施工技术CONSTRUCTION建筑工程中预应力索拱结构的施工技术探讨孟军浙江展诚建设集团股份有限公司摘要：本文结合浙江某改扩建工程对预应力索拱结构技术进行了探讨，在没有什么工程可借鉴的情况下，做了一些必要的准备，包括模拟测试计算等来保障工程的顺利完成。从各个角度和整个流程都做了一一说明。关键词：施工准备施工技术模拟测试预应力索拱结构1工程概况结构在钢索张拉之前刚度很小，不能够承担设计荷载，因此若要进行浙江某办公楼改扩建工程为5层钢筋混凝土框架结构。建筑改承载力计算，首先需要计算钢索张拉完成后的状态。造拟在原结构顶部新增加一层钢结构多功能大厅。新增的屋顶建筑预应力索拱结构是一种几何非线性较大的结构形式，钢索造型为拱形，结构类型为钢弧梁预应力索拱结构。的张拉会使结构几何形态及应力产生较大的变化，因此需要进行施加层屋顶结构跨度为，纵向由13榀预应力索拱结构组工仿真计算以得出合理的预应力度。成，间距均为。每榀预应力索拱结构由组合焊接H型钢拱形梁通过施工仿真计算，可以模拟预应力索拱结构在不同施工和2根预应力钢索组成，两拱脚与加层钢柱连接部分采用可滑动橡阶段的力学性能，从而确定相应的施工方法和施工顺序，即确定钢索胶支座连接。图1为预应力索拱结构示意。预应力的数值和钢索是否需要分步张拉。施工仿真计算采用有限元计算软件，按实际结构尺寸建立有限元计算模型，其中钢梁采用Beam188单元，钢索采用Link8单元，钢索预应力通过设置初始应变的方法施加。在计算中考虑结构大变形及应力刚化效应，按照4种工况对预应力索拱结构各个阶段进行计算。4种工况为:1)预拉力;2)预拉力+恒荷载(标准值);3)预拉力+恒荷载+集中力(标准值);4)预拉力+恒荷载+集中力+活载(设计值)。1-钢索固定端;2-钢索张拉端模拟仿真计算结果图1预应力索拱结构示意施工仿真计算确定了钢索初始预拉力为73kN。其预应力确定原2关于预应力索拱结构的简介则是预应力钢索平衡恒荷载标准值，即恒荷载作用下弧形钢梁尺寸作为一种建筑与美学和谐统一的结构形式，拱一直受到建筑师与原始尺寸基本相同。表1为计算结果汇总。的青睐。但是拱是具有侧推力的结构，拱脚处往往会产生较大的水平从计算结果可以看出,型钢梁应力在施工和使用各个阶段均没推力。有超过设计值;钢索在设计荷载作用下的拉力将达到273kN,钢索拉为降低甚至消除此拱脚推力，目前工程界有效的方法是使用钢力有较高的安全储备。索将两拱脚相连。结构形式为钢索与钢拱架组合，称施工方法的确定structionVol136，No15，2006为“预应力索拱结构”。根据施工仿真计算结果确定施工方法如下:1)钢索张拉控制拉3预应力索拱施工前的施工准备与测试力为73kN，在施工时使用压力传感器以确保张拉力的准确；2)钢索模拟仿真计算表1施工仿真计算结果汇总目的计算工况 变形位移/mm 钢索型钢最大应力/Mpa 对预应力索拱结水平(右支座)(相竖向拉力钢索固定端 拱顶 构进行施工仿真计算，对于柱轴线) (拱顶) /KN 上翼缘板 下翼缘板 上翼缘板 下翼缘板 主要是要解决以下技预拉力 + 73 + + 预拉力+恒荷载(标准值) + 215 + 术问题:预拉力+恒荷载+集中力(标准值) + 234 + 预拉力+恒荷载+集中力+活载(设计值) + 273 + .1预应力索拱 接近终凝前，用木楔再打磨一遍，使收水裂缝闭合。