预应力鞍形索网屋盖工程施工工艺研究

[摘要] 介绍泰州师范学校体育馆菱形平面鞍形索网屋盖结构施工工艺，包括锚夹具设计、边梁立模放线、索孔预埋钢管制作及安装、箱形边梁混凝土浇筑、钢索制作及安装、索网张拉以及屋面施工工艺等。

[关键词] 体育馆 鞍形索网 屋盖 预应力 钢绞线 悬索结构

泰州师范学校体育馆位于江苏省泰州市师范学校校园内，建成后将作为该校的一个标志性建筑。该工程屋盖采用双曲抛物面鞍形索网结构形式，平面形状为近似菱形，对角尺寸为69．6m×67．2m，平面面积约为3459．5m2。索网悬挂在4根直线形箱形边梁上，梁截面为1400mm×1800mm，混凝土为C50。索网共设计有承重索(主索)40束，每束为2øj15．24钢绞线；稳定索(副索)4l束，每束为1øjl 5．24钢绞线。索网网格水平投影尺寸为1．6m×1．6m，中央主索的矢度和中央副索的拱度均为6m(见图1)。

1 施工工艺流程

本工程索网结构施工工艺流程为：边梁立模→标索网孔位→绑扎钢筋→安装钢管→焊接灌浆管和泌水管

搭满堂脚手架→钢索锚具安装→钢索下料
钢管制作

→浇筑边梁混凝土→混凝土养护→索网张拉→孔道灌浆→端头封裹。

2 锚具及夹具设计

2．1 锚具及其配件设计

本工程选用的钢索为个15．24低松弛镀锌钢绞线，由于索与索之间的相互影响，在张拉的最后阶段需对钢索的内力进行微调，所以自行设计了一套非标准带微调的夹片锚具。主索使用双孔夹片锚具，副索使用单孔夹片锚具。夹片锚锚板有外螺纹，可以在张拉的最后阶段通过螺纹对索的内力进行适当调整，有利于索网成型，给施工带来方便。该锚具委托锚具厂加工，锚具的性能要求必须达到国家规定的I类锚具标准(即ηa≧0．95，єapu,tot≧2%),确保锚固性能的可靠性。

2．2 夹具、立柱设计

对主索与副索之间的连接与固定，经过多次反复研究，自行设计了如图2所示的节点。

3 边梁立模及放线

本工程钢筋混凝土箱形边梁的施工难度较大。边梁截面呈扭曲的平行四边形(不考虑大梁外侧的挂板)，截面尺寸为1400mm×1800mm(见图3)。

天沟底板底模支模时要严格按照设计图纸，不能过高或过低，过高不能保证天沟深度，为屋面排水带来困难；过低则将出现索的预埋钢管嵌入天沟底板。边梁外模、底模、边模及天沟底板模安装完毕并经检查符合要求后，即可定出索孔位置。索孔位置用红十字线标明，并写上所属索号，以便安装钢管。待所有索孔位置都准确定位后，即可绑扎混凝土大梁内除隔板之外的钢筋。

4 索孔钢管制作及安装

4．1 钢管制作

主副索索孔留孔材料分别选用Ø76mm×3．75mm和Ø48mm×3．5mm普通焊接钢管。钢管在制作安装前要进行精确计算，考虑端部内凹孔留孔深度。下料时依据下料长度表逐一下料，用红色铅笔在钢管上写编号、所属索号及长度，以便识别分辨。钢管一端切口为直 角，另一端(安装时与边梁内侧模板贴紧)切割成45°.

