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預(yù)應(yīng)力鞍形索網(wǎng)屋蓋工程施工工藝研究

2005-08-10 00:00    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

    [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j15.24鋼絞線;穩(wěn)定索(副索)4l束,每束為1jl 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。

    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(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(guò)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(lái)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(guó)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(jì)

    對(duì)主索與副索之間的連接與固定,經(jīng)過(guò)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。

    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(guò)高或過(guò)低,過(guò)高不能保證天溝深度,為屋面排水帶來(lái)困難;過(guò)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??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(jì)算,考慮端部?jī)?nèi)凹孔留孔深度。下料時(shí)依據(jù)下料長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)木盒,再逐一量測(cè)預(yù)留孔4條梭的長(zhǎng)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(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(guò)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(wú)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;炷翞镃50,添加減水劑。澆筑混凝土過(guò)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(zhǎng)、耗用人工量大。本工程簡(jiǎn)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(zhǎng)度的準(zhǔn)確性,采用定長(zhǎng)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(zhǎng)度的標(biāo)簽。以供穿束時(shí)對(duì)號(hào)入座。鋼索的下料長(zhǎng)度必須準(zhǔn)確。不能過(guò)短或過(guò)長(zhǎng),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(zhǎng)度應(yīng)把理論長(zhǎng)度加長(zhǎng)至梁邊,再加上張拉工作長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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?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(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(guò)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(guò)程中,在第2輪張拉完成后通過(guò)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(guò)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魉鳎倮彼。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(guò)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(guò)角鋼與之連接。

    檁條步長(zhǎng)為1.6m,長(zhǎng)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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