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1、在廈門國際會展二期工程中張弦梁結(jié)構(gòu)施工的動態(tài)控制 　　摘要：本文通過張弦梁結(jié)構(gòu)形式介紹，對張弦梁吊裝、張弦梁預(yù)應(yīng)力張拉、張弦梁配重灌漿、張弦梁施工過程所采用的動態(tài)控制措施來闡述在廈門國際會展中心二期工程張弦梁鋼結(jié)構(gòu)施工中監(jiān)理的監(jiān)控要點，力求加大主動控制在控制過程中的比例，同時進(jìn)行定期、連續(xù)的被動控制。 　　關(guān)鍵詞：動態(tài)控制、監(jiān)控要點、張弦梁、預(yù)應(yīng)力、鋼結(jié)構(gòu)、屋蓋、灌漿 　　前言：動態(tài)控制是主動控制與被動控制相結(jié)合根據(jù)控制系統(tǒng)本身的狀態(tài)和外部環(huán)境變化的一種控制形態(tài)，通常適用于工期緊、施工難度大、不確定因素多、質(zhì)量要求高的工程項目中。 　　張弦梁結(jié)構(gòu)最早是由日本大學(xué)M.SAITOH教授

2、提出，它是一種區(qū)別于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新型雜交屋蓋體系，張弦梁結(jié)構(gòu)是一種由剛性構(gòu)件上弦、柔性拉索、中間連以撐桿形成的混合結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)組成是一種新型自平衡預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)體系。張弦梁結(jié)構(gòu)體系簡單、受力明確、結(jié)構(gòu)形式多樣、充分發(fā)揮了剛?cè)醿煞N材料的優(yōu)勢。張弦梁結(jié)構(gòu)體系在我國最早應(yīng)用于上海浦東國際機(jī)場，后多應(yīng)用于大型場館屋蓋結(jié)構(gòu)中，廈門國際會展二期工程屋面張弦梁鋼結(jié)構(gòu)是此種結(jié)構(gòu)體系在福建省的首次應(yīng)用。 　　1、概述 　　廈門國際會展中心二期工程鋼屋蓋結(jié)構(gòu)由45米及81米跨張弦梁和屋面梁組成，張弦梁采用箱形梁，81m跨張弦梁WJ1截面為□12006002035，45m跨張弦梁WJ1截面為□900600203

3、0。WJ1張弦梁的拉索為φ7151，撐桿為φ24516，WJ2張弦梁的拉索為φ5139，撐桿為φ16810，撐桿上端與張弦梁下翼緣鉸接，下段與鋼球節(jié)點鉸接將拉索固定，張弦梁結(jié)構(gòu)示意如下圖。 　　2、針對張弦梁結(jié)構(gòu)工程的主要技術(shù)特點提前預(yù)控 　　2.1主動控制內(nèi)容：企業(yè)資質(zhì)、人員資格、施工方案、材料制作工廠考察、吊裝設(shè)備選用考察、第三方檢測實驗室審查、施工現(xiàn)場勘測資料審查現(xiàn)場復(fù)查、反復(fù)斟酌專家論證會議紀(jì)要，制定監(jiān)理實施細(xì)則。 　　2.2張弦梁配重施工工藝及時機(jī)確定做到提前預(yù)控 　　因為本工程為大型公共建筑，根據(jù)幾次專家論證會的意見，全面提高結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級，為防止在特定臺風(fēng)等狀態(tài)下屋面結(jié)

