張拉:按設(shè)計(jì)要求長度準(zhǔn)備每一根鋼絲繩,穿過預(yù)埋與木梁內(nèi)的鋼套筒,用錨頭做好固定,用張拉設(shè)備進(jìn)行張 拉,鋼絲繩直徑為5 mm,初拉力1 kN,使用狀態(tài)下最大拉力約為5 kN,張拉完成后用卡扣鎖住鋼絲繩之間交叉點(diǎn)。

(6)屋面鋼絲繩找形完畢后,上鋪2層OSB板(位于鋼絲繩上方),縱橫向各1層,板材寬度為30 cm,厚度1 cm,長度現(xiàn)場放樣確定。鋪板順序?yàn)橄蠕伒讓佣滔?后埔頂層長相;板材之間采取有效的連接,以保證上下板共同受力。

(7)順做上部其他結(jié)構(gòu)施工。

4 結(jié)束語

隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步,新型結(jié)構(gòu)不斷被運(yùn)用到實(shí)體工程。通過在工程實(shí)踐中不斷總結(jié)與完善,有益于加快建筑形式的多元化進(jìn)程。本文通過對木梁加鋼絲繩索網(wǎng)組成的支撐體系實(shí)例剖析,重點(diǎn)分析了木梁、鋼絲繩、預(yù)應(yīng)力、鋼絲繩索網(wǎng)等關(guān)鍵項(xiàng)上的選材和施工及檢測等方面,同時(shí)對質(zhì)量控制點(diǎn)分析和提出的解決措施。通過對本工程實(shí)例的長期跟蹤和檢測,證明了木梁、鋼絲繩索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性,為今后類似工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。