多层框架结构预应力斜拉索施工工法

1多层框架结构预应力斜拉索施工工法(编号：SZJXGF13-2008)完成单位：中建三局第一建设工程有限责任公司深圳分公司主要完成人：刘洪海、李强、程锋、浦正锷、彭兴宇1．前言为了有效解决建筑物大开间、大空间的结构受力问题，减少环境污染，节省资源，提高工程效率，提高建筑物的质量和性能，充分发展和利用预应力成品钢索是建筑科技研究和推广的一个新课题。二OO七～二ΟΟ八年，中建三局第一建设工程有限公司所施工的万科中心工程在二层结构上采用了大量的预应力产成品斜拉钢索，解决了50ｍ跨度结构承力问题，节省了大量钢材和混凝土等材料，并且有效地改善提高了建筑物的抗震性能。2．工法特点多层框架结构预应力斜拉索施工工法具有以下特点:2.0.1钢索安装每根成品钢索都有一定的重量，在安装就位时要采取相应的措施：用特制的小车进行水平转运；搭设钢索就位的斜道；用卷扬机牵引钢索顺着斜道穿过其两端节点就位并安装固定；安装张拉的工装设备。2.0.2张拉分级设计及超张拉设计预应力钢索在结构体系中要承受非常大的荷载，在其张拉前需根据所采用的千斤顶进行张拉分级设计并分配每一级的张拉值，同时根据钢索的性能设计超张拉值。2.0.3钢索张拉用检测标定的千斤顶按张拉分级设计值对钢索分级进行张拉，每一级张拉持续时间为15～20分钟，达到张拉设计值后按超张拉设计值进行昀后超张拉。2.0.4钢索监测钢索的拉力采用智能索进行监测，每根智能索包括两根筋式光纤光栅应变传感器和一根筋式光纤光栅温度补偿传感器。将减敏FRP-OFBG智能复合筋布设到平行钢丝或钢绞线拉索，并锚固FRP筋的两端，在索力作用下，智能筋与平行钢丝的协同变形，光纤光栅传感器感知拉索应变，从而得到索力，并可以直接进行损伤分析。智能拉索具有量程大、整体成本低、系统集成容易、整体损伤与局部损伤同时监测等优点。2.0.5钢索的防腐预拉索采用防腐油脂＋发泡剂＋保护罩的防腐体系。2.0.6施工中的相互配合在施工前进行详细的技术交底，协调钢结构、混凝土结构工序与拉索工序施工：钢结构搭设的临时钢桁架支撑不能挡住长索的安装通道；钢支撑顶面距钢梁底面至少保证有2.1m的距离；拉索安装时，应确保筒体上节点已经制作完成。3．适用范围本工法适用于有预应力成品钢索结构的建（构）筑施工。4．工艺原理4.0.1采用混合框架+斜拉索的结构形式，传力路径明确。在连体结构的底层采用箱形钢梁和混凝土楼板，与斜拉索共同组成主要的竖向承载体系，上部采用比较经济的钢筋混凝土框架结构。4.0.2拉索是关键的竖向承载结构，采用成品索，索两端连接构造、拉索与其他构件的相交处2的构造合理可靠。4.0.3施工过程中的关键在于结构变形控制，控制钢结构、混凝土结构、索的协调变形，保证混凝土结构梁、柱在施工过程中主要承受自重，由整体变形产生的弯矩效应较小，避免开裂。4.0.4根据施工模拟的计算结果，确定索的拉力，张拉拉索时，按照拉索中张拉力进行主要控制。通过控制预应力张拉时间和张拉量控制、协调结构的竖向变形。4.0.5在整个施工过程中，尤其是拉索张拉过程中，需要监测拉索中的应力应变、二层钢结构起拱及下挠变形，根据监测结果可以对拉索张力等进行调整。5．施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程多层框架结构预应力斜拉索施工工艺流程材料进场材料检验设备标定拉索编号搭设脚手架*按照编号吊装短索、安装固定锚具，确保拉索锚具准确定位按照编号吊装长索、安装固定锚具，确保拉索锚具准确定位第一批张拉验算完毕，并审核通过第一阶段：安装前期准备第二阶段：安装拉索进行第一批张拉施工（张拉连接竖向落地构件的拉索）完毕第五阶段：拉索施工收尾锚具封端保护第三阶段：进行第一批张拉施工进行第二批张拉施工（张拉锚固于三层连接不落地框架柱的拉索）第二批张拉验算完毕，并审核通过第四阶段：第二批张拉施工3单根拉索的张拉程序如下张拉前准备→安装千斤顶→拉杆连接头拧入冷铸锚杯→张拉杆拧入接头→调节各部位的相应位置→施加预紧力（约5％张拉力）→检查并调整安装位置；记录初始值→分级张拉→与张拉同步拧紧锚具螺母并测量应力、应变值→验，与设计索力及结构变形值校核→外观检查→检验合格，拆除千斤顶、张拉杆，进入下一根拉索的张拉周期。