張弦鋼梁施工技術研究與應用【摘要】：本文結合神華技術創(chuàng)新基地職工健身樓（303#）單向張弦梁屋蓋的實際情況，介紹單向張弦粱的施工技術，詳細闡述了拉索安裝及分級張拉的主要控制要素。通過實際來剖析本工程施工方法的經濟性和合理性。【關鍵詞】：單向張弦粱，分級張拉，索力和變形。一、張弦梁簡述張弦粱結構由撐桿連接抗彎受壓構件和抗拉構件而形成的自平衡體系，其結構特點是上弦剛性構件（或結構）受彎，與下弦柔性索受拉，撐桿為受壓二力桿，該結構通過撐桿減少拱彎矩和撓度的同時，由弦抵消拱端推力，優(yōu)化結構內力狀態(tài)，提高結構剛度，控制結構外形尺寸（矢高或跨度等），充分發(fā)揮拱結構的受力優(yōu)勢和高強索的抗拉性能，從而實現大跨結構。將單向張弦粱平行布置，通過側向支撐橫向連接，即形成單向張弦粱結構。本文通過對某單向張弦粱屋蓋結構施工過程中相關問題進行探討，并提出應注意的事項，以期引起大家對同類結構相似問題施工的關注。二、工程概況及特點難點本工程為本工程為北京低碳清潔能源研究所及神華技術創(chuàng)新基地職工健身樓（303）工程。建筑面積約為11745.2㎡；地上一層，地下一層；建筑高度：13米；建筑類別：多層民用建筑；建筑結構形式為鋼筋混凝土框架剪力墻結構和鋼屋蓋兩部分組成，張弦梁屋蓋由格構式拱、撐桿及預應力拉索組成，跨度42m，單榀結構間距8.4m。屋蓋由8榀張弦梁由側向支撐橫向連接組成長58.8m的空間體系。格構式拱張弦梁由上弦剛體、下弦索及其之間的撐桿構成。撐桿長度2.005m-4.2m，拱上弦采用□800x450x12x25方鋼管，撐桿采用?203x6，拉索為121?5外包雙層PE1770Mpa/1670MPa級半平行鋼絲束，兩端為熱鑄錨。圖1張弦梁ZXL1立面圖圖2張弦梁ZXL1立面圖本工程施工特點及主要技術如下：（一）鋼拉索采用半平行鋼絲束拉索，為八折線線形。拉索長度和索夾標記位置能否精確確定，保證撐桿的豎直位置，是影響張拉結果的重要因素。（二）拉索張拉控制包括力和形兩部分。力主要為索力、關鍵鋼構內力以及支座反力等；形主要為：跨度、矢高和關鍵構件的空間姿態(tài)。根據本工程特點，設定拉索張拉控制原則為：第一階段拉索張拉，主控結構跨度與設計圖紙一致；第二階段拉索張拉，主控索力與設計要求一致。圖3張弦梁三維圖三、主要技術措施和施工方法（一）施工步驟單榀張弦梁拼裝-單榀張弦梁初級張拉-單榀張弦梁整體吊裝-橫向桿件連接-單榀張弦梁第二級張拉（至少6榀連成整體）-屋蓋結構體系完成-局部索力微調。（二）施工措施和施工方法1、施工順序（1）在地面胎架上按照施工圖尺寸拼裝張弦梁，拉索第一階段張拉。應保證拉索張拉力平衡結構支座側推力，控制結構跨度與施工圖一致。（2）整榀吊裝張弦梁至設計位置，并與預埋板連接就位。（3）安裝張弦梁之間的連系構件，保證張弦梁的平面外穩(wěn)定。（4）安裝縱向連系構件等屋面系統(tǒng)。按照設計索力進行第二階段拉索張拉。2、張拉主要控制要點（1）張拉順序分兩階段張拉第一階段：在地面上單榀張弦梁安裝完畢后張拉。第二階段：在張弦梁整榀吊裝至設計位置上，相連連系構件安裝，支座就位，且連續(xù)6排張弦梁安裝就位后張拉。單榀張弦梁一端張拉。在第一階段，單榀張弦梁為一張拉批次；在第二階段，同排的兩榀張弦梁為一張拉批次。同批次拉索張拉時應逐級施加拉力，分五級張拉程序：預緊->25%>50%>75%>90%>100%。（2）張拉控制拉索張拉控制采用雙控原則：控制索力和變形。第一階段張拉時，以控制張弦梁跨度為主，控制目標為：結構跨度與設計支座跨度一致。第二階段張拉時，以控制索力為主，控制目標為：張拉錨固后的索力達到施工分析理論張拉力。（3）張拉時支座條件第一階段張拉時，張弦梁拉索固定端的支座固定，而拉索張拉端的支座允許滑動。第二階段張拉時，張弦梁兩端支座就位，達到設計要求。（4）張拉過程分析模擬張拉過程，進行施工全過程力學分析，預控在先。