钢结构预应力施工的发展与创新.pdf

2 0 0 2 年1 1 月施工技术篁!童篁!丝!竺!竺!竺!钢结构预应力施工的发展与创新杨宗放，郭正兴(东南大学土木工程学院，江苏南京2 1 0 0 9 6)摘要 近几年来，现代预应力技术与钢结构相结合，创造出多种空间钢结构新形式和新体系。其中，施加预应力方式、预应力钢索与锚固体系、预应力张拉设备等都得到发展与创新。e 关键词1 钢结构；预应力拉索；锚固体系；张拉设备；发展【中圈分类号 T U 7 5 81 1；T u 7 5 71【文献标识码 A【文章编号 1 0 0 2 8 4 9 8(2 0 0 2)1 1-0 0 0 1-0 3D e v e l o p m e n ta n dI n n o v a t i o ni nC o n s t r u c t i o no fP r e s t r e s s e dS t e e lS t r u c t u r eY A N GZ o n g f a n g，G U OZ h e n g x i n g(C o l l e g eo f C i v i lE n g m e e n w，S o u t h e a s tU n i v e r s i t y，N a n j i n g，J i a n g s u2 1 0 0 9 6，C h i n a)A b s t r a c t：T h ec o m b i n a t i o no fm o d e r np r e s h m s st e c h n o l o g ya n ds t e e ls t i e t u r eh a sb r m l 曲ta b o u tm a n yH e ws t e e ls t r u c t u r es y s t e m si nr e e e n ty e a r sT h e r ea r eg r e a td e v e l o p m e n ta n di n n o v a t i o ni nm e t h o do fs t r e t c h i n g，a n c h o r a g es y s t e m，p r e s t r e s s i n gc a b l e，s t r e t c h i n ge q u i p m e n ta n ds oo n K e yw o r d s：s t e e ls t i a l e t u r e；p r e s t r e s s i n gc a b l e；a n c h o r a g es y s t e m；s t r e t c h i n ge q u i p m e n t；d e v e l o p m e n t加世纪9 0 年代以后，我国大跨度公共建筑兴建较多，预应力技术在钢结构中得到新的应用，创造出多种空问钢结构新体系，如预应力网架与网壳、索网、索膜、索桁架、斜拉体系等，充分发挥预应力索作为受拉杆件的强度潜力，结构轻盈，时代感强。预应力施工技术也在上述钢结构中得到发展与创新。1 施加预应力方式1 1 直接张拉方式采用张拉设备直接张拉预应力筋与拉索是最常用的张拉方式。几种典型的结构新体系如图1 4 所示，结合钢索，锚具与张拉设备也得到了相应开发。3，l J l 52 恫绞线圈1 首都国际机场中央大厅囊应力铜架圈2 中山大掌珠海校区风雨球场素拱站构I 髓水馆W 柱主馆次桁槊f与而H j J。叫圈3 京圳游泳院木馆多桅杆斜拉桁架噩蓝铸锕支座节龃田4 广州际盒晨中心张弦式钢桁槊蜃盖1 2 整体下压方式利用屋盖桁架等整体下压在钢索上，使钢索受到横向压力而建立预应力的一种张拉方式。