浅谈房建类大跨度钢结构索拱及高矾索施工方法

浅谈房建类大跨度钢结构索拱及高矾索施工方法
摘要：目前国内外建筑结构中越来越多的选用高矾索，以替代原有的半平行钢
丝束拉索。

在国内高矾索张拉技术应用在房建项目并不多见，尤其大跨度、超高
型钢结构，更是凤毛麟角。

本公司经过分析研究，采用高空散装法和分块（分段）吊装法相结合的方式，并通过建立试验段、安装监测设备获取高矾索张拉实际值
来进行对比分析，完成了一种经济、高效、安全的钢结构索拱结构吊装及高矾索
张拉施工工法。

这种方法不仅大大降低了施工难度、确保了工程质量、降低了安
全风险，并且具有显著的经济效益。

关键词：建筑钢结构吊装高帆索张拉
1.工程概况
本施工工艺已经在青岛市黄岛区中铁青岛世界博览城会展及配套项目工程成功应用。

该
项工法已经成熟，并开发出国家已受理且授权实用新型专利三项[①一种稳定性高的索拱吊具，专利号：ZL 201821514634.9；②一种高矾索张拉检验装置，专利号：ZL 201821514574.0；
③一种高矾圆钢丝束索索夹，专利号：ZL：201821514394.2]。

2 工艺原理
索拱钢结构坐落在展廊土建结构一层结构柱顶，通过结构预埋钢板相连接。

根据现场实
际条件分析，临时支撑体系的搭设方式为塔架与盘扣式脚手架相结合，局部区域仅需搭设塔架。

分区域对钢结构索拱采取不同的吊装方式，部分区域一次吊装到位，不需进行高空合拢。

高矾索的张拉建立试验段，通过试验段3榀索拱结构的施工，获得监测值与设计值进行对比，以理论结合实际的方法验证最高效的张拉施工方法。

3 工艺流程及操作要点
3. 1工艺流程
图3.1 施工工艺流程图
3. 2 操作要点
3. 2. 1施工准备
1确定施工工艺参数并完成验算
利用MIDAS软件对支撑系统进行有限元分析，对不同部位不同工况下的支撑体系进行验算。

例如：根据钢拱结构的形式，将展廊分为十字中心区域、东西展廊区域、北展廊区域以
及南展廊区域4个不同区域进行建模分析；结构模型以十字中心区域为例，如下图5.2.1。

临时支撑布置简图
3. 2. 3钢拱拼装及吊装
根据拟定的吊装方法，对钢拱进行吊装分段的划分，如下图示，将整个屋面钢拱根据十字、主、次拱划分，十字拱加工分7个段，吊装分四段；主拱加工分为5个段，吊装分三段；北侧次拱加工分为4个段，考虑北侧地下室顶板因受力无法启用150T履带吊，北侧展廊次
拱吊装分三段；南侧次拱加工分为4个段，吊装分一段，系杆单根杆件进行吊装。

南侧次拱典型结构分段
支撑体系搭设完毕加固后，根据建立的轴线控制网，采用全站仪对架体顶部安装定位胎架，随后开始分区域吊装。

“十”字中心段及主展廊采用1台SCC1500D型150吨履带吊作为钢结构安装的主要吊装
机械，另外25吨汽车吊配合吊装及预拼，北侧次展廊采用25吨汽车吊进行吊装及预拼，南
侧次展廊采用1台SCC1500D型150吨履带吊进行吊装，另外25吨汽车吊配合预拼。

吊装合拢时，对钢拱的整体情况进行复测，其中主要包括钢拱的挠度、位移高差情况，
同时对钢拱整体的偏移情况进行复测，局部位置采用钢葫芦进行纠偏，此过程中需要施工人
员与吊装设备控制人员统一协调，并反复进行测量，最终达到精确合拢。