4、構(gòu)反拱造成預(yù)應(yīng)力拉索失效，需增加張弦梁自身重量，提前預(yù)控綜合考慮經(jīng)濟(jì)、施工等因素，采用在箱形梁內(nèi)填充配重材料增加自重。配重材料、施工時機(jī)、施工工藝的選擇是本工程張弦梁施工的一大特點。 　　2.3根據(jù)拉索張拉時機(jī)提前確定張拉荷載系數(shù) 　　本工程有三種張拉時機(jī)，張弦梁安裝后、上弦梁填充配重之前進(jìn)行拉索張拉；在上弦梁填充配重之后、安裝檁條和屋面板之前進(jìn)行張拉；在安裝檁條和屋面板后進(jìn)行張拉。 　　2.4單榀張弦梁張拉時的結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定性 　　張拉梁的上弦為單根箱型構(gòu)件，其剛度較小，特別是平面外剛度更小，如WJ1上弦的平面外長細(xì)比為328，WJ2的為185。當(dāng)拉索張拉時，上弦不僅受到向上的等效荷

5、載，而且受到軸向等效壓力，上弦成為一個壓彎構(gòu)件。當(dāng)張弦梁平面外無側(cè)向支撐時，拉索張拉可能導(dǎo)致張弦梁平面外失穩(wěn)。 　　2.5張弦梁鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測 　　為確保施工安全，本工程預(yù)應(yīng)力張拉前后及灌漿48小時后鋼箱梁軸向受力的應(yīng)變監(jiān)測。 　　3、會展二期工程張弦梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù) 　　3.1、綜合施工方案選擇 　　根據(jù)本工程的具體特點，采用張弦梁分吊裝就位、高空拼裝成型后進(jìn)行拉索提升張拉，最后進(jìn)行灌漿的總體方案。 　　張弦梁分為兩大相互獨立鋼結(jié)構(gòu)吊裝區(qū)域，互不影響，每區(qū)逐榀安裝。第一區(qū)選用100t履帶吊分三段在跨內(nèi)吊裝；第二區(qū)域選用300t履帶吊分兩段進(jìn)行跨外吊裝。每榀張弦梁分段處下面均

6、設(shè)置胎架（臨時支撐架），胎架采用四肢格構(gòu)柱，主肢選用I10工字鋼，綴條選用L635角鋼，綴板選用I10工字鋼，胎架在每榀張弦梁張拉完成后方可拆除。 　　 　　跨內(nèi)吊裝示意圖 　　 　　跨外吊裝示意圖 　　3.2主動控制仿真模擬計算，嚴(yán)格控制施工工藝 　　對張弦梁建模并運用計算機(jī)仿真模擬技術(shù)，對施工施工工程中各種工況下構(gòu)件及胎架的安全全過程模擬計算分析，根據(jù)計算分析結(jié)果，制訂科學(xué)的施工方案嚴(yán)格并控制施工工藝。選取WJ1最長的一段吊裝過程驗算為例，對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移進(jìn)行計算，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力圖如圖所示： 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　吊

7、裝過程中上弦分段應(yīng)力分布圖吊裝過程中上弦豎向位移圖 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　吊機(jī)松鉤后上弦分段應(yīng)力分布圖吊機(jī)松鉤后上弦豎向位移圖 　　由WJ1結(jié)構(gòu)吊裝段的位移和應(yīng)力圖可得：吊裝過程中上弦分段的跨中最大豎向位移為-13mm，最大應(yīng)力為17MPa；吊機(jī)松鉤后上弦分段的跨中最大豎向位移為-20mm，最大應(yīng)力為24MPa，滿足施工安全要求。 　　3.3拉索張拉時機(jī)的確定 　　根據(jù)本工程理論上的三種張拉時機(jī)（張弦梁安裝后上弦梁灌漿之前張拉；上弦梁灌漿之后檁條和屋面板安裝前張拉；檁條和屋面板安裝后張拉），從總體施工組織、加快施工周期、減小拉索張拉