例如安徽体育馆(见图5)、上海杨浦体育馆、潮州体育馆等屋盖采用索桁架结构体系，利用钢桁架整体下压在悬索上，对悬索施加横向预应力，达到悬索支承桁架、桁架稳定悬索，形成空间索桁结构。浙江义乌体育馆看台挑篷(见图6)等利用谷索下压使膜材建立 收稿日期 2 0 0 2-0 9 2 0【作者筒介】扬宗艟(1 9 2 9 一)。男，浙扛黄岩人，东南大学土木工程学靛教授。南京匾苍卫2 1 0 0 9 6，电话：[phone] 万方数据2施工技术第3 1 卷宰斗2 2 Q 业J：!学圈5 安徽省体育馆素桁架屋盖结构田6 浙江义乌体育场索膜篷盖预应力，也属于这种方式。1 3 整体顶升方式利用支承柱等整体顶升索膜顶盖，使索膜受拉而建立预应力的一种张拉方式。例如深圳欢乐谷中心剧场索膜穹顶、秦皇岛体育馆双层索膜结构等。深圳欢乐谷中心剧场索膜穹顶(见图7)平面呈圆形，钢柱、钢拱架和外拉索的支座分别位于直径6 3 m、8 6 m 和9 8 m 的同心圆上。膜体内边缘依附在中心环上，外边缘连接在钢拱架上。整个体系由脊谷式膜单元组成，脊索和谷索相闻布置形成膜体的支撑和起伏。中环由1 5 根吊索悬挂在柱顶，转换成3 0 根外拉索拉向外锚座。该体系钢柱中节点是柱与脊索的连接点，创造性采用浮动环，使内外脊索自相平衡，柱不承受弯矩。利用柱脚处设置千斤顶顶升钢柱，对整个体系施加预应力。絮艄蛰6 0 0 0【n 5 0 9 1 6 9 06 3 0 0 0田7 深圳欢乐答中心剧场素囊穹璜秦皇岛体育馆平面呈椭圆形，1 1 2 m x9 8 m(见图8)。两侧部分由钢桁架支承的压型钢板组成，中间部分采用立体格构式拱和索膜组成。顶升格构式拱，使双层索膜同时施加预应力。1 4 张拉成型方式通过张拉预应力筋，使整个屋盖结构起拱成型的一种方式。例如澳门机场飞机库、广州机场飞机库立体格构拱圈8 不量岛体育馆等，这种施工方法无需起重设备，技术新颖，成本低。广州白云机场飞机库的屋盖跨度为5 0 m(见图9)，采用预应力钢拱结构。该结构就地整体拼装后，利用每节下弦杆中部设置可伸缩的钢套管，在张拉过程中下弦杆缩短，腹杆产生转动而向上顶起。上弦杆弯曲变形，逐渐形成钢拱屋盖。柱脚一端固定，另一端滑移就位。圈9 广州白云机场飞机牟预应力钢拱结构2 预应力索的布置与张拉力2 1 预应力索的布置方式在空间钢结构中，预应力索布置的原则为：在预应力的作用下，结构具有最多数量的卸载杆，最少数量的增载杆，以最大限度地发挥高强度钢索的承载力。柔性空间结构(张力结构)的刚度由预应力提供。索系的布置与相应的预应力应满足结构几何形状的要求。2 2 预应力索的张拉力预应力索的张拉力，应根据钢结构特点、荷载、体形、钢索布置等确定。对体内布置的钢索。张拉应力可取O 6 一o 0。对体外索、下弦拉索、斜拉索等，设计索力通常为破断索力的0 2 0 4。对索桁架，钢索只能承受轴向拉力。在最不利荷载作用下，索单元中不允许出现压力，一般应保留一定的拉力值，以确保索桁架正常工作。在空间结构中，张拉力的大小与张拉顺序对结构变形很敏感，有时需要由变形限值控制。采用计算机模拟施工阶段分析，可合理确定张拉顺序与分批拉力。，紊 万方数据杨宗放等：钢结构预应力施工的发展与创新近几年开发的多次预应力，每增加一次恒载施加一次预应力。这样，可以将作用于基本结构的荷载引起的内力最大限度地转移到钢索上，获得最大的经济效果。3 预应力钢索与锚固体系开发对体内布置的预应力钢索(见图1)，通常采用钢绞线夹片锚固体系，对内埋式固定端可采用挤压锚具。锚固端可采用半球形钢壳或加劲肋加强。