3、拉索現場施工成品索現場施工內容主要包括：安裝和張拉。主要為：拉索展開-->拉索安裝，索頭臨時錨固-->測量索端節(jié)點安裝誤差-->調整被動索長，并錨固就位-->張拉主動索，并錨固就位。1)拉索的安裝對于被動張拉索，應根據制作索長誤差和索端節(jié)點安裝誤差調整索長，隨即將被動索的索頭與端節(jié)點連接就位；對于主動張拉索，為便于被動索的安裝，可先適當先放長，待被動索安裝完畢后，隨即預緊主動索。對于單榀張弦梁，先安裝撐桿，再安裝拉索和索夾；按照制索時在索體表面的索夾標記，將索夾與索體固定連接；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，并在拉索索皮表面標記索夾位置→拉索運輸至現場→開盤放索→安裝撐桿→掛索，將拉索兩端索頭與端節(jié)點臨時連接→按照拉索表面的索夾標記，將索夾與拉索索體連接，并擰緊固定→預緊拉索，準備張拉。2）鋼絲束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。外包PE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。3）拉索施工操作平臺采用型鋼（如角鋼和槽鋼等）焊制拉索安裝和張拉所需的操作平臺。操作平臺不僅要便于拉索施工，也要保證施工安全性。圖4張弦梁張拉操作平臺示意圖4）撐桿安裝搭設拉索臨時安裝支撐架，用吊機或手動葫蘆將地面編好號的撐桿逐根吊起，將撐桿上節(jié)點與剛構相連。5）拉索及索夾安裝拉索在地面展開后，將拉索調節(jié)裝置盡量放長，用牽引設備或吊機輔助將索頭牽引靠近索端節(jié)點，并臨時固定。逐漸縮短調節(jié)裝置，使索體上抬靠近撐桿下端。在索體上安裝掛籃，施工人員站在掛籃內，按照索體表面的索夾標記位置，從中間對稱向兩側依次固定索夾。索夾的螺栓應一次性擰緊。圖6張弦梁掛索6）拉索及撐桿安裝注意事項撐桿下料時嚴格控制精度，安裝前按實際位置對每根撐桿編號。應仔細核對剛構節(jié)點的位置和方向，特別要注意與拉索索頭相連節(jié)點的耳板方向。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(jié)點的安裝偏差，根據這些標記和節(jié)點安裝偏差，在現場進行拉索及索夾的安裝，并調節(jié)索長。這樣既便于實際安裝，更重要的是為了撐桿下節(jié)點索夾的精確定位和拉索初始態(tài)索長的確定。拉索安裝前，需對徑向鋼拉桿調節(jié)套筒、環(huán)索連接棒等涂適量黃油潤滑，以便于擰動。7）拉索的張拉張拉前的準備工作根據鋼結構安裝方案和拉索施工方案，進行施工過程的精細化分析，掌握施工過程的結構狀態(tài)和結構特性，為拉索施工提供參數（如拉索施工張拉力），為施工監(jiān)測提供理論參考值，確保施工安全。拉索張拉前網殼主體鋼結構應全部安裝完成，合攏為一整體。檢查構件之間以及支座連接就位，考慮張拉時結構狀態(tài)是否與計算模型一致，以免引起安全事故。直接與拉索相連的節(jié)點，其空間坐標精度需嚴格控制。節(jié)點上與索相連的耳板方向也應嚴格控制，以免影響拉索施工和結構受力。將阻礙結構張拉變形的非結構構件與結構脫離，如主動將鋼拱和支撐架脫離。拉索安裝前，需對拉索張拉調節(jié)裝置涂適量黃油潤滑，以便于擰動。拉索張拉設備須配套標定。8）主動張拉點單榀張弦梁一端張拉。第一階段以單榀張弦梁為一批次，第二階段同排的兩榀張弦梁為一張拉批次。理論施工張拉力，考慮預應力錨固損失，超張拉系數取1.05，則實際施工張拉力為理論施工張拉力乘以超張拉系數。9）張拉機具（1）張拉工裝和設備張拉工裝和設備包括：液壓千斤頂、油壓表、油泵、油管、張拉螺桿、反力架等，見下圖。圖7張弦梁夾片式熱鑄錨雙千斤頂張拉工裝示意圖（2）千斤頂型號選用YC70T型千斤頂進行張拉（一個張拉點的兩臺千斤頂的張拉力能達到140T），考慮到現場可能的需要，備用若干臺YCW100B型千斤頂。