8、的難度等因素綜合比較，最終確定采用張弦梁安裝后，在上弦梁灌漿之前，進(jìn)行拉索張拉。張拉后拆除胎架，再進(jìn)行上弦灌漿等下道工序。 　　3.4單榀張弦梁張拉時的結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定性控制 　　如前所述張拉梁的上弦平面外剛度小，拉索張拉可能導(dǎo)致張弦梁平面外失穩(wěn)，因此在進(jìn)行拉索張拉前需采取有效措施保證張拉時張弦梁平面外穩(wěn)定。經(jīng)多次討論研究，最終采用具體措施為：首次采用雙榀張拉，后續(xù)采用單榀依次張拉；首次張拉時需在至少4榀張弦梁安裝完成、連接好連系梁后進(jìn)行首兩榀拉索同時張拉；后續(xù)待張拉的張弦梁確保與兩側(cè)的不少于2榀張弦梁（鋼筋砼屋面梁）之間的連接系桿和水平支撐安裝完成后再進(jìn)行張拉；張拉過程采用四級逐步加力張拉

9、的施工工藝；在張拉過程中進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測。在多項措施的保證下確保了施工安全。 　　3.5依次張拉過程中相鄰張弦梁索力的相互影響 　　本工程相鄰張弦梁是通過縱向連系梁連接，而縱向連系梁通過高強(qiáng)螺栓與張弦梁連接，縱向連系梁端部的轉(zhuǎn)動剛度會導(dǎo)致張弦梁依次張拉過程中相鄰張弦梁的索力有一定的相互影響。為減小這種不利的影響，采取張拉前采用普通螺栓臨時固定、張拉后更換為高強(qiáng)螺栓的措施盡量使其連接成為鉸接，減小張拉階段縱向連系梁端部的轉(zhuǎn)動剛度，從而避免相鄰張弦梁索力的相互影響。 　　3.6張弦梁配重灌漿施工工藝 　　本工程張弦梁的鋼箱梁內(nèi)配重原設(shè)計采用滿灌砂卵石，箱內(nèi)每4.5m有一隔板，制作過程中還需

10、要設(shè)置構(gòu)造隔板，因砂卵石的流動性很差，較難保證砂卵石在箱梁內(nèi)的均勻性及飽滿性，施工周期長且砂卵石容易造成鋼構(gòu)件的腐蝕。 　　為此參建各方進(jìn)行了長達(dá)2個月的試驗研究、模擬驗算及現(xiàn)場1:1試驗，最終決定灌注流動性更好的輕質(zhì)水泥砂漿來滿足屋面配重的要求，采用泵送自流輕質(zhì)水泥砂漿重力灌漿的施工工藝進(jìn)行施工。81m跨張弦梁分三段進(jìn)行灌漿，27m位置設(shè)置封閉性豎向隔板，灌注順序為先兩邊后中間。45m跨張弦梁分兩段進(jìn)行壓漿，跨中位置設(shè)置封閉性豎向隔板，為保證灌漿施工過程中結(jié)構(gòu)的均勻受力，兩段灌漿同時進(jìn)行，每個灌漿分段由高向低灌漿，灌漿在拉索張拉完畢、胎架拆除之后進(jìn)行。 　　為了保證配重滿足設(shè)計要求，在現(xiàn)

11、場地面進(jìn)行1:1張弦梁模型灌漿試驗，最終確定了特種骨料＋外加劑＋引氣劑的配比設(shè)計，滿足砂漿比重達(dá)到不大于18KN/m3的比重要求。砂漿在專業(yè)攪拌站制作并運輸?shù)浆F(xiàn)場，通過泵送到高空灌漿口進(jìn)行灌漿，當(dāng)排氣孔流出砂漿時視砂漿灌注結(jié)束。 　　灌漿施工過程主要控制點為砂漿飽滿度、撐桿垂直度、張弦梁位移量、支座位移量、索夾緊固。 　　3.7鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場應(yīng)力應(yīng)變檢測 　　由于本次監(jiān)測周期較長，因此在鋼箱梁上焊接振弦式應(yīng)變計以長期監(jiān)測其應(yīng)變變化情況，現(xiàn)場選取了81m、45m跨各一榀鋼梁進(jìn)行張拉前后及灌漿48小時后的應(yīng)變監(jiān)測。為了解灌漿后梁側(cè)變形情況，在I區(qū)選取了3榀81m跨鋼梁、IV區(qū)選取了2榀45m跨鋼

