預(yù)應(yīng)力鞍形索網(wǎng)屋蓋工程施工工藝研究

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摘   要：介紹泰州師范學(xué)校體育館菱形平面鞍形索網(wǎng)屋蓋結(jié)構(gòu)施工工藝，包括錨夾具設(shè)計、邊梁立模放線、索孔預(yù)埋鋼管制作及安裝、箱形邊梁混凝土澆筑、鋼索制作及安裝、索網(wǎng)張拉以及屋面施工工藝等。
    關(guān)鍵詞：體育館 鞍形索網(wǎng) 屋蓋 預(yù)應(yīng)力 鋼絞線 懸索結(jié)構(gòu)

    泰州師范學(xué)校體育館位于江蘇省泰州市師范學(xué)校校園內(nèi)，建成后將作為該校的一個標(biāo)志性建筑。該工程屋蓋采用雙曲拋物面鞍形索網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式，平面形狀為近似菱形，對角尺寸為69．6m×67．2m，平面面積約為3459．5m2。索網(wǎng)懸掛在4根直線形箱形邊梁上，梁截面為1400mm×1800mm，混凝土為C50。索網(wǎng)共設(shè)計有承重索(主索)40束，每束為2?j15．24鋼絞線；穩(wěn)定索(副索)4l束，每束為1?jl 5．24鋼絞線。索網(wǎng)網(wǎng)格水平投影尺寸為1．6m×1．6m，中央主索的矢度和中央副索的拱度均為6m(見圖1)。
    1、施工工藝流程 
    本工程索網(wǎng)結(jié)構(gòu)施工工藝流程為：邊梁立模→標(biāo)索網(wǎng)孔位→綁扎鋼筋→安裝鋼管→焊接灌漿管和泌水管
搭滿堂腳手架→鋼索錨具安裝→鋼索下料→鋼管制作→澆筑邊梁混凝土→混凝土養(yǎng)護(hù)→索網(wǎng)張拉→孔道灌漿→端頭封裹。
    2、錨具及夾具設(shè)計
    2．1 錨具及其配件設(shè)計
    本工程選用的鋼索為個15．24低松弛鍍鋅鋼絞線，由于索與索之間的相互影響，在張拉的最后階段需對鋼索的內(nèi)力進(jìn)行微調(diào)，所以自行設(shè)計了一套非標(biāo)準(zhǔn)帶微調(diào)的夾片錨具。主索使用雙孔夾片錨具，副索使用單孔夾片錨具。夾片錨錨板有外螺紋，可以在張拉的最后階段通過螺紋對索的內(nèi)力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，有利于索網(wǎng)成型，給施工帶來方便。該錨具委托錨具廠加工，錨具的性能要求必須達(dá)到國家規(guī)定的I類錨具標(biāo)準(zhǔn)(即ηa≧0．95，?apu,tot≧2%),確保錨固性能的可靠性。
    2．2 夾具、立柱設(shè)計
    對主索與副索之間的連接與固定，經(jīng)過多次反復(fù)研究，自行設(shè)計了如圖2所示的節(jié)點。
    3、邊梁立模及放線
    本工程鋼筋混凝土箱形邊梁的施工難度較大。邊梁截面呈扭曲的平行四邊形(不考慮大梁外側(cè)的掛板)，截面尺寸為1400mm×1800mm(見圖3)。
    天溝底板底模支模時要嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙，不能過高或過低，過高不能保證天溝深度，為屋面排水帶來困難；過低則將出現(xiàn)索的預(yù)埋鋼管嵌入天溝底板。邊梁外模、底模、邊模及天溝底板模安裝完畢并經(jīng)檢查符合要求后，即可定出索孔位置。索孔位置用紅十字線標(biāo)明，并寫上所屬索號，以便安裝鋼管。待所有索孔位置都準(zhǔn)確定位后，即可綁扎混凝土大梁內(nèi)除隔板之外的鋼筋。
    4、索孔鋼管制作及安裝
    4．1 鋼管制作
    主副索索孔留孔材料分別選用?76mm×3．75mm和?48mm×3．5mm普通焊接鋼管。鋼管在制作安裝前要進(jìn)行精確計算，考慮端部內(nèi)凹孔留孔深度。下料時依據(jù)下料長度表逐一下料，用紅色鉛筆在鋼管上寫編號、所屬索號及長度，以便識別分辨。鋼管一端切口為直 角，另一端(安裝時與邊梁內(nèi)側(cè)模板貼緊)切割成45°。
    焊接錨墊板時要注意將管中心與鐵板孔中心對準(zhǔn)，螺旋筋同時焊接固定在錨墊板—亡(見圖4)。
    4．2 鋼管安裝