5.2．操作要点5.2.1技术准备要点1．对所有钢索进行分类编号，并深化设计钢索加工图。2．对所有钢索的端节点分类编号进行深化设计，并绘制节点构件加工制作图。3．确定钢索的张拉顺序。4．根据钢索张拉值确定张拉分级以及超张拉值。5．制定验收标准。5.2.2安装前准备要点1．每根索采用小车运输的方法，按编号运输至靠近结构的塔吊周边。一般每根拉索昀少用3辆小车运输，小车昀小间距为3m。拉索装车前应加强拉索锚具保护，以防止运输过程中锚具螺丝被损坏。运输过程中，应确保小车同步运行，避免小车侧翻或拉索掉落小车。以下为小车设计大样图，车总高应小于500mm。小车运输拉索示意图地面搬运拉索上下车可采用吊装三角架，架子宽应大于2.0m，高2.0m，确保架子底下下能通小车，并预留足够操作空间。活动吊装三角架大样图如下：42．检查校核钢索两端节点的标高和轴线。3．核查每跨内的工况是否满足设计要求。4．安装的架体稳定性是否足够。5．对钢索以及千斤顶和工装设备进行安装前的验收。6．布设安装滑道，安装牵引钢索的卷扬机及钢丝绳。7．布置监测的工房及设备。5.2.3安装过程要点1．安装采用塔吊＋斜道法进行，利用平板小车将钢索转运至安装斜道处，用卷扬机钢丝绳顺滑道下放至钢索一端并将其固定，开动卷扬机牵引钢索至其节点处安装。如下图所示:3850385038503850385015200344501-31-41-51-61-71-81-91-101-111-21-1100004721104986981100001000010000100001000070002500混凝土墙体混凝土墙体45拉索安装施工段钢结构安装施工段施工方向（节点、主次梁、组合楼板施工）（必须先完成施工楼面的组合楼板才能开始安装拉索）123面往下穿索短索建议从楼拉索安装示意图3×20m带滑轮脚手架斜撑加固脚手架安装好后在楼面滑移3mm厚钢板做成直径800mm弧形滑道分段拼接，4m/段，升降承杆调节角度上脚手架搭设面积为20×20三角形，其中：前端10以下三角形区域以及上端10m以上10×10m三角形区域内：厚度3m，竖杆间距均为1m,水平杆间距为1.5m底部10×10范围内，厚度5m，且带斜撑，竖杆间距1m，水平杆间距1.5m。上脚手架共69个脚手架材料：上下各8个。拼装好一个筒体的4个后留作拉索安装，同时拼装下4个脚手架斜道，拉索安装好后拆除到下个筒体安装。下脚手架共69个厚度5m，竖杆和水平杆间距为1m脚手架斜道示意图2．在每个筒体墙或单片墙的顶部，应安装一个辅助钢架，主要用于安装牵引以及张拉吊装拉5索，架子高2.0m，钢架底部设预埋件锚固在砼体上，具体做法如下图示；墙顶部安装用钢架图3．部分拉索锚固在混凝土墙内，为了安装拉索并保证安装的准确性，拉索锚固端后的混凝土墙必须预留一定的施工操作空间，等拉索安装完毕后再封闭，等后封混凝土达到强度后方可张拉拉索。根据拉索安装要求，混凝土墙预留2×2m后浇区，并将该区部分普通钢筋切除，保证锚固区域有1.5×1.5m的净安装操作空间；另在混凝土墙上预埋3根型钢筋，如下图示。在二层或顶层进行安装时，由于安装临近区域多为开洞楼板，所以需要在相应区域搭设操作平台，尺寸约3×3m。6混凝土墙预留区布置图5.2.4钢索张拉要点拉索的张拉形式可分为两种：a.墙/柱端张拉，梁端锚固（上节点张拉）；b.梁端张拉，墙/柱端锚固（下节点张拉）。1.拉索张拉以梁跨为单元进行张拉，每梁跨内拉索需同时张拉，采用8台500T千斤顶同时进行张拉（个别拉索张拉索力超过500T的需用650T千斤顶张拉）。张拉前，张拉端位置需要搭设张拉施工操作脚手架平台，每个平台尺寸为地面3×3m。以下为整体8根索同时张拉示意图：整体张拉示意图2．