12、梁，采用在梁左、右兩側(cè)安裝百分表及應(yīng)變計進(jìn)行監(jiān)測。 　　鋼梁應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果（IV區(qū)J、35～40軸、45m跨）實例 　　位置 初讀數(shù)（） 　　100％張拉力（） 　　灌漿后48小時（） 　　 　　斷面1 梁頂面 0 51 -73 　　 梁底面 0 -131 -163 　　斷面2 梁頂面 0 72 -21 　　 梁左側(cè) 0 3 -13 　　 梁右側(cè) 0 8 29 　　 梁底面 0 -38 -104 　　斷面3 梁頂面 0 171 -217 　　 梁左側(cè) 0 110 91 　　 梁右側(cè) 0 -54 -183 　　 梁底面 0 -70 -45 　　注：應(yīng)變受拉為正，受壓

13、為負(fù)。 　　4、會展二期工程張弦梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)主要質(zhì)量控制點及實施效果 　　4.1、臨時胎架措施： 　　臨時胎架直接關(guān)系著本工程的施工安全及安裝質(zhì)量，胎架施工前對各種施工工況下胎架的安全行經(jīng)過嚴(yán)格的模擬計算，施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)計要求施工，施工完經(jīng)后經(jīng)驗收完成后方可使用，施工過程中未發(fā)現(xiàn)胎架變形。。 　　4.2橡膠支座的安裝： 　　主要通過全站儀控制橡膠支座的標(biāo)高偏差，縱向偏差，橫向偏差，保證各種數(shù)據(jù)在允許偏差的控制范圍內(nèi)，為張弦梁順利安裝提供了必要條件。 　　4.3張弦梁分段吊裝及焊接質(zhì)量控制 　　張弦梁分段選用四點和兩點起吊，在張弦梁上翼緣焊接吊裝吊耳（由工廠焊接），對口部位

14、焊接工裝件。當(dāng)張弦梁起吊離開地面約1.5m后，將拉索撐桿組裝到張弦梁上，與張弦梁一起吊裝就位，就位后根據(jù)柱頂和胎架頂部的測量定位軸線及時找正，支座與張弦梁底板臨時固定，接口部位與胎架臨時固定，進(jìn)行對接口焊接。為了保證對口焊接質(zhì)量，高空每個張弦梁焊接口都設(shè)置防風(fēng)、防雨棚，現(xiàn)場焊縫通過多方檢測均滿足要求。 　　4.4拉索安裝質(zhì)量控制 　　本工程張拉過程采用雙控索力控制和張弦梁位移控制，根據(jù)計算分析結(jié)果，嚴(yán)格控制張拉施工工藝，如：控制張弦梁的起拱和中心線偏差，控制拉索固定點位置，張拉過程中控制索力和構(gòu)件變形（反拱值），保證撐桿垂直于大地，保證拉索施工質(zhì)量。張拉過程主要控制點為張拉力、張弦梁起拱值、支座位移量，張拉之后再次對索夾進(jìn)行緊固。張拉過程中檢測結(jié)果均滿足要求。 　　4.5、防火涂料的刷涂 　　防火涂料在現(xiàn)場進(jìn)行高空刷涂，主要的質(zhì)量控制點有：防火涂料質(zhì)量、防火涂料與中間漆（環(huán)氧云鐵）相容性、防火涂層干膜厚度、涂層觀感質(zhì)量等。省檢現(xiàn)場取樣等各種檢測均符合要求。 　　5、總結(jié) 　　該工程于2008年3月1日開工、2008年8月27日交付布展，實際工期180天，張弦梁工程順利按期保質(zhì)完成，為總工期的實現(xiàn)提供了必要條件，為2008年9月8日開幕的“中國第十二屆經(jīng)貿(mào)洽談會”的勝利召開奠定了堅實的基礎(chǔ)。本工程鋼結(jié)構(gòu)2008年順利通過建設(shè)部“鋼結(jié)構(gòu)金獎”評審。