钢拱吊装合拢焊接完成后，于顶部建立临时连接，确保整个钢拱的结构稳定性。

3. 2. 4拉杆及高矾索安装及张拉
通过试验段的实践取得的数据分析，按照试验段张拉工艺进行施工是完全可行的，具体
施工顺序如下：
1、安装拱间拉杆
4、高矾索张拉
张拉施工具体施工步骤如下：
（1）钢拱尺寸复核验收；
（2）主弦索在地面展开；
（3）在预先标记位置安装弦索和斜拉杆的索夹，按要求拧紧紧固螺栓；
（4）弦索、斜拉杆与主拱连接，完成张拉准备工作；
（5）斜拉杆为钢拉杆，按原长安装；斜拉杆按从上至下，从中间至两端的顺序对称安装；
（6）主弦索张拉采用分步分级张拉步骤，按照钢结构进度，每次张拉1榀拱，张拉点
在拱脚位置，两端同步张拉，弦索固定端安装到位，可调端分三级张拉完毕，分别为预张力
的50%、75%和100%（每级张拉完毕后间隔0.5h，检查结构变形情况），之后根据索力的测
试结果对拉杆和弦索微调，直至满足设计预张力要求；
（7）张拉完毕，并验收合格后拆除胎架和张拉工装；
3. 2. 5高矾索张拉工序
张拉施工的具体工序如下：
（1）预应力施工前标定张拉设备
主弦索张拉设备采用相应的千斤顶和配套油泵。

根据设计和预应力工艺要求的实际张拉
力对千斤顶、油泵进行标定。

实际使用时，由此标定曲线上找到控制张拉力值相对应的值，
并将其打在相应的泵顶标牌上，以方便操作和查验。

（2）斜拉杆为钢拉杆，按设计原长安装。

（3）张拉控制应力
根据设计要求的预应力作为张拉控制力取值，并把拉力换算成油压以便施工人员使用。

（4）斜拉杆在安装过程中有可能出现受压弯曲情况，如发现出现不可恢复的弯曲变形，应更换带套筒可调拉杆。

（5）预应力张拉采用双控，即主弦索、斜拉杆的拉力及钢结构变形，以预应力为主，
结构变形值为次。

每级预应力钢索张拉完成后，应立即测量校对。

如发现异常，应暂停张拉，待查明原因，并采取措施后，再继续张拉。

3. 2. 6质量检查
根据验收规范和施工方案要求，对钢结构索拱进行质量检查。

4 质量控制
4.0.1根据《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300)的规定，钢结构工程作为主体
结构的一部分，应按子分部工程验收。

本工法应遵照国家现行规范、标准。

1《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205。

2《钢结构焊接规范》GB50661。

3《钢结构工程施工规范》GB50755。

4《钢结构设计规范》GB50017。

4.0.2质量控制
1支撑体系基础应满足承载力要求，支撑体系刚度、强度及稳定性应通过计算确定。

基
础表面平整度应能保证上部结构放置平稳。

检查方法：检查原材料合格证书，检查焊接连接、紧固件连接质量；水准仪检查支撑体
系顶部胎架高度。

2张拉力按标定的数值进行。

检查方法：用伸长值和压力传感器数值进行校核。

3确保张拉设备及与张拉设备相接的钢索，以保证张拉安全、有效。

检查方法：反复查验。

4控制张拉质量。

检查方法：张拉严格按照操作规程进行，控制给油速度，每级张拉给油时间不应低于0.5min。

5张拉设备形心应与预应力钢索在同一轴线上。

检查方法：张拉前，用全站仪、经纬仪对其进行反复检查。

6实测伸长值与计算伸长值相差超过允许误差时，应停止张拉，报告工程师进行处理。

5 安全措施
1施工人员、特殊工种人员必须持证上岗；
2安全技术交底制：
根据安全措施要求和现场实际情况，各级管理人员需亲自逐级进行书面交底；
3班前检查制
安全管理人员应对作业人员履行安全措施的情况进行逐一检查，比如所有现场人员必须佩戴安全带，合格后方可进行施工；
4周一安全活动制
预应力工程经理每周一要组织全体工人进行安全教育，对上一周安全方面存在的问题进行总结，对本周的安全重点和注意事项做必要的交底，使广大工人能心中有数，从意识上时刻绷紧安全施工这根弦；
5定期检查与隐患整改制
预应力工程部每二周要组织一次安全生产检查，对查出的安全隐患必须制定措施，定时间定人员落实整改，并做好安全隐患整改消项记录；
6管理人员及固定工人实行年审制
每年由公司统一组织进行，加强安全考核，增强安全意识；
7危急情况停工制
一旦出现危及职工生命安全的险情，要立即停工，同时报告有关部门及时采取措施排除险情；
8持证上岗制
所有管理人员及张拉操作工人均需持证上岗；
9安全生产奖罚制与事故报告制；
10在四外临空，高空作业时，应具备每平方米载重100公斤的脚手架，并设有防身栏，
操作面下面5米左右设有3米宽的水平安全网。