近几年来，结合工程需要，开发出以下预应力拉索与锚固新体系：(1)轻型钢丝拉索体系如图2 索拱结构的水平索与下弦索。该体系由钢丝束镦头锚、调节螺杆、带耳板的索头组成，钢丝束涂防腐油脂裹麻布各2道，外套钢管刷防锈漆。(2)重型钢丝拉索体系如图4 张弦式桁架的拉索。该体系由平行扭绞镀锌钢丝、带螺母的冷铸锚具、黑色高密度聚乙烯内层护套与淡灰色高密度聚乙烯外层护套制成，工厂生产、商品化供应。对一般钢丝拉索体系，也可改用热铸锚；对两端为铰支座的情况，可通过耳板与锁紧螺杆用轴销连接。(3)单根钢绞线拉索体系如索网结构的上下弦拉索。该体系由大直径(2 5 9)铝包钢绞线与冷压接螺杆锚具组成。铝包钢绞线表面发亮、裸露使用。(4)钢绞线群锚拉索体系如图2 索拱结构的主索与斜索。该体系由钢绞线、涂防腐油脂外包高密度聚乙烯护套、整束外套钢管组成。为使拉索下端与铰支座连接，配有挤压锚锚杯与耳板索头。张拉端穿过柱头，采用拉索专用夹片锚，并有防松装置。浙江黄龙体育馆斜拉索采用镀锌钢绞线、涂油涂塑和外包H D P E 防护套管等多层次防腐蚀措施。(5)钢棒拉索体系如图3 斜拉桁架的拉索。该体系由进口的马卡络圆钢棒、两蛸耳板、锥形锁紧螺母与调节套筒等组成，也可用多节组成，使用方便，最大拉力可达1 2 0 0 k N。4 预应力张拉设备开发对预应力钢索锚固在钢结构端部或混凝土支承结构上，可采用常规的单根张拉千斤顶或群锚千斤顶。对预应力钢索的两端安装在铰支座的轴销上的情况，开发出以下专用张拉设备：(1)倒链+传感器测力用于图2 的水平索与下弦索与图6 的谷索张拉，拉力不大于5 0 k N。(2)测力扳手用于广州新体育馆预应力张拉支撑，拉力不大于4 0 k N。(3)大扭矩液压扳手用于浦东机场大跨度张弦桁架的下弦拉索。(4)专用张拉装置因钢丝拉索两端锚具间的距离不可变，专门设计了一种可调节的双螺杆螺母支架安装在铰支座上，接长张拉端的2 根螺杆并安装传力架，利用2 台千斤顶张拉，拧螺母锁紧钢索。对张拉索力较小的拉索，可采用如图l O 所示的拉索张拉装置，已用于长春会展中心展厅拉索张拉。罐虱鸷圈l Os 器、5 6 1 型拉索张拉装置示意(5)专用四缸千斤顶用于图3 的斜拉索及上海新博览中心展厅支撑张拉，拉力可达1 2 0 0 k N。张拉后用卡链式扳手将调节套筒锁紧。5 结语为推动预应力钢结构与空间结构的发展，在预应力施工方面还需要完善与创新。例如：改进现有的拉索构造，便于商品化生产与现场施工；研制拉索系列张拉设备，轻便实用；探讨多次预应力与施加预应力值优化，以及研究新的预应力施工方法等。一一封面介绍一华胤钢结构工程有限公司是一家成立于1 9 9 4 年的外商独资企业，总部设在上海，专业从事预制钢结构建筑系统的设计、制造、施工及相关产品的供应。华胤公司高层管理团队均拥有多年国际知名钢结构企业的设计、生产及工程管理经验；公司现拥有上海、昆山、厦门三大设计中心和生产基地，均通过I S 0 9 0 0 1 质量体系认证，年产量达7 0 0 0 0 t；在全国及海外设立1 7 家分支机构；能为客户提供便捷、全面、优质的工程服务。华胤公司已成功完成5 0 0 多个项目，工程面积达4 0 0万m 2，多次荣获“金钢奖”、“工程质量优质奖”等。华胤公司服务过的客户有：诺基亚、西门子、美国旭电科技、奥地利铝罐、日本丰田工业、宏基、乐购、日本Y K K、T D K 磁带、金东纸业、浦东机场物流中心、蒙牛乳业等众多国内外知名企业。牮上蠢尊上海市中山西路1 7 9 号虹桥世家花园3 F(2 0 0 0 5 1)电话(0 2 t 确2 2 8 6 7 髓传真：[phone]h u p d l w w w f a r-c 4 t s t-m g c c mB m 耐l：M m 删咄。