焊接锚垫板时要注意将管中心与铁板孔中心对准，螺旋筋同时焊接固定在锚垫板—亡(见图4)。

4．2 钢管安装

在边梁内，主副索预埋钢管呈交叉布置，每根主管同时与2根副管在空间相交，每根副管也同时与2根主管相交。钢管按放线位置确定后。用钢筋井字架焊接在边梁上筋上，以固定其位置。端部用麻丝堵严，以防止浇混凝土时流进从浆。先安装主管，后安装副管，副管直接与主管焊接在一起。钢管安装固定完华后，制作文装预留孔模板。由于预留孔外侧面是不规则的四边形、制作有一定的难度。经考虑几种方案，最终选用水盒广的方法—)即用长度不限的l 80mm宽、l0Omm厚的木板订成截面为l 80mm×180mm的正方形长木盒，再逐一量测预留孔4条梭的长度，用锯准备下料。木盒子要与锚垫板严格垂直，盒内塞满水泥纸以防漏浆。木盒子用ø6短钢筋四面点焊在锚垫板和模板上，正下面托1根钢筋与边梁底筋或底模焊在一起(见图5)。

钢管安装过程中及女装完成后必须逐一对每根钢管的位置进行检查和校核，确保其准确无误。索孔定位及钢管安装位置准确性直接关系到索网形成后节点标高能否达到设计要求，在设计中、甲方及总包施工单位相关人员的密切合作下，使这一极其关键的工作得宜顺利完成、并经复核、满足设计要求。

5混凝土浇筑

索孔安装完毕后，即可绑扎隔板钢筋，立隔板模板，并经设计、质检部门作隐蔽工程验收合格后浇筑边梁及辅梁的混凝土。由于边梁为箱形梁，根据截面尺寸，先浇下部1200mm高的部分(包括隔板)；待这部分混凝土初凝后即可拆除其模板，然后再支顶板模板，再一次浇筑成型。浇筑顺序如图6所示，辅梁混凝土同时浇筑。混凝土为C50，添加减水剂。浇筑混凝土过程中应避免振捣棒直接接触钢管，以免使钢管位置产生偏移，并确保预埋钢管的畅通。当益板混凝土达到一定强度后，拆除边梁内外侧模板，清理端部孔道。

6 制索

6，1 钢索的防腐防火处理

以往悬索结构施工，对钢索的防腐处理较为复杂，需除锈、除油、包裹等，工期长、耗用人工量大。本工程简化了钢索防腐处理，钢索直接采用镀锌钢绞线，包覆厚度为1mm以上的高密度聚乙烯塑料套管。索网的防火处理，采用在索网上刚防火涂料的方法。并且在立柱及夹具上涂防火涂料。

为防止索孔段灌浆后水泥浆对钢索表面镀锌层产生腐蚀作用，在裸露钢索表面刷l层环氧树脂。

6。2 钢索的下料

钢索在下料前应抽样复验，内容包括外观、外形尺寸、σb、σ600等，并出具相应检验报告。钢锁采用砂轮切割机下料，为保证下料长度的准确性，采用定长下料的方法。在每束钢 钢锁上均用胶皮带牢固地粘上写有所属索号和长度的标签。以供穿束时对号入座。钢索的下料长度必须准确。不能过短或过长，并注意保护塑料套管。

下料前先要以索网初始态的曲线形状为基淮进行计算、下科长度应把理论长度加长至梁边，再加上张拉工作长度和施工误差等。 另外在下料的应实际放样，以校核下料长度是否准确。

悬索结构钢索一般在下料前要进行预张拉，本工程采用的低松弛钢绞线，系在张力下生产，经试验证明，不进行预张拉仍具有良好的线弹性，因此，实际施工不进行预张拉，直接 使用。

7 钢索安装及索网初步调整

7，1 钢索安装

在高空架设钢索是悬索结构施工中难度较大、并且很重要的工序。由土建施工单位用廖48mm×3．5mm的钢管搭设满堂脚手架，在边梁混凝土强度达到50％，并检查所有孔道均清理完毕后，即可挂束。先挂主索，后挂副索。主索依次从x40→x0l，副索从y01→y4l开始对称安装直到y2l索。挂索采用全人工用绳索拉的方法，按照在钢索上作的标记线将锚 具安装到位。用卸甲卡在主索上防止副索向中间下滑，使副索在水平投影方向上是一条直线，并确保主副索在投影方向保持正交，在张拉日才适时再对这些卸甲的位置进行调整，张拉结束后即可卸掉卸甲。