張拉設備使用施加預應力所用的機具設備及儀表由專人使用和管理，并定期維護和校驗。進場后，對千斤頂和壓力表進行配套標定，確定壓力表和張拉力之間的關系曲線。標定在經主管部門授權的法定計量技術機構定期進行。張拉機具設備與錨具配套使用，根據索的類型選用合適千斤頂及油泵，進場后，試運行確保正常后，方可調至工作臺面。對長期不使用的張拉機具設備，在使用前進行全面校驗。使用時千斤頂要與其對應標定好的油壓表配套使用，不能混淆亂用。嚴格按照標定記錄，計算與拉索張拉力一致的油壓表讀數，并依此讀數控制千斤頂實際張拉力。.張拉機具按順序安裝好以后，盡量使千斤頂的張拉作用線與索的軸線重合一致，以使受力合理。千斤頂張拉過程中，油壓應緩慢、平穩(wěn)。對于有調節(jié)裝置的拉索，應邊張拉邊旋轉調節(jié)裝置。張拉過程中，每個張拉點由一至兩名工人看管，每臺油泵均由一名工人負責，并由一名技術人員統(tǒng)一指揮、協(xié)調管理，拉索張拉過程中應停止對張拉結構進行其它項目的施工。拉索張拉過程中若發(fā)現異常，應立即暫停，查明原因，進行實時調整。10）張拉應急措施1）索張拉的風險主要有：（1）張拉過程不同步；（2）張拉后結構變形、應力、伸長值與設計計算不符；（3）張拉后支座位移發(fā)生較大偏移。張拉過程不同步由于張拉沒有達到同步，造成結構變形，可以通過控制給泵油壓的速度，使索力小的加快給油速度，索力比較大的減慢給油速度，這樣就可以到達同一根索的索力相同的目的。張拉時結構變形、伸長值預警某根索張拉結束后未達到設計力，可以通過個別施加預應力進行補償的方法。如果結構變形、伸長值與設計計算不符，超過20％以后，應立即停止張拉，同時報請設計院，找出原因后再重新進行預應力張拉。找出原因后再進行張拉。張拉后支座位移發(fā)生較大偏移張拉前應比較張拉時結構支座布置及約束情況是否與設計模型相符，應盡量避免由于索張拉造成結構支座發(fā)生較大的偏移。如果張拉后支座的確存在較大的偏移，應組織相關單位討論解決。11）拉索施工監(jiān)測拉索預張力施工過程是個動態(tài)的結構狀態(tài)變化過程，是結構從零狀態(tài)向成形初始態(tài)轉變的過程。由于鋼構安裝誤差、拉索制作、安裝和張拉誤差、分析誤差以及環(huán)境影響等原因，實際結構狀態(tài)與分析模型是有差異的。因此，有必要對拉索預應力施工過程予以監(jiān)測，對比理論分析值和實際結構響應的差異，即時掌握各關鍵施工階段的結構狀態(tài)，保證拉索施工全過程處于可控狀態(tài)，保證施工過程結構安全，為下階段施工和最后的施工驗收提供依據。監(jiān)測內容和監(jiān)測點預應力鋼結構拉索預應力施工常規(guī)監(jiān)測內容包括：索力和關鍵節(jié)點位移。（1）索力監(jiān)測對于正在張拉的主動張拉索的索力控制采用在有資質的實驗室與油壓表進行配套標定的千斤頂(2)位移監(jiān)測儀器—全站儀全站儀是目前在大型工程施工現場采用的主要的高精度測量儀器。全站儀可以單機、遠程、高精度快速放樣或觀測，并可結合現場情況靈活地地避開可能的各種干擾。采用全站儀可直接由控制點進行三維放樣，可達到很高的精度效果。全站儀百分表（3）測量時機設計所提供的每個施工節(jié)段的相應標高和其它變形值，一般是基于某種標準氣溫下的設計值，而大型結構往往跨季節(jié)、跨晝夜施工。溫度變化，特別是日照溫差的變化對于結構變形的影響是復雜的，將溫差變化所引起的結構變形從實測變形值中分離出來相當困難。因此，應盡量選擇溫度變化小的時機進行測量，力求將溫度、日照對施工控制的影響降低到最小限度。對一些大型結構溫度影響的測試表明，在氣候條件最不利的夏季，凌晨日出之前的氣溫較均勻，且最接近季節(jié)平均氣溫，是測量的較好時機。目前，溫度對大型結構控制的影響很難精確地描