是整个施工过程中不可缺少的一个重要环节，忽视对混凝土的养护，混凝土的保养方案对底板混凝土的养护时，第二次搓平后既会降低混凝土的强度，又易使其在硬化过程中失水得不到及时补底板浇筑完，即覆盖一层塑料布，防止混凝土失水，如果混凝土表面偿而产生裂缝，尤其在高温下施工，更应经常浇水养护，这样既可减温度过高，在塑料布上浇水降温，养护时间不少于14d。在墙体混凝少温度产生的裂缝，也可降低由于混凝土的收缩而产生的约束应力，土养护过程中，混凝土终凝后，立即开始浇水养护，拆模前从板墙上有效控制裂缝。对于非强度原因造成的现浇混凝土裂缝可采用化学口浇水养护，墙体模板拆除后，即在两侧满挂麻袋片，并根据天气情灌浆法、迭合层法以及综合法来处理裂缝。况，按时浇水，保证麻袋片保持湿润，养护时间不少于14d。3结语裂缝控制措施严格控制混凝土施工配合比，根据混凝土强度综上所述，地下室防水问题可从裂缝问题、混凝土水施工技术问等级和质量检验以及混凝土和易性的要求确定配合比，严格控制水题、以及垫层防水施工技术问题归纳得出，只有在这三方面格下功夫，灰比和水泥用量。选择级配良好的石子，控制砂的粒径及含量，减少才能真正保障地下室的防水施工质量。所以，在地下室防水施工中，只空隙率以减少混凝土收缩量，提高混凝土抗裂强度；加强混凝土养护有严格遵循相关技术规程，才能使地下室防水不再是严峻的问题。城市建设2512010年总第70期
施工技术CONSTRUCTION在施工现场一次张拉至73kN，然后吊装就位，不进行二次张拉。75kN时，钢梁的应力范围为-80～+60MPa，远低于钢材的标准强度，4预应力索拱张拉测试表明结构是安全的。测试装置将监测结果与计算结果比较可以看出，实际监测结果均略鉴于预应力索拱结构在我国应用较少，施工技术尚需完善[2，3]。小于计算结果。同时施工仿真计算结果也需进行验模型试验预应力钢索张拉过程监测结论与施工仿真计算因而，在钢结构加工厂进行了1∶1模型试验，模拟预应力钢索结果吻合较好。根据试验结果，可确定预应力施工方案为:预应力钢张拉过程，监测结构侧弯及钢梁应力。索在钢结构加工厂安装就位后整体运送至海关总署工地，而后根据测试目的包括（:1)预应力钢索张拉力达到75kN时，钢梁侧弯及进度要求进行预应力钢索张拉，无论钢梁处于水平放置或者竖直放起拱情况（;2)根据内力和变形监测判断是否可以在地面一次张拉到置状态，均可一次张拉至设计控制应力。位，不进行二次张拉（;3)对比计算结果与监测结果是否吻合。5预应力索拱施工技术测试结果预应力索设计及加工图2为在钢梁上粘贴应变片位置。图3为截面1钢梁应变在预钢索是预应力索拱结构的关键组成部分，按结构计算和耐久性应力钢索张拉过程中变化情况。要求其材料选取、长度确定(图6)有以下几个特点:1-截面1;2-截面2;3-截面3;4-截面4;5-截面5图6钢索加工示意图2应变片布置由预应力钢索最大承载拉力及安全系数确定钢索类型为<5×31，材料标准强度为1670MPa。考虑防火及防腐性能选择镀锌钢丝和外包双层PE保护层。预应力钢索一端为锚固端，一端为张拉端。锚固端为叉耳式，张拉端为带螺扣的钢拉杆。张拉时借助螺扣设计张拉设备，张拉完成后使用双螺帽进行永久锚固。在设计叉耳尺寸时要进行抗剪和局部承压验算，特别注意与型钢拱架耳板尺寸匹配，防止出现叉耳安装不上或者安装之后叉耳无法转动的情况。本工程钢索张拉端设计长度较大，主要是由于张拉端要穿过拱脚处的上下翼缘板。1-上翼缘;2-腹板测点;3-腹板测点;钢索长度确定要遵循应力下料的原则。对于本工程如下料4-腹板测点(该测点损坏，无曲线);5-腹板测点;6-下翼缘长度过短，则螺扣数目不满足张拉要求；如下料长度过长，则需要张图3截面1应力分布曲线拉完毕后进行机械切除，导致费工费料。