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預(yù)應(yīng)力鞍形索網(wǎng)屋蓋工程施工工藝研究
[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(jì)、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(gè)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(duì)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(jì)有承重索(主索)40束，每束為2øj15．24鋼絞線；穩(wěn)定索(副索)4l束，每束為1øjl 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�！鷺�(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(jì)
2．1 錨具及其配件設(shè)計(jì)
本工程選用的鋼索為個(gè)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(duì)鋼索的內(nèi)力進(jìn)行微調(diào)，所以自行設(shè)計(jì)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(duì)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，єapu,tot≧2%),確保錨固性能的可靠性。
2．2 夾具、立柱設(shè)計(jì)
對(duì)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(jì)了如圖2所示的節(jié)點(diǎn)。
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(shí)要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)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(hào)，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Ø76mm×3．75mm和Ø48mm×3．5mm普通焊接鋼管。鋼管在制作安裝前要進(jìn)行精確計(jì)算，考慮端部內(nèi)凹孔留孔深度。下料時(shí)依據(jù)下料長度表逐一下料，用紅色鉛筆在鋼管上寫編號(hào)、所屬索號(hào)及長度，以便識(shí)別分辨。鋼管一端切口為直 角，另一端(安裝時(shí)與邊梁內(nèi)側(cè)模板貼緊)切割成45°.
焊接錨墊板時(shí)要注意將管中心與鐵板孔中心對(duì)準(zhǔn)，螺旋筋同時(shí)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(shí)與2根副管在空間相交，每根副管也同時(shí)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(cè)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ø6短鋼筋四面點(diǎn)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(duì)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(diǎn)標(biāo)高能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)、質(zhì)檢部門作隱蔽工程驗(yàn)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(shí)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(qiáng)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(duì)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(duì)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(yàn)，內(nèi)容包括外觀、外形尺寸、σb、σ600等，并出具相應(yīng)檢驗(yàn)報(bào)告。鋼鎖采用砂輪切割機(jī)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(hào)和長度的標(biāo)簽。以供穿束時(shí)對(duì)號(hào)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(jì)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(shí)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(yàn)證明，不進(jìn)行預(yù)張拉仍具有良好的線彈性，因此，實(shí)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(qiáng)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(duì)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(shí)再對(duì)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(duì)照節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高值對(duì)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?yàn)橄劝惭b馬道位置處的夾具(計(jì)207個(gè))，再安裝其它普通節(jié)點(diǎn)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(yàn)收合格后再擰緊。為防止夾具對(duì)鋼索的外包塑料皮可能產(chǎn)生的損傷，在節(jié)點(diǎn)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(diǎn)標(biāo)高都達(dá)到設(shè)汁要求。只有在邊梁混凝土強(qiáng)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。可以在主副索全部張拉完畢后。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(duì)本工程懸索屋蓋基本上具有雙向軸對(duì)稱的特點(diǎn)。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(tái)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(jí)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(jì)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(shí)控制內(nèi)力和節(jié)點(diǎn)標(biāo)高，按照設(shè)計(jì)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(cè)試所有標(biāo)高控制點(diǎn)的標(biāo)高，發(fā)現(xiàn)大部分節(jié)點(diǎn)的實(shí)際標(biāo)高均低于設(shè)計(jì)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(cè)讀所有傳感器讀數(shù)，監(jiān)測(cè)索網(wǎng)內(nèi)力。實(shí)際張拉過程中，在第2輪張拉完成后通過分析內(nèi)力測(cè)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(jì)的拉力，故經(jīng)設(shè)計(jì)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(shí)使用撐腳，張拉順序?yàn)橄壤魉�，再拉副索。為消除錨具回縮的影響(每端約4mm)，調(diào)整張拉時(shí)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(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)提供的索內(nèi)力進(jìn)行比較，并由設(shè)計(jì)人員認(rèn)可，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，至此張拉結(jié)束。
張拉結(jié)束以后，逐一將所有節(jié)點(diǎn)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(xiàng)工作一定要引起足夠的重視，因?yàn)楣酀{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(dòng)。灌漿用材料為425號(hào)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(dòng)輕型壓漿泵，每個(gè)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。
9 檀條加工和安裝工藝
屋面擦條采用高200mm、厚1．6mm的內(nèi)卷邊槽鋼鋼擦條。為使索網(wǎng)受載均勻且與受力分析相對(duì)應(yīng)，檁條架設(shè)在索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)立柱上，通過角鋼與之連接。
檁條步長為1.6m，長度采用實(shí)測(cè)的方法，即在索網(wǎng)張拉縮柬，立柱、剪刀撐部擰緊到位以后實(shí)際量測(cè)每根檁條的尺寸，標(biāo)注在平面圖上。依此進(jìn)行加工生產(chǎn)、安裝。
檁條安裝完畢以后，鋪設(shè)彩鋼層面板。該分部工程由上海寶鋼集團(tuán)彩色鋼板廠負(fù)責(zé)施工。主要質(zhì)量指標(biāo)是采用隱藏式卡扣固定彩鋼板，現(xiàn)場(chǎng)軋制，整條安裝，確保滿足防水保溫等建筑要求。屋面板及檁條與鋼索連接牢固可靠，并具有令人滿意的使用壽命。
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