矗m k n m华量一门公司福建厦门市杏林区海沧新阳工业区2-1 3 地块(3 6 1 0 0 6)电话：[phone]传真：[phone]E-m a i l：X M s a l 髂 f a r e o s t e n gc o m键謦张8 0 0 8 2 飘0 1 4 8 1 9克量电帚：华 鼻山公司江苏昆山市玉山开发区江浦路3 5 8 号f 2 1 5 3 0 0)电话：(0 s l 5 7 5 3 7 9 8 6-9 0传真：[phone]E-m a i l：k s s a l e s f a i a s t e n gc o r n华t 及公司湖北武汉市汉口解放大道3 4 4 号世贸大厦1 8 楼1 8 0 8 室(4 3 0 0 3 2)电话：[phone]传真：[phone]E-m a i l：W H s a l e s f a r e a s t e n gc o r n华北京公司北京市朝阳区朝阳公园西路5号清镜明湖公寓T J 室(1 0 0 0 2 6)电话：(o l O)6 5 3 8 1 2 6 4传真；(0 1 0)6 5 3 8 1 0 8 2I j m a l l：B J t a l e s o f a r c a s t e n g t o m 万方数据钢结构预应力施工的发展与创新钢结构预应力施工的发展与创新作者：杨宗放，郭正兴作者单位：东南大学土木工程学院,江苏,南京,210096刊名：施工技术英文刊名：CONSTRUCTION TECHNOLOGY年，卷(期)：2002,31(11)被引用次数：5次 本文读者也读过(9条)本文读者也读过(9条)1.陈国栋.娄峰.劳文全.姜峰.谭坚 钢结构立体交叉体内双向预应力索张拉和过程分析技术会议论文-20082.周金将.ZHOU Jin-jiang 上海北外滩弧形钢结构外层幕墙设计与分析期刊论文-山西建筑2008,34(34)3.王万民.李朋.耿红杰.周旭东.聂红伟.周宇 高耸钢结构吊装施工的难点与对策期刊论文-石油化工建设2005,27(5)4.梁宁.Liang Ning 预应力张拉质量控制期刊论文-山西建筑2005,31(13)5.郭正兴.汤荣广.梁存之 预应力索-拱钢屋盖群索张拉优化研究期刊论文-施工技术2002,31(7)6.马晓臻 脱碳塔双桅杆(等高)抬吊吊装方案的计算期刊论文-小氮肥2005,33(4)7.杨宗放.郭正兴.YANG Zongfang.GUO Zhengxing 珠海市保税区东大门斜拉索施工期刊论文-建筑技术2000,31(12)8.张秀凤.张海东.Zhang Xiufeng.Zhang Haidong 预应力制品发展与上下工序的相关性分析(待续)期刊论文-金属制品2007,33(1)9.冯健.郭正兴.张晋.申屠江 上海新国际博览中心钢结构预应力支撑张拉技术期刊论文-建筑技术2001,32(12)引证文献(5条)引证文献(5条)1.张希黔.张利 科技创新与绿色技术在奥运场馆中的应用展望期刊论文-施工技术 2003(7)2.刘凯.高维成.刘宗仁 大跨张弦桁架新型施工工艺的理论与现场实测的研究期刊论文-建筑结构学报 2004(5)3.倪立峰.丁磊 葫芦岛体育馆弦支穹顶拉索施工分析期刊论文-安徽建筑 2011(4)4.薛华.姚谦峰 张拉弦在张弦梁结构中的应用综述期刊论文-建筑技术开发 2005(9)5.侯双明 五轴联动龙门铣床横梁设计及其变形补偿方法研究学位论文硕士 2005 本文链接：http:/