图4和图5分别为钢梁侧弯及竖向变形曲线。预应力张拉技术钢索张拉包括两方面内容，一方面为张拉装置设计和加工，另一方面为钢索张拉应力监测。对于预应力钢结构，需要针对具体工程设计专用的张拉设备。本工程设计的钢索张拉设备由4部分组成：反力架，转换件，压力传感器，千斤顶。转换件。由于钢索张拉端所带的钢拉杆直径为<56，因此在钢拉杆与张拉用钢绞线之间设计了转换件。在张拉时，通过转换件将千斤顶拉力传递到钢拉杆，从而实现对钢索施加预应力。图4钢梁侧向变形曲线图5竖向变形曲线反力架。反力架为由钢板焊接成的一种类似板凳的稳定结表2为施工仿真计算结果与试验结果的对比。构，可以把张拉钢索的反力传递到钢拱梁上，实现张拉体系的自平衡。工况 结果类型 变形位移/mm 钢索型钢最大应力/Mpa 应力传感器。采用60t压力传感器，数值监测采用DH3818水平(右支竖向拉力钢索固定端 拱顶 座)(相对于(拱顶) /KN 上翼下翼上翼下翼数据采集仪器，通过监测压力传感器读数控制预应力索的张拉力。柱轴线) 缘板 缘板 缘板 缘板 千斤顶。内置前卡式YCN-23张拉钢绞线用千斤顶，通过预拉力 计算结果 + 73 + + 试验结果 + 75 + + 张拉钢绞线对钢索施加预应力。 预应力施工监测测试结论为避免预应力索拱结构在张拉时变形过大，因此在预应力钢索当预应力钢索张拉力达到75kN时，钢梁侧弯5～7mm；水张拉过程中需对结构变形和钢索应力进行现场实时监测。如前所述，平变形20～30mm；起拱30～40mm。由此可以判断，因预应力钢索张由于选取了一榀索拱结构在钢结构加工厂完成了张拉试验，实时监拉而造成的钢梁侧弯数值较小，均在设计范围内。测结构变形及应力，没有出现结构变形和应力超限的情况，监测结果在钢梁上粘贴的应变片显示出，当预应力钢索张拉力达到与施工仿真计算吻合较好。因此，在进行其余各榀索拱结构施工时，252城市建设2010年总第70期
施工技术CONSTRUCTION轻钢龙骨纸面石膏板轻质隔墙施工工法陈成广山东德建集团有限公司山东德州253700纸面石膏板是以建筑石膏和护面纸为主要原料，掺加适量纤维、带。作地枕带应支模，模板上口与踢脚板上平一致，细石混凝土应浇{HotTag}淀粉、促凝剂、发泡剂和水等，制成的轻质建筑薄板。它具有捣密实。质轻、防火、隔音、?抗震、保温、隔热、居住舒适、绿色环保、节省空间4）固定沿顶、沿地龙骨；沿弹线位置固定沿顶、沿地龙骨，可用射等优点，而且施工方便、加工性能良好，安拆方便，装饰效果好，可以钉或膨胀螺栓固定，固定点间距应不大于600mm，龙骨对接应保持增大建筑使用面积。在建筑中采用以纸面石膏板为墙面、轻钢龙骨为平直。支撑系统、内衬岩棉保温层作为非承重墙，可广泛用于各种工业建筑5）固定边框龙骨：沿弹线位置固定边框龙骨，固定点间距应不大和民用建筑，具有许多优点。是我国墙体材料改革的推广产品之一。于lm，龙骨的边线应与弹线重合。龙骨的端部应固定，固定应牢固。2006年我公司在德州市新城综合楼工程中大面积使用该工艺，边框龙骨与基体之间，应按设计要求安装密封条。根据工程特点及质量目标要求，我们成立QC小组对该工艺做法进6选用支撑卡系列龙骨时，应先将支撑卡安装在竖向龙骨的开行技术攻关。通过管理及工作人员的不懈努力及积极探索、创新，于口上，卡距为400mm，距龙骨两端的距离为20mm。2007年初形成了一套比较完善的工艺流程并在2007年以QC成果7）安装竖向龙骨应垂直，龙骨间距应按设计要求布置。设计无要的形式发布，并于2008年3月获德建集团优秀QC成果二等奖。