大跨度预应力钢结构施工质量控制

王育晋

(山西协诚建设工程项目管理公司，山西太原 030009)

1 工程概况

山西体育中心体育馆，是一个可以举办国际单项赛事和国内综合赛事的大型甲级体育建筑。建筑面积:2.7万m2;建筑高度:30 m;比赛场屋面结构形式为:大跨度多重弦支网壳钢结构，主要由7榀主索桁架、6榀次索桁架及其他钢构件组成;主索由265根φ5钢丝束组成，次索由109根φ5钢丝束组成;比赛场跨度67.2 m～87.7 m，多重弦支网壳钢结构预应力张拉施工，是整个工程施工的难点和重点，现将施工质量控制基本情况介绍如下供大家参考。

2 施工难点及对策

2.1 预应力张拉顺序

理论上说，全部预应力主、次索采取同步张拉的施工方法，索力及主桁架、竖向变形，支座水平变形易达到理想状态，但采取这一张拉方法，需配备大量的张拉工装设备及管理和操作人员，且指挥协调难度极大。

通过分析论证本工程采取了先对称两两同步张拉预应力主索，再对称两两同步张拉预应力次索的张拉顺序。即:1)依次张拉③轴，○15轴;⑤轴，○13轴;⑦轴，○11轴;⑨轴;预应力主索。2) 预应力主索张拉完成后，依次同步张拉②轴，○14轴;⑥轴，○12轴;⑦轴，⑩轴预应力次索的施工顺序，具体见图1。

2.2 索力及变形的控制

索力及变形是指，对钢索施加预应力后桁架及支座的变形，即跨中竖向位移、支座水平位移。两者必须匹配(符合设计规定)，如果不匹配索力超标，变形过大将导致悲剧性事故发生，通过大型有限元分析软件(ANSYS)对工况进行分析，给出了施工理论拉力值(方案)具体见表1。确定了控制原则:以索力控制为主，变形位移控制为辅，变形作为控制张拉过程的参考。并在过程中进行严格监控，及时与有关方沟通。

图1 体育馆预应力主、次索示意图

2.3 张拉对其他结构的影响

本工程施工顺序应为，主桁架预应力张拉完成后，方可进行与主桁架相连的两侧鱼腹式桁架安装，但由于工期的原因，须提前进行主桁架两侧鱼腹式桁架安装施工。这就可能由于预应力张拉引起支座位移，而导致鱼腹式桁架产生附加应力而影响结构安全。经分析研究确定采取以下措施:鱼腹式桁架一端支座固定，另一端与主桁架相连支座变成临时活动支座，待预应力施工完成后进行焊接固定。

3 预应力张拉施工及质量控制

3.1 预应力张拉准备

1)预应力张拉施工方案编制的成败，是预应力张拉的关键工作。为此首先按有关规定、程序对施工方案组织有关专家进行论证、审批。2)预应力张拉施工监控。预应力索张拉过程中，按照监控方案选取有代表性的三榀主桁架进行了监控，并与施工油压表换算预应力张拉值进行比对，判定误差满足要求(－2%～5%)。3)对张拉工器具特别是油压表的标定进行检查验收。

3.2 预应力张拉

预应力索设计张拉力，主索:1 294 kN;次索:582 kN。张拉力分8级进行，第一级为设计值的30%，余下各级为10%，各级实际张拉力与设计张拉力误差+5%～－2%。应用大型有限元分析软件ANSYS对施工工况分析，给出了各索施工理论(方案)张拉力及变形值，见表1。张拉过程分五级:0%→25%→50%→70%→90%→100%(按施工张拉索力)第五级张拉完成后，考虑到锚固预应力损失，在理论施工张拉力的基础上，超张拉至105%。施工理论(方案)张拉力与实际张力见表1。预应力张拉全过程对主桁架跨中竖向位移，支座水平位移，用全站仪进行动态监测，见表2。为了核实张力值由第三方监测单位，按照提前制定的监测方案，抽取有代表性的三榀主桁架进行监测，见表1。

表1 主、次索方案索力及最终张拉索力值表kN

表2 主、次索预应力张拉最终位移值表 mm

4 预应力张拉情况及分析

1)最终张拉索力符合设计要求，偏差在允许范围内(－2% ～+5%);

2)主桁架竖向位移、水平位移，比方案理论值大，桁架中心竖向位移在20 mm以内;支座水平位移在5 mm以内;

3)根据最终索力值、位移值，进行了模型数据分析。预应力张拉完成后的结构受力状态较理想，基本符合施工方案提交的分析依据。结论:体育馆弦支网壳预应力张拉符合设计要求，结构安全。