高 博

(四川省晟茂建設(shè)有限公司，四川成都610045)

1 體育館工程概述

1.1 體育館建筑工程概況

電子科技大學(xué)清水河校區(qū)體育館由東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，施工總承包由四川省晟茂建設(shè)有限公司承擔(dān)。該館位于成都市高新西區(qū)電子科技大學(xué)校園內(nèi)，總建筑面積23 852m2，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，輪輻式張弦梁結(jié)構(gòu)屋面，抗震設(shè)防烈度7度。比賽館總座席數(shù)為7 439個(gè)(圖1)。

圖1 體育館南立面效果圖

1.2 體育館鋼結(jié)構(gòu)概況

屋蓋為輪輻式張弦梁結(jié)構(gòu)，下弦為預(yù)應(yīng)力拉索，上下弦通過(guò)豎向撐桿支撐組成張弦梁結(jié)構(gòu)，屋蓋徑向共布置30榀張弦箱型梁，屋蓋中央設(shè)剛性環(huán)連接各張弦梁，作為30榀張弦梁端部拉索的節(jié)點(diǎn)。屋蓋跨度為100m，張弦梁上弦為箱型截面，下弦為預(yù)應(yīng)力拉索(圖2、圖3)。

圖2 體育館屋蓋結(jié)構(gòu)圖

2 體育館工程施工難點(diǎn)分析

本工程結(jié)構(gòu)為輪輻式張弦梁，總共30榀張弦梁，每榀都被中央剛性環(huán)從張弦梁的中點(diǎn)處斷開(kāi)，其中上弦桿連貫，但下弦拉索分成兩段。

圖3 中央剛性環(huán)圖

考慮到高空穿索難度大，且安全上存在諸多不確定因素，因此施工時(shí)應(yīng)盡量減少高空穿索的時(shí)間、降低其施工難度。這里原則上采用內(nèi)環(huán)張弦梁整體吊裝的施工工藝，其中下弦拉鎖及吊掛柱在內(nèi)環(huán)張弦梁剛剛脫離地面時(shí)穿好，用手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)整、固定，張弦梁安裝到位后，下弦拉索安裝僅在兩端頭進(jìn)行精確調(diào)整即可。

3 體育館預(yù)應(yīng)力施工專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)

3.1 拉索、錨具等構(gòu)件的選擇

(1)張弦梁拉索采用OVM系列的PES5－199拉索，鋼絲束面積為3 905mm2，鋼絲束直徑為77mm，鋼絲束理論重量為30.7kg/m，破斷荷載為6 525kN，含雙層拉索直徑為93mm。拉索采用高強(qiáng)度鋼絲束，抗拉強(qiáng)度≥1 670MPa，松弛率≤2.5%，屈服強(qiáng)度≥1 410MPa，彈性模量E=(1.95～2.1)×105MPa。

(2)錨具采用與此拉索配套的冷鑄錨系列，編號(hào)為OVMLZM5－199。

(3)張弦梁撐桿端部采用銷(xiāo)栓連接，銷(xiāo)栓采用40Cr鋼材，銷(xiāo)孔直徑比栓徑大0.5mm，銷(xiāo)栓采用精加工制作。

3.2 張弦梁預(yù)應(yīng)力施工難點(diǎn)及相應(yīng)對(duì)策

3.2.1 張弦梁吊裝和下弦拉索穿索方式

本工程結(jié)構(gòu)為輪輻式張弦梁，總共30榀張弦梁，每榀都被中央剛性環(huán)從張弦梁的中點(diǎn)處斷開(kāi)，其中上弦桿連貫，但下弦拉索分成兩段。在這種情況下，張弦梁只能分段吊裝，且拉索必須在高空進(jìn)行安裝。

高空穿索不僅對(duì)操作人員具有安全性的影響，同時(shí)較地面穿索而言，牽引設(shè)備的使用效率會(huì)降低，拉索的提升也會(huì)影響施工進(jìn)度，大型吊機(jī)全過(guò)程參與穿索施工會(huì)產(chǎn)生較多的施工費(fèi)用。

因此，提出在屋蓋外圍環(huán)梁支座處搭設(shè)施工平臺(tái)，拉索在地面展開(kāi)，并完成索夾安裝，由葫蘆提升將拉索與中央剛性環(huán)的安裝完成，再通過(guò)多臺(tái)葫蘆和牽引裝置連接拉索與外圍環(huán)梁，最后安裝索夾，完成穿索施工。

3.2.2 檁條和支撐安裝時(shí)機(jī)

檁條通過(guò)高強(qiáng)螺栓與張弦梁相連。檁條可在張弦梁張拉前安裝，也可待張拉后再安裝，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。

若檁條在張弦梁張拉前安裝，則檁條兩端的高強(qiáng)螺栓孔距離不受張拉的影響，檁條易于安裝，且張拉時(shí)張弦梁的穩(wěn)定性更加容易保證，但中心支撐胎架荷載較大，拉索張拉力增大，另外也會(huì)增加張拉時(shí)相鄰張弦梁間存在相互影響。