    在邊梁內(nèi)，主副索預(yù)埋鋼管呈交叉布置，每根主管同時與2根副管在空間相交，每根副管也同時與2根主管相交。鋼管按放線位置確定后。用鋼筋井字架焊接在邊梁上筋上，以固定其位置。端部用麻絲堵嚴(yán)，以防止?jié)不炷習(xí)r流進(jìn)從漿。先安裝主管，后安裝副管，副管直接與主管焊接在一起。鋼管安裝固定完華后，制作文裝預(yù)留孔模板。由于預(yù)留孔外側(cè)面是不規(guī)則的四邊形、制作有一定的難度。經(jīng)考慮幾種方案，最終選用水盒廣的方法—)即用長度不限的l 80mm寬、l0Omm厚的木板訂成截面為l 80mm×180mm的正方形長木盒，再逐一量測預(yù)留孔4條梭的長度，用鋸準(zhǔn)備下料。木盒子要與錨墊板嚴(yán)格垂直，盒內(nèi)塞滿水泥紙以防漏漿。木盒子用?6短鋼筋四面點焊在錨墊板和模板上，正下面托1根鋼筋與邊梁底筋或底模焊在一起(見圖5)。
    鋼管安裝過程中及女裝完成后必須逐一對每根鋼管的位置進(jìn)行檢查和校核，確保其準(zhǔn)確無誤。索孔定位及鋼管安裝位置準(zhǔn)確性直接關(guān)系到索網(wǎng)形成后節(jié)點標(biāo)高能否達(dá)到設(shè)計要求，在設(shè)計中、甲方及總包施工單位相關(guān)人員的密切合作下，使這一極其關(guān)鍵的工作得宜順利完成、并經(jīng)復(fù)核、滿足設(shè)計要求。
    5、混凝土澆筑
    索孔安裝完畢后，即可綁扎隔板鋼筋，立隔板模板，并經(jīng)設(shè)計、質(zhì)檢部門作隱蔽工程驗收合格后澆筑邊梁及輔梁的混凝土。由于邊梁為箱形梁，根據(jù)截面尺寸，先澆下部1200mm高的部分(包括隔板)；待這部分混凝土初凝后即可拆除其模板，然后再支頂板模板，再一次澆筑成型。澆筑順序如圖6所示，輔梁混凝土同時澆筑。混凝土為C50，添加減水劑。澆筑混凝土過程中應(yīng)避免振搗棒直接接觸鋼管，以免使鋼管位置產(chǎn)生偏移，并確保預(yù)埋鋼管的暢通。當(dāng)益板混凝土達(dá)到一定強度后，拆除邊梁內(nèi)外側(cè)模板，清理端部孔道。
    6、制索
    6．1 鋼索的防腐防火處理
    以往懸索結(jié)構(gòu)施工，對鋼索的防腐處理較為復(fù)雜，需除銹、除油、包裹等，工期長、耗用人工量大。本工程簡化了鋼索防腐處理，鋼索直接采用鍍鋅鋼絞線，包覆厚度為1mm以上的高密度聚乙烯塑料套管。索網(wǎng)的防火處理，采用在索網(wǎng)上剛防火涂料的方法。并且在立柱及夾具上涂防火涂料。
    為防止索孔段灌漿后水泥漿對鋼索表面鍍鋅層產(chǎn)生腐蝕作用，在裸露鋼索表面刷l層環(huán)氧樹脂。
    6．2 鋼索的下料
    鋼索在下料前應(yīng)抽樣復(fù)驗，內(nèi)容包括外觀、外形尺寸、σb、σ600等，并出具相應(yīng)檢驗報告。鋼鎖采用砂輪切割機下料，為保證下料長度的準(zhǔn)確性，采用定長下料的方法。在每束鋼 鋼鎖上均用膠皮帶牢固地粘上寫有所屬索號和長度的標(biāo)簽。以供穿束時對號入座。鋼索的下料長度必須準(zhǔn)確。不能過短或過長，并注意保護(hù)塑料套管。
    下料前先要以索網(wǎng)初始態(tài)的曲線形狀為基淮進(jìn)行計算、下科長度應(yīng)把理論長度加長至梁邊，再加上張拉工作長度和施工誤差等。 另外在下料的應(yīng)實際放樣，以校核下料長度是否準(zhǔn)確。
    懸索結(jié)構(gòu)鋼索一般在下料前要進(jìn)行預(yù)張拉，本工程采用的低松弛鋼絞線，系在張力下生產(chǎn)，經(jīng)試驗證明，不進(jìn)行預(yù)張拉仍具有良好的線彈性，因此，實際施工不進(jìn)行預(yù)張拉，直接 使用。
    7、鋼索安裝及索網(wǎng)初步調(diào)整
    7．1 鋼索安裝
    在高空架設(shè)鋼索是懸索結(jié)構(gòu)施工中難度較大、并且很重要的工序。由土建施工單位用廖48mm×3．5mm的鋼管搭設(shè)滿堂腳手架，在邊梁混凝土強度達(dá)到50％，并檢查所有孔道均清理完畢后，即可掛束。先掛主索，后掛副索。主索依次從x40→x0l，副索從y01→y4l開始對稱安裝直到y(tǒng)2l索。掛索采用全人工用繩索拉的方法，按照在鋼索上作的標(biāo)記線將錨 具安裝到位。用卸甲卡在主索上防止副索向中間下滑，使副索在水平投影方向上是一條直線，并確保主副索在投影方向保持正交，在張拉日才適時再對這些卸甲的位置進(jìn)行調(diào)整，張拉結(jié)束后即可卸掉卸甲。