求时，其间距可按板宽确定。2007年在德州市武警支队办公附属楼、广厦水晶城35#、36#楼8）选用通贯系列龙骨时，低于3m的隔断安装一道；3～5m隔断等工程上我们继续采用，竣工验收时墙体牢固，墙面垂直、平整，涂料安装两道；5m以上安装三道。完成后表面无裂纹，观感质量良好，得到了相关单位的一致好评。9）罩面板横向接缝处，如不在沿顶、沿地龙骨上，应加横撑龙骨1、特点固定板缝。石膏板隔墙施工的难点就是有效防止板间裂缝的产生和门洞口10）门洞口或特殊节点处，使用方钢管加固龙骨，安装应符合设上部八字缝的出现，因为一旦板间出现裂缝就很难根除，甚至工程交计要求。工后仍会出现细小缝隙，严重影响工程的感官效果。11）对于特殊结构的隔墙龙骨安装（如曲面、斜面隔断等），应符本工法采用轻钢龙骨做龙骨，方钢管加固门洞口两侧减少因外合设计要求。力作用下的龙骨骨架受力变形。改变在石膏板间嵌填嵌缝腻子的做12）水电铺管、安装附墙设备：按图纸要求预埋管道和附墙设备。法用密封胶腻子代替并在外部粘贴的确良粘接布，防止石膏板间的要求与龙骨的安装同步进行，或在另一面石膏板封板前进行，并采取裂缝，减少后期墙体裂缝的修理工作。局部加强措施，固定牢固。电气设备专业在墙中铺设管线时，应避免2、适用范围切断横、竖向龙骨，同时避免在沿墙下端设置管线。本工法可适用于高层框架结构、钢结构等高层建筑物的内墙墙13）龙骨检查是否处于无应力状态下：安装罩面板前，应检查隔体及隔断、装修等。断骨架的牢固程度，门洞口、各种附墙设备、管道的安装和固定是否3、工艺原理符合设计要求。如有不牢固处，应进行加固。龙骨应处于无应力状态1）、通过增加方钢管加强门洞口两侧的龙骨刚度，降低龙骨体系下，龙骨的立面垂直偏差应≤3mm，表面不平整应≤2mm。因外力作用产生的变形，减少裂缝产生。 2）在石膏板间嵌填密封胶腻子，嵌缝密封腻子有一定的粘结强弹线、分档做地枕带固定沿顶、沿地龙骨固定边框龙骨度能有效减少板间裂缝的产生。4、工艺流程及操作要点安装竖向龙骨安装门、窗框安装附加龙骨安装支撑龙骨1）流程图检查龙骨安装水、电铺管安装附墙设备检查龙骨是否处于无应力状态2）弹线、分档：在隔墙与上、下及两边基体的相接处，应按龙骨的宽度弹线。弹线清楚，位置准确。按设计要求，结合罩面板的长、宽分安装一侧石膏板填充隔声保温岩棉安装另一面罩面板接缝及护角加强档，以确定竖向龙骨、横撑及附加龙骨的位置。3）作地枕带：当设计有要求时，按设计要求作细石混凝土地枕安装质量检查面层装修重点进行钢索拉力监测，不再进行变形监测。与常规结构施工不同，无论是本文所述的预应力索拱结构，6结语还是其他预应力钢结构，在施工时均需要配备结构变形、应力监测设通过本工程预应力索拱结构的施工技术的探讨得出以下几点结论:备，这是保证施工质量合格的最基本要求。作为一种比较新颖的结构形式，预应力索拱结构对施工提出随着预应力钢结构技术被越来越多的建筑师和结构工程师了较高的要求，要求施工单位不仅具有相关的施工技术，而且应该具认识和接受，预应力钢结构工程会越来越多。但是由于预应力钢结构有较强的计算能力以准确把握结构在施工各阶段的力学性能。对施工技术要求高，施工过程力学问题复杂，因此需选择技术实力强本工程预应力钢索张拉试验表明，ANSYS施工仿真计算结的专业施工单位进行施工，以保证预应力钢结构这种先进的结构形果与现场实测结果吻合较好，为施工仿真计算指导施工提供了依据。式在我国健康、持续地发展。同时，仿真计算结果将直接决定施工方法与施工技术的选用。城市建设2532010年总第70期