若檁條在張弦梁張拉后安裝，則支撐胎架荷載較小，拉索張拉力小，相鄰張弦梁間不存在相互影響，但檁條兩端高強(qiáng)螺栓孔的距離受張拉的影響，相對(duì)來(lái)說(shuō)檁條較難安裝。

根據(jù)對(duì)比分析，得到張拉過(guò)程各榀張弦梁水平位移較小的特點(diǎn)，同時(shí)為了保證張拉過(guò)程的整體穩(wěn)定性，確定支撐在張拉前先安裝，檁條在張拉后再安裝。

3.2.3 索力均勻性

本工程拉索為圓弧形，且在中央剛性環(huán)處斷開(kāi)，設(shè)計(jì)要求拉索張拉要保證各索段索力均勻。顯然，與一般張弦梁不同的是，同一榀張弦梁拉索的索力易出現(xiàn)索力不均勻的可能性。因此，本工程采用30榀張弦梁同步分級(jí)張拉的施工方案，并且每一級(jí)張拉階段都要以索力值為控制指標(biāo)(最后一級(jí)同時(shí)考慮索力值和監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移值為控制指標(biāo))。

3.3 張拉方案

將30榀張弦梁分成三組，每組10榀。施工中，先張拉第一組至第一階段完成，第一階段以張弦梁脫離胎架的臨界點(diǎn)為完成標(biāo)志，經(jīng)計(jì)算，該臨界點(diǎn)約為初始張拉力的72%左右。隨后對(duì)第二和第三組進(jìn)行第一階段拉索張拉施工。第二階段張拉先對(duì)一組進(jìn)行初始張拉力72%→90%的拉索張拉，再輪換至第二組進(jìn)行同樣的施工操作，直至三組全部張拉至90%的張拉力。最后再進(jìn)行一次循環(huán)施工，拉索張拉至張拉力的105%(超張拉5%)，施工完成。

本方案在確保不同組張弦梁進(jìn)行拉索張拉施工時(shí)對(duì)相鄰組張弦梁的影響最小的前提下，最大限度的降低了施工周期。共需投入10臺(tái)千斤頂施工，但張拉次數(shù)減少為9次，施工周期短，施工質(zhì)量控制較好。

3.4 拉索張拉控制原則

張弦梁張拉控制的原則一般分為力和形兩部分，其中力主要為索力，形主要為梁的矢高和跨度等。

拉索一次張拉時(shí)分為兩個(gè)階段共5級(jí):0→25%→50%→72%為第一階段，72%→90%→105%(超張拉5%)為第二階段;其中0→25%→50%→72%→90%以控制索力為主，而90%→105%(超張拉5%)則根據(jù)結(jié)構(gòu)變形情況對(duì)索力進(jìn)行調(diào)整，以控制變形為主。

3.5 預(yù)應(yīng)力索安裝流程如下

(1)安裝中心環(huán)結(jié)構(gòu)，(2)吊裝張弦梁及拉索，(3)張拉拉索，結(jié)構(gòu)成形，(4)拆除支撐胎架，(5)安裝屋面系統(tǒng)。

4 預(yù)應(yīng)力施工全過(guò)程分析及監(jiān)測(cè)

4.1 預(yù)應(yīng)力施工分析的過(guò)程

根據(jù)施工方案，跟蹤施工全過(guò)程，分析結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵響應(yīng)隨施工過(guò)程的變化數(shù)據(jù)。

按照以下11步進(jìn)行施工過(guò)程分析:

(1)搭設(shè)支撐架，結(jié)構(gòu)的構(gòu)件安裝就位;(2)張拉第一組拉索，張拉分3級(jí)加載，按張拉值分別為初始張拉力的25%、50%、72%;(3)張拉第二組拉索，張拉分3級(jí)加載，按張拉值分別為初始張拉力的25%、50%、72%;(4)張拉第三組拉索，張拉分3級(jí)加載，按張拉值分別為初始張拉力的25%、50%、72%;(5)張拉第一組拉索，張拉值為初始張拉力的90%;(6)張拉第二組拉索，張拉值為初始張拉力的90%;(7)張拉第三組拉索，張拉值為初始張拉力的90%;(8)張拉第一組拉索，張拉值為初始張拉力的105%;(9)張拉第二組拉索，張拉值為初始張拉力的105%;(10)張拉第三組拉索，張拉值為初始張拉力的105%，結(jié)構(gòu)成形;(11)安裝屋面系統(tǒng)和永久性馬道，屋蓋成形。

4.2 單榀張弦梁的張拉

單榀張弦梁張拉過(guò)程中狀態(tài)變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。

圖4 豎向位移和滑動(dòng)支座水平位移變化曲線(xiàn)

[1]GB T18365－2001斜拉橋熱擠聚乙烯高強(qiáng)鋼絲拉索技術(shù)條件[S］

[2]CJ/T3078建筑纜索用高密度聚乙烯塑料[S］

[3]CJ3077－1998建筑纜索用鋼絲[S］

[4]CECS:2006預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S］