浅析电子科技大学清水河校区体育馆屋盖预应力施工

2012-07-24高博

四川建筑 2012年3期

高博

(四川省晟茂建设有限公司，四川成都610045)

1 体育馆工程概述

1.1 体育馆建筑工程概况

电子科技大学清水河校区体育馆由东南大学建筑设计研究院设计，施工总承包由四川省晟茂建设有限公司承担。该馆位于成都市高新西区电子科技大学校园内，总建筑面积23 852m2，钢筋混凝土结构，轮辐式张弦梁结构屋面，抗震设防烈度7度。比赛馆总座席数为7 439个(图1)。

图1 体育馆南立面效果图

1.2 体育馆钢结构概况

屋盖为轮辐式张弦梁结构，下弦为预应力拉索，上下弦通过竖向撑杆支撑组成张弦梁结构，屋盖径向共布置30榀张弦箱型梁，屋盖中央设刚性环连接各张弦梁，作为30榀张弦梁端部拉索的节点。屋盖跨度为100m，张弦梁上弦为箱型截面，下弦为预应力拉索(图2、图3)。

图2 体育馆屋盖结构图

2 体育馆工程施工难点分析

本工程结构为轮辐式张弦梁，总共30榀张弦梁，每榀都被中央刚性环从张弦梁的中点处断开，其中上弦杆连贯，但下弦拉索分成两段。

图3 中央刚性环图

考虑到高空穿索难度大，且安全上存在诸多不确定因素，因此施工时应尽量减少高空穿索的时间、降低其施工难度。这里原则上采用内环张弦梁整体吊装的施工工艺，其中下弦拉锁及吊挂柱在内环张弦梁刚刚脱离地面时穿好，用手拉葫芦进行调整、固定，张弦梁安装到位后，下弦拉索安装仅在两端头进行精确调整即可。

3 体育馆预应力施工专项技术

3.1 拉索、锚具等构件的选择

(1)张弦梁拉索采用OVM系列的PES5－199拉索，钢丝束面积为3 905mm2，钢丝束直径为77mm，钢丝束理论重量为30.7kg/m，破断荷载为6 525kN，含双层拉索直径为93mm。拉索采用高强度钢丝束，抗拉强度≥1 670MPa，松弛率≤2.5%，屈服强度≥1 410MPa，弹性模量E=(1.95～2.1)×105MPa。

(2)锚具采用与此拉索配套的冷铸锚系列，编号为OVMLZM5－199。

(3)张弦梁撑杆端部采用销栓连接，销栓采用40Cr钢材，销孔直径比栓径大0.5mm，销栓采用精加工制作。

3.2 张弦梁预应力施工难点及相应对策

3.2.1 张弦梁吊装和下弦拉索穿索方式

本工程结构为轮辐式张弦梁，总共30榀张弦梁，每榀都被中央刚性环从张弦梁的中点处断开，其中上弦杆连贯，但下弦拉索分成两段。在这种情况下，张弦梁只能分段吊装，且拉索必须在高空进行安装。

高空穿索不仅对操作人员具有安全性的影响，同时较地面穿索而言，牵引设备的使用效率会降低，拉索的提升也会影响施工进度，大型吊机全过程参与穿索施工会产生较多的施工费用。

因此，提出在屋盖外围环梁支座处搭设施工平台，拉索在地面展开，并完成索夹安装，由葫芦提升将拉索与中央刚性环的安装完成，再通过多台葫芦和牵引装置连接拉索与外围环梁，最后安装索夹，完成穿索施工。

3.2.2 檩条和支撑安装时机

檩条通过高强螺栓与张弦梁相连。檩条可在张弦梁张拉前安装，也可待张拉后再安装，两者各有优缺点。

若檩条在张弦梁张拉前安装，则檩条两端的高强螺栓孔距离不受张拉的影响，檩条易于安装，且张拉时张弦梁的稳定性更加容易保证，但中心支撑胎架荷载较大，拉索张拉力增大，另外也会增加张拉时相邻张弦梁间存在相互影响。

若檩条在张弦梁张拉后安装，则支撑胎架荷载较小，拉索张拉力小，相邻张弦梁间不存在相互影响，但檩条两端高强螺栓孔的距离受张拉的影响，相对来说檩条较难安装。

根据对比分析，得到张拉过程各榀张弦梁水平位移较小的特点，同时为了保证张拉过程的整体稳定性，确定支撑在张拉前先安装，檩条在张拉后再安装。

3.2.3 索力均匀性

本工程拉索为圆弧形，且在中央刚性环处断开，设计要求拉索张拉要保证各索段索力均匀。显然，与一般张弦梁不同的是，同一榀张弦梁拉索的索力易出现索力不均匀的可能性。因此，本工程采用30榀张弦梁同步分级张拉的施工方案，并且每一级张拉阶段都要以索力值为控制指标(最后一级同时考虑索力值和监测点位移值为控制指标)。

3.3 张拉方案

将30榀张弦梁分成三组，每组10榀。施工中，先张拉第一组至第一阶段完成，第一阶段以张弦梁脱离胎架的临界点为完成标志，经计算，该临界点约为初始张拉力的72%左右。随后对第二和第三组进行第一阶段拉索张拉施工。第二阶段张拉先对一组进行初始张拉力72%→90%的拉索张拉，再轮换至第二组进行同样的施工操作，直至三组全部张拉至90%的张拉力。最后再进行一次循环施工，拉索张拉至张拉力的105%(超张拉5%)，施工完成。

本方案在确保不同组张弦梁进行拉索张拉施工时对相邻组张弦梁的影响最小的前提下，最大限度的降低了施工周期。共需投入10台千斤顶施工，但张拉次数减少为9次，施工周期短，施工质量控制较好。

3.4 拉索张拉控制原则

张弦梁张拉控制的原则一般分为力和形两部分，其中力主要为索力，形主要为梁的矢高和跨度等。

拉索一次张拉时分为两个阶段共5级:0→25%→50%→72%为第一阶段，72%→90%→105%(超张拉5%)为第二阶段;其中0→25%→50%→72%→90%以控制索力为主，而90%→105%(超张拉5%)则根据结构变形情况对索力进行调整，以控制变形为主。

3.5 预应力索安装流程如下

(1)安装中心环结构，(2)吊装张弦梁及拉索，(3)张拉拉索，结构成形，(4)拆除支撑胎架，(5)安装屋面系统。

4 预应力施工全过程分析及监测

4.1 预应力施工分析的过程

根据施工方案，跟踪施工全过程，分析结构的关键响应随施工过程的变化数据。

按照以下11步进行施工过程分析:

(1)搭设支撑架，结构的构件安装就位;(2)张拉第一组拉索，张拉分3级加载，按张拉值分别为初始张拉力的25%、50%、72%;(3)张拉第二组拉索，张拉分3级加载，按张拉值分别为初始张拉力的25%、50%、72%;(4)张拉第三组拉索，张拉分3级加载，按张拉值分别为初始张拉力的25%、50%、72%;(5)张拉第一组拉索，张拉值为初始张拉力的90%;(6)张拉第二组拉索，张拉值为初始张拉力的90%;(7)张拉第三组拉索，张拉值为初始张拉力的90%;(8)张拉第一组拉索，张拉值为初始张拉力的105%;(9)张拉第二组拉索，张拉值为初始张拉力的105%;(10)张拉第三组拉索，张拉值为初始张拉力的105%，结构成形;(11)安装屋面系统和永久性马道，屋盖成形。