额定25吨及以上的张拉设备和配套夹具不
得放置在挑脚手架上；
11当结构脚手架局部作业面维护有缺陷及高空作业时，操作人员必须系安全带，安全带
挂在结构内安全的立管上；
12为预应力钢拉索施工使用的大吨位张拉设备所搭设的临时起重架，其载重必须传递到
结构上；
13预应力钢拉索吊运时应按工地塔吊的吊装规定，将预应力钢拉索绑扎牢靠，体积重量
不得超载；
14预应力钢拉索解捆时，应防止钢拉索弹开伤人；
15在预应力钢拉索的安装及张拉操作期间，上下垂直方向应避免与其它工种同时施工； 16张拉作业时，放置保管好相关工具及机具，严防高空坠落伤人。

在任何情况下，千斤
顶油缸后面，预应力钢拉索端部正后方位置严禁站人；油管接头处和张拉油缸端部严禁手触
站人。

在张拉过程中，施工作业人员不得离开岗位；
17油泵与千斤顶的操作者必须紧密配合，只有在千斤顶就位妥当后方可开动油泵。

油泵
操作人员必须精神集中，平稳给油、回油，密切注视油表读数，张拉到位或缸体到最大行程时，需及时回油，避免油压瞬间增大，造成缸体爆裂伤人；
18施工中应注意防止漏电，接电由专业电工操作；
19现场施工作业人员必须遵守现场施工单位和本单位的安全管理规定和安全措施的要求，作业符合《有/无粘结预应力结构施工作业指导书》《预应力张拉及切割机具安全操作手册》及与总包签订的有关安全规定要求；
20施工过程中，发现问题遇到特殊情况应及时向安全员、施工队长汇报，消除事故隐患； 21注意工地洞口、坠物、楼面突起物，防止坠落、砸伤、拌倒；
22冬季施工防止滑倒、冻伤。

工地严禁吸烟、随地便溺、打架斗殴；
23形成安全管理习惯，施工队长、安全员应对工人定期召开安全教育会议并进行记录，
每天施工前进行安全注意事项教育，确保安全无事故；
24不具备安全条件的、没接受安全交底的人不得进入现场进行施工作业。

25自己施工作业时不得影响他人安全。

接受交底人员必须签字记录。

26高空作业时必须佩戴安全帽和安全带，安全帽系好下颚带，安全带必须挂在高处，不
具备条件的地方采用拉钢丝绳的方式。

27高空作业时，工人不得穿凉鞋、拖鞋和高跟鞋。

严禁酒后作业。

28高温情况下，对工人采取防暑降温措施，现场配备防暑药品。

29现场应有专职的电工负责预应力施工用电；
30安装和张拉时应搭设牢固的操作平台，平台上应满铺脚手板；
31拉设安全警戒线，张拉时千斤顶两端严禁站人、闲杂人员不得围观、预应力施工人员
应在千斤顶两侧操作、不得在端部来回穿越；
32高空作业时防止高空坠落。

6 效益分析
6.0.1 经济效益
本工法比传统的高空散拼施工方法相比，将钢拱结构吊装施工形成了高效流水线，大大
减少了临时支撑结构的搭设高度和搭设工程量，有效降低了安全风险，节约了大量的措施费用，钢拱吊装工期节约2个月；本工程采用的高矾索原位标记技术，通过实际验证，降低张
拉杆件及高矾索损耗10%以上，节约工期1个月。

表10.0.1 经济效益对比分析表
结论：采用本工法完成索拱吊装及张拉的费用为582.38万元，传统的高空散拼法投入
629.69万元。

本工法较传统做法可节约成本47.31万元，占比7.51%。

6.0.2 社会效益
本工程大跨度超高钢结构索拱吊装及高矾索张拉施工技术，解决了传统施工中临时支撑
结构安全风险高、质量难以保证等缺点。

此技术在中铁青岛世界博览城会展及配套项目验证
成功后，受到建设单位、监理单位高度以及当地政府的高度认可。

也使得本项目成为了中铁
北京工程局及中铁天丰建筑工程有限公司在西海岸的标志性建筑，同时为公司进一步开拓青
岛建筑市场打下了坚实基础。

6.0.3 环境效益
采用本工法，可减少使用大型起重设备，能够将噪声控制在合理范围内，减少能源消耗。

同时使用该技术大大降低了临时支撑体系搭设范围，无须占用较大的施工场地。

能够节省现
场有限的场地空间。