預應力鞍形索網屋蓋工程施工工藝研究

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摘   要：介紹泰州師范學校體育館菱形平面鞍形索網屋蓋結構施工工藝，包括錨夾具設計、邊梁立模放線、索孔預埋鋼管制作及安裝、箱形邊梁混凝土澆筑、鋼索制作及安裝、索網張拉以及屋面施工工藝等。
    關鍵詞：體育館 鞍形索網 屋蓋 預應力 鋼絞線 懸索結構

    泰州師范學校體育館位于江蘇省泰州市師范學校校園內，建成后將作為該校的一個標志性建筑。該工程屋蓋采用雙曲拋物面鞍形索網結構形式，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。索網共設計有承重索(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。索網網格水平投影尺寸為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 
    本工程索網結構施工工藝流程為：邊梁立模→標索網孔位→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→索網張拉→孔道灌漿→端頭封裹。
    2、錨具及夾具設計
    2．1 錨具及其配件設計
    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力進行微調，所以自行設計了一套非標準帶微調的夾片錨具。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力進行適當調整，有利于索網成型，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到國家規(guī)定的I類錨具標準(即ηa≧0．95，?apu,tot≧2%),確保錨固性能的可靠性。
    2．2 夾具、立柱設計
    對主索與副索之間的連接與固定，經過多次反復研究，自行設計了如圖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(不考慮大梁外側的掛板)，截面尺寸為1400mm×1800mm(見圖3)。
    天溝底板底模支模時要嚴格按照設計圖紙，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明，并寫上所屬索號，以便安裝鋼管。待所有索孔位置都準確定位后，即可綁扎混凝土大梁內除隔板之外的鋼筋。
    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行精確計算，考慮端部內凹孔留孔深度。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(安裝時與邊梁內側模板貼緊)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，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，主副索預埋鋼管呈交叉布置，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，以防止?jié)不炷習r流進從漿。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，制作文裝預留孔模板。由于預留孔外側面是不規(guī)則的四邊形、制作有一定的難度。經考慮幾種方案，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，再逐一量測預留孔4條梭的長度，用鋸準備下料。木盒子要與錨墊板嚴格垂直，盒內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行檢查和校核，確保其準確無誤。索孔定位及鋼管安裝位置準確性直接關系到索網形成后節(jié)點標高能否達到設計要求，在設計中、甲方及總包施工單位相關人員的密切合作下，使這一極其關鍵的工作得宜順利完成、并經復核、滿足設計要求。
    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，并經設計、質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?；炷翞镃50，添加減水劑。澆筑混凝土過程中應避免振搗棒直接接觸鋼管，以免使鋼管位置產生偏移，并確保預埋鋼管的暢通。當益板混凝土達到一定強度后，拆除邊梁內外側模板，清理端部孔道。
    6、制索
    6．1 鋼索的防腐防火處理
    以往懸索結構施工，對鋼索的防腐處理較為復雜，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。索網的防火處理，采用在索網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
    鋼索在下料前應抽樣復驗，內容包括外觀、外形尺寸、σb、σ600等，并出具相應檢驗報告。鋼鎖采用砂輪切割機下料，為保證下料長度的準確性，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簽。以供穿束時對號入座。鋼索的下料長度必須準確。不能過短或過長，并注意保護塑料套管。
    下料前先要以索網初始態(tài)的曲線形狀為基淮進行計算、下科長度應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。 另外在下料的應實際放樣，以校核下料長度是否準確。
    懸索結構鋼索一般在下料前要進行預張拉，本工程采用的低松弛鋼絞線，系在張力下生產，經試驗證明，不進行預張拉仍具有良好的線彈性，因此，實際施工不進行預張拉，直接 使用。
    7、鋼索安裝及索網初步調整
    7．1 鋼索安裝
    在高空架設鋼索是懸索結構施工中難度較大、并且很重要的工序。由土建施工單位用廖48mm×3．5mm的鋼管搭設滿堂腳手架，在邊梁混凝土強度達到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行調整，張拉結束后即可卸掉卸甲。
    7．2 索網的調整
    在所有主副索都安裝完畢后，對照節(jié)點設計標高值對索網進行調整，使索網曲面初步成型，此即為初始態(tài)。
    7．3 安裝夾具及立柱
    索網初步成型后，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。待索網張拉完畢經驗收合格后再擰緊。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束后再擰緊。
    8、索網張拉工藝
    張拉是懸索屋蓋結構施工的關鍵工序。通過張拉使各索內力和索網節(jié)點標高都達到設汁要求。只有在邊梁混凝土強度達到100％以后守能進行張拉。由于是輕層蓋，故不必將張拉與加屋面荷載交替進行?？梢栽谥鞲彼魅繌埨戤吅蟆Ｔ黉佋O檁條和層面板及懸掛吊頂。
    張拉工藝中，其關鍵鍵環(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 依次進行，在兩端各用1臺張拉設備同步進行張拉。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)，然后再進行數(shù)輪調整。張拉過程中同時控制內力和節(jié)點標高，按照設計人員的意圖，張拉以應力控制為主，標高控制為輔。
    張拉開始前測試所有標高控制點的標高，發(fā)現(xiàn)大部分節(jié)點的實際標高均低于設計值。經研究決定第1輪先張拉主索，后張拉副索。在每輪張拉結束后測讀所有傳感器讀數(shù)，監(jiān)測索網內力。實際張拉過程中，在第2輪張拉完成后通過分析內力測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大部分副索的內力已達到或超過第3輪設計的拉力，故經設計同意，取消第3輪，直接張拉第4輪80％。最后一輪調整張拉時使用撐腳，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)，調整張拉時微調的方法為張拉力到位后擰緊錨杯外面的大螺母。經過3輪張拉和2輪調整以后，將傳感器的測試結果與設計提供的索內力進行比較，并由設計人員認可，達到設計要求，至此張拉結束。
    張拉結束以后，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。為保證在邊緣構件內的孔道與鋼絞線形成有粘結，改善錨具受力狀況，要進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量直接影響到索網的防腐措施是否有效持久，從而影響到索網的安全與壽命。
    灌漿之前，先將孔道兩端作初步封閉，并嚴防索網顫動。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細石混凝土將端頭與錨具封裹，以防銹蝕。