大跨度穹顶钢结构环向管内预应力施工工法的探讨

大跨度穹顶钢结构环向管内预应力施工工法的探讨【摘要】大跨度穹顶预应力钢结构具有显著改善结构力学性能、优化建筑设计、节约材料、拓展结构空间等诸多优点。穹顶环向管内预应力钢结构施工技术是一种新兴的技术，为解决钢管内预应力索的布置固定、预应力的加载方式、损失补偿及对钢结构的影响等重要技术难题，下文以某亚运新体育馆主体钢结构工程施工为背景，针对大跨度肋形穹顶环向桁架管内钢丝束预应力钢结构施工技术进行了系统的研究探讨。

【关键词】钢结构；施工技术；预应力；建筑施工

1 施工的工法特点与工艺原理

1.1 针对国内首次采用的环向管穿预应力钢结构新设计，运用计算机仿真分析、工程实验、施工过程监测等科学有效手段，确定环向分段、多束预应力张拉工艺和技术参数，弥补了预应力钢结构施工技术规范中未明确的要求，如预应力损失确定等；

1.2 根据设计要求，结合深化设计、工艺制作等技术环节，有效合理地解决了环向管穿多束预应力的转向、固定、安装等关键技术问题；

1.3 采用先进的监测技术，对预应力张拉过程中钢索张拉力、主体结构的应力应变进行监控，有效保证了钢结构安装质量和施工安全。

1.4 依据《预应力钢结构技术规程》和设计要求，合理设置管内

环向预应力索的布置、转向、固定方法；通过计算分析和科学实验，确定预应力索分段、同步张拉的各项技术参数。如超张拉系数、预应力损失，多束预应力先后张拉的互相影响等，保证预应力效果，达到质量技术要求。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

2.2 操作要点

2.2.1 预应力张拉时机

预应力张拉时机选择在钢结构支撑胎架拆除后进行。可以保证索力、结构位移、支座反力及钢构体系应力等与设计状态相同，保证拉索张拉达到设计要求。

2.2.2 预应力张拉损失计算

管内环向预应力张拉过程中钢绞线与钢管内转向器存在摩擦损

失及钢绞线收缩、千斤顶回油等，须进行超张拉，克服预应力损失。预应力超张拉系数，应通过试验确定主动张拉力。

（1）确定有效张拉力,将设计要求的预应力作为有效张拉力。（2）施工张拉力,施工张拉力根据孔道摩擦损失和锚固回缩损失计算，确定超张拉系数，并依此确定施工张拉力。

①孔道摩擦预应力损失

预应力索与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失σl2（n/mm2），可按下列公式计算：

孔道摩擦损失计算简图

上式中

σl2（n/mm2）——预应力摩擦损失；

σcon（n/mm2）——张拉控制力；

k——孔道（每m）偏差影响系数，取0.003~0.004；

μ——孔道壁磨擦系数，取0.04~0.1；

x（m）——预应力索长度；

θ（rad）——预应力索工作截面和张拉端切线夹角。

②锚固回缩预应力损失, 按《预应力钢结构技术规程》

cecs212:2006确定。

2.2.3 预应力张拉的原则

环向管内预应力索，受空间位置和钢结构受力要求限制，一般分段布置。

（1）采用张拉力和变形双控，以张拉力控制为主（2）监测张拉过程中预应力索拉力的变化，当拉力实测值与计算值相差超过10%时，暂停张拉，待找出原因并采取措施调整后, 才能继续张拉（3）进行预应力损失测试，反馈给设计院对原结构进行设计复核（4）通过多次张拉、超张拉等技术措施对预应力损失予以补偿（5）预应力张拉前主体钢结构全部安装完成，形成整体且支座固定。

2.2.4 预应力张拉要点

预应力张拉采用对称、同步进行（1）张拉方法:①钢绞线束拉索分两批、逐根张拉②将上、下弦环管内的拉索分为两批。下弦管内拉索为第一张拉批，上弦管内拉索为第二张拉批③同批内的拉索同步张拉④同束内的钢绞线依照对称的原则逐根张拉⑤单根钢绞线

一端张拉，另一端补足（2）待张拉完成后，切除多余钢绞线，外露长度不小于30mm；安装防松夹板，端部锚具用密封罩，密封罩安装前内涂建筑1＃油脂防腐（3）记录张拉数据，进行分析对比，达到设计要求。

2.2.5 预应力张拉注意事项和技术措施

（1）拉索制作长度应保证工艺需要（2）穿索应保证同束钢绞线相互平行，不得扭绞（3）穿索后应立即将钢绞线预紧，并临时锚固（4）为保证张拉锚固后达到设计有效预应力，在正式张拉前应进行预应力损失试验（5）同环的8束钢绞线应同步对称张拉，保证已张拉的钢绞线数应相等（6）直接与拉索相连的中间节点的转向器以及张拉端部的垫板，其空间坐标精度需严格控制。张拉端的垫板应垂直索轴线，以免影响拉索施工和结构受力（7）千斤顶张拉过程中，油压应缓慢、平稳，并且控制锚具回缩量（8）千斤顶与油压表需配套校验。严格按照标定记录，计算与索张拉力一致的油压表读数，并依此读数控制千斤顶实际张拉力（9）张拉过程中，每个张拉点应专人看管，整个张拉过程由技术人员统一指挥、协调管理（10）拉索张拉过程中应停止对张拉结构进行其它项目的施工

（11）拉索张拉过程中若发现异常，应立即暂停，查明原因，进行实时调整。

3 质量控制

3.1 安装控制精度要求节点轴线就位偏差≤±3mm，节点标高就位偏差≤±4mm；水平环构件水平度＜l/1000，且不超过4mm。钢结构安装和焊接应符合《钢结构工程施工及验收规范》（gb 50205—2001）要求结构一级焊缝100%探伤，二级焊缝20%探伤，并达到质量标准要求。拆除临时钢支撑后，钢屋盖中点挠度值不大于其跨度的1/250。

3.2 预应力达到设计值，误差小于3%。

3.3 预应力索出锚端方向指向结构承力杆件，角度偏差小于5%。

3.4 预应力张拉值对号记录，超过标准要求，分析原因，采取措施后可继续张拉。

4 相关的安全措施与环保措施

4.1 安全措施

本工程高空作业多，施工难度大，因此安全施工尤为重要。特别对吊装作业应作好以下防范措施:组织落实施工组织设计中的安全技术措施，组织并监督项目施工安全技术交底和施工设备、设施的验收。特别是大件吊装专题方案的制定、审批和过程监控。特种工种操作人员必须经专门培训，持证上岗。高空作业人员要佩带工具袋以便工具放入，不得放在钢梁或易失落的地方，所有手工工具要