    7．2 索網(wǎng)的調(diào)整
    在所有主副索都安裝完畢后，對照節(jié)點設(shè)計標(biāo)高值對索網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整，使索網(wǎng)曲面初步成型，此即為初始態(tài)。
    7．3 安裝夾具及立柱
    索網(wǎng)初步成型后，開始安裝夾具及小立柱，順序為先安裝馬道位置處的夾具(計207個)，再安裝其它普通節(jié)點夾具及小立柱，所有夾具的螺母均不擰緊。待索網(wǎng)張拉完畢經(jīng)驗收合格后再擰緊。為防止夾具對鋼索的外包塑料皮可能產(chǎn)生的損傷，在節(jié)點處副索外包裹1層1mm厚的鉛板，隨后安裝剪刀撐(見圖7)。間樣，其與立柱連接的螺母待張拉結(jié)束后再擰緊。
    8、索網(wǎng)張拉工藝
    張拉是懸索屋蓋結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵工序。通過張拉使各索內(nèi)力和索網(wǎng)節(jié)點標(biāo)高都達(dá)到設(shè)汁要求。只有在邊梁混凝土強度達(dá)到100％以后守能進(jìn)行張拉。由于是輕層蓋，故不必將張拉與加屋面荷載交替進(jìn)行?？梢栽谥鞲彼魅繌埨戤吅?。再鋪設(shè)檁條和層面板及懸掛吊頂。
    張拉工藝中，其關(guān)鍵鍵環(huán)節(jié)是張拉順序、循環(huán)次數(shù)及張拉力的大小等。針對本工程懸索屋蓋基本上具有雙向軸對稱的特點。張拉順序原則定為先副索后主索。分別從中心向四周 依次進(jìn)行，在兩端各用1臺張拉設(shè)備同步進(jìn)行張拉。穩(wěn)定索張拉用YCN-23型千斤頂，承重索張拉用YC-60型千斤頂，均配以高精度0.4級壓力表。張拉順序如圖8所示。
    為盡量使鋼索及邊緣構(gòu)件均勻受力，張拉工作原計劃分20％、50％、66％、80％、100％共5次循環(huán)，然后再進(jìn)行數(shù)輪調(diào)整。張拉過程中同時控制內(nèi)力和節(jié)點標(biāo)高，按照設(shè)計人員的意圖，張拉以應(yīng)力控制為主，標(biāo)高控制為輔。
    張拉開始前測試所有標(biāo)高控制點的標(biāo)高，發(fā)現(xiàn)大部分節(jié)點的實際標(biāo)高均低于設(shè)計值。經(jīng)研究決定第1輪先張拉主索，后張拉副索。在每輪張拉結(jié)束后測讀所有傳感器讀數(shù)，監(jiān)測索網(wǎng)內(nèi)力。實際張拉過程中，在第2輪張拉完成后通過分析內(nèi)力測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大部分副索的內(nèi)力已達(dá)到或超過第3輪設(shè)計的拉力，故經(jīng)設(shè)計同意，取消第3輪，直接張拉第4輪80％。最后一輪調(diào)整張拉時使用撐腳，張拉順序為先拉主索，再拉副索。為消除錨具回縮的影響(每端約4mm)，調(diào)整張拉時微調(diào)的方法為張拉力到位后擰緊錨杯外面的大螺母。經(jīng)過3輪張拉和2輪調(diào)整以后，將傳感器的測試結(jié)果與設(shè)計提供的索內(nèi)力進(jìn)行比較，并由設(shè)計人員認(rèn)可，達(dá)到設(shè)計要求，至此張拉結(jié)束。
    張拉結(jié)束以后，逐一將所有節(jié)點的夾具、立柱上的剪刀撐擰緊。切斷兩端多余鋼絞線，使其露出錨具不少于50mm。為保證在邊緣構(gòu)件內(nèi)的孔道與鋼絞線形成有粘結(jié)，改善錨具受力狀況，要進(jìn)行索孔灌漿和端頭封裹。這兩項工作一定要引起足夠的重視，因為灌漿和封裹的質(zhì)量直接影響到索網(wǎng)的防腐措施是否有效持久，從而影響到索網(wǎng)的安全與壽命。
    灌漿之前，先將孔道兩端作初步封閉，并嚴(yán)防索網(wǎng)顫動。灌漿用材料為425號普通硅酸鹽水泥、飲用水、JM III 混凝土減水微膨脹外加劑，水灰比為0．37。灌漿設(shè)備為手動輕型壓漿泵，每個孔道要一次連續(xù)灌完，直至泌水孔冒漿后方可停止?？椎赖吞帪楣酀{孔，高處為泌水孔。最后，用C30細(xì)石混凝土將端頭與錨具封裹，以防銹蝕。