7．2 索网的调整

在所有主副索都安装完毕后，对照节点设计标高值对索网进行调整，使索网曲面初步成型，此即为初始态。

7．3 安装夹具及立柱

索网初步成型后，开始安装夹具及小立柱，顺序为先安装马道位置处的夹具(计207个)，再安装其它普通节点夹具及小立柱，所有夹具的螺母均不拧紧。待索网张拉完毕经验收合格后再拧紧。为防止夹具对钢索的外包塑料皮可能产生的损伤，在节点处副索外包裹1层1mm厚的铅板，随后安装剪刀撑(见图7)。间样，其与立柱连接的螺母待张拉结束后再拧紧。

8 索网张拉工艺

张拉是悬索屋盖结构施工的关键工序。通过张拉使各索内力和索网节点标高都达到设汁要求。只有在边梁混凝土强度达到100％以后守能进行张拉。由于是轻层盖，故不必将张拉与加屋面荷载交替进行。可以在主副索全部张拉完毕后。再铺设檩条和层面板及悬挂吊顶。

张拉工艺中，其关键键环节是张拉顺序、循环次数及张拉力的大小等。针对本工程悬索屋盖基本上具有双向轴对称的特点。张拉顺序原则定为先副索后主索。分别从中心向四周 依次进行，在两端各用1台张拉设备同步进行张拉。稳定索张拉用YCN-23型千斤顶，承重索张拉用YC-60型千斤顶，均配以高精度0.4级压力表。张拉顺序如图8所示。

为尽量使钢索及边缘构件均匀受力，张拉工作原计划分20％、50％、66％、80％、100％共5次循环，然后再进行数轮调整。张拉过程中同时控制内力和节点标高，按照设计人员的意图，张拉以应力控制为主，标高控制为辅。

张拉开始前测试所有标高控制点的标高，发现大部分节点的实际标高均低于设计值。经研究决定第1轮先张拉主索，后张拉副索。在每轮张拉结束后测读所有传感器读数，监测索网内力。实际张拉过程中，在第2轮张拉完成后通过分析内力测试数据，发现大部分副索的内力已达到或超过第3轮设计的拉力，故经设计同意，取消第3轮，直接张拉第4轮80％。最后一轮调整张拉时使用撑脚，张拉顺序为先拉主索，再拉副索。为消除锚具回缩的影响(每端约4mm)，调整张拉时微调的方法为张拉力到位后拧紧锚杯外面的大螺母。经过3轮张拉和2轮调整以后，将传感器的测试结果与设计提供的索内力进行比较，并由设计人员认可，达到设计要求，至此张拉结束。

张拉结束以后，逐一将所有节点的夹具、立柱上的剪刀撑拧紧。切断两端多余钢绞线，使其露出锚具不少于50mm。为保证在边缘构件内的孔道与钢绞线形成有粘结，改善锚具受力状况，要进行索孔灌浆和端头封裹。这两项工作一定要引起足够的重视，因为灌浆和封裹的质量直接影响到索网的防腐措施是否有效持久，从而影响到索网的安全与寿命。

灌浆之前，先将孔道两端作初步封闭，并严防索网颤动。灌浆用材料为425号普通硅酸盐水泥、饮用水、JM III 混凝土减水微膨胀外加剂，水灰比为0．37。灌浆设备为手动轻型压浆泵，每个孔道要一次连续灌完，直至泌水孔冒浆后方可停止。孔道低处为灌浆孔，高处为泌水孔。最后，用C30细石混凝土将端头与锚具封裹，以防锈蚀。

9 檀条加工和安装工艺

屋面擦条采用高200mm、厚1．6mm的内卷边槽钢钢擦条。为使索网受载均匀且与受力分析相对应，檩条架设在索网节点立柱上，通过角钢与之连接。

檩条步长为1.6m，长度采用实测的方法，即在索网张拉缩柬，立柱、剪刀撑部拧紧到位以后实际量测每根檩条的尺寸，标注在平面图上。依此进行加工生产、安装。

檩条安装完毕以后，铺设彩钢层面板。该分部工程由上海宝钢集团彩色钢板厂负责施工。主要质量指标是采用隐藏式卡扣固定彩钢板，现场轧制，整条安装，确保满足防水保温等建筑要求。屋面板及檩条与钢索连接牢固可靠，并具有令人满意的使用寿命。