张拉撑脚、拉杆与千斤顶的组合装置长度至少达1.8m，由此要求下节点脚手架平台距钢梁底距离应控制在2.1m以上（因拉索角度不同，垂直距离也不一样）；上节点张拉施工可利用安装拉索时用的钢架进行张拉。上节点、下节点及单边墙张拉操作示意图如下：7上、下节点张拉示意图3．张拉前需加工制作好配套的张拉工装系统。张拉工装系统主要由：千斤顶、撑脚、拉杆及拉杆接头等构件组成。该过程使用工装系统如下图示：由于有3种规格拉索，所以采用同样个拉杆以及撑脚仍需增加一些转换配件。8千斤顶撑脚拉杆锚垫板锚杯锚螺母锚螺母外径螺距和长度根据拉力要求确定牙纹要能承担8000KN牙纹要能承担8000KN螺距和长度根据拉力要求确定与锚杯螺纹360×18一致BB要求：2、外光圆，内光圆，车T型牙，烧焊，淬火等加工工序。1、45号钢。撑脚剖面图AA操作孔拉杆螺帽操作孔拉杆拉杆接头张拉系统装配剖面图1）张拉前应检查并清楚锚垫板上的钢渣、混凝土渣、油污及其它不属于结构部分的任何物质。检查冷铸锚头内外螺牙是否保持完好。如有变形、堵塞、划伤等缺陷，需进行修复；2）检查、调试张拉设备的完好状态，如电源的安装、油表的校验、千斤顶的标定和检验等；3）张拉计算资料的准备，如张拉次数，每次张拉的力值，换算的油表读数，拉索的理论延伸量等5.2.5施工监测要点1．施工监测内容主要包括：拉索的拉力、首层结构梁的应力、首层结构起拱或下挠变形、筒体或落地墙的张拉变位。2．监测结果将指导对拉索张力的调整，对保证结构安全具重要的意义。3．传感器及测量仪器：布设智能索、光纤光栅应变传感器、电阻应变传感器、光纤光栅温度补偿传感器和加速度传感器等六种传感器。另外，监测施工阶段的结构变形采用全站仪。4．监控系统流程9监控系统流程图5．索应力测量需要采用应变测量换算得到。测定拉索预加索力的大小、重要钢构件的应力变化情况。拉索索力监测用两种方法：在所有索的锚固端铸钢节点处布置电阻应变传感器，铸钢节点的侧面直接承受拉索锚固端施加的压力，压力的大小可以反应拉索拉力的大小情况。该种方法主要对施工阶段的索力进行全面的监测；在拉索上布置智能索的方法。筋式光纤光栅智能拉索传感器的具体布设方案图传感器子系统中心服务器:数据采集预处理显示存储模态分析界限报警数据管理远程维护监控中心现场实时施工安全评定10承压面（锚固端）应变传感器布置示意图6．建筑结构的自重及施工荷载完全由首层结构及拉索承担，所以对首层结构(主要指钢梁)的应力监测至关重要。结构上的应变传感器采用光线光栅应变传感器。结构施工变形采用全站仪间断性对施工变形进行监测(一天一次或几天一次)。全站仪棱镜的布设位置为长索的张拉上锚固点和索的张拉下锚固点。7．依据测量得到的结构响应信号，可以对施工过程中服役状态进行健康诊断。基于监测得到的结构局部应变响应及其统计特性，依据材料强度限值，判断结构构件的工作状态。另外，基于监测得到的结构加速度响应信号，依据规范规定的舒适度标准，可以判断结构的舒适度状态（其中部分永久性传感，可用于索的拉力，关键部位构件的应力应变进行监测）。5.2.6拉索的防腐要点拉索采用防腐油脂＋发泡剂＋保护罩的防腐体系。各类节点的防腐构造做法详见下图：锚杯螺母半球形调偏垫板锚杯发泡剂锚杯保护罩油脂116．材料与设备6.1材料与机具设备预应力拉索施工的主要施工机械设备如下表：设备名称型号备注五十铃客货两用车1.5吨施工设备、锚具和施工辅材的运输卷扬机10T用于拉索安装小车1.5T用于拉索搬运轨道用于设备搬运支撑用于拉索安装葫芦3～10T用于拉索安装、张拉油泵用于张拉作业、型号根据设计索国确定千斤顶用于拉索张拉、型号根据设计索国确定千斤顶用于拉索张拉、型号根据设计索国确定千斤顶用于拉索张拉、型号根据设计索国确定挤压机JY－45挤压锚的制作大型扳手拉索螺母及钢棒套筒拧紧对讲机安装、张拉预应力张拉设备在使用前，应送检验机构采用顶顶机的方式，对千斤顶和油表进行配套标定，并且在张拉前要试运行，保证设备处于完好状态。6.2劳动力工序技术工人数普通工人数运输520安装1540脚手架