预应力张拉施工技术的应用
关键词：预应力,张拉,核心筒,钢结构
1工程概况
该工程位于北京市朝阳区金盏乡，是全国绿色施工示范工程，建筑面积为36659。钢结构主要由钢骨柱，桁架、钢梁及C型檩条组成，穹顶以下用钢量约650t，E区中间为直径28.800米的混凝土核心筒，筒内布置桁架梁，混凝土核心筒外围有两排弧形分布的钢骨柱，分别位于核心筒的东西两侧，每侧16根，钢骨柱和核心筒之间由钢梁连接，钢梁的布置围绕核心筒成放射状，钢结构共两层，分别是第三层和第五层，五层以上是钢结构穹顶(见图2)。
2预应力概述及施工流水段划分
该工程预应力总体施工过程为：将上层网壳主体钢结构全部安装结束后，再安装环向索、径向拉索，最后进行预应力张拉。在网壳安装结束后，脚手架支撑作用下所形成的结构要跟设计图纸相吻合;施加预应力的方法为张拉径向拉索，并且分三级张拉完成，分别张拉到设计初张力的30%、70%、100%，第2级张拉完成后拆除支撑脚手架，最后根据监测结果调整径向拉索;张拉控制采用双控原则：以控制张拉力为主，监测钢结构变形为辅的控制原则。根据现场情况和平面布置图将施工安装点分三处(见图1工程分区图)，五角星表示塔吊位置，三角形表示安排的汽车吊位置，因为部分构件重量过大或者是距离太远，超出塔吊起重能力和回转半径范围，主要的起重工具以汽车吊为主。本文主要介绍五层以上即E区穹顶的钢结构预应力施工。
3屋顶花园钢结构预应力施工工艺
3.1施工流程
1搭设脚手架一阶平台面→2预应力钢索及钢拉索制作→3运至现场→4放索(环索和径向拉索)→5将索及钢拉索吊至操作平台(撑杆下端)→6搭设临时支撑塔架→7安装上层钢结构网壳→挂索(环索和径向钢拉索)→8拉索分为4批次张拉到到设计初张力的30%→9拉索分为4批次张拉到到设计初张力的70%→10拆除临时支撑塔架→11拉索分为4批次张拉到到设计初张力的100%→12根据监测结果调整索力→13安装屋面(其中9→12为施工仿真计算校核，并进行全站仪检测结构变形和检测钢结构结构应力)。主要施工过程见下图：
3.2施工过程
3.3 脚手架搭设要求
为满足结构安装要求，脚手架及操作平台搭设如下几个步骤：
(1)搭设满堂脚手架分为两部分，一阶平台和二阶平台(临时支撑脚手架)，一阶操作平台可以为钢索、钢拉索、撑杆安装及预应力张拉提供操作平台，二阶平台为网壳安装提供操作及支撑平台;
(2)网壳安装过程中进行临时支撑脚手架的搭设，其主要作用是结构安装过程中支撑结构自重;
(3)在每根径向拉索调节端即支座位置处搭设一个2.5米×1.5米张拉操作平台。
3.4 预应力钢索及钢拉索的吊装与放索
(1)针对索盘内径、外径、高度、重量等参数提前加工放索盘并运到现场;
(2)为了现场施工方便，在索体制作时，每根索体都单独成盘，在加工厂内将索体缠绕成盘，到现场后吊装到事先加工好的放索盘上。
(3)将放有钢索的放索盘吊至已经搭设好的放索操作平台上;
(4)本工程预应力环向索较长，考虑到现场搭设满堂脚手架，所以空间比较小而且放索马道不是很平整，因此在放索时将索头置于平板车，并固定，采用2个导链通过吊装带牵引平板车，2～5个导链牵引已放索体，将钢索慢慢放开置于现有平台上，为防止索体在移动过程中与脚手板接触，索头用布包住，在沿放索方向铺设一些滚子，以保证索体不与平台接触，将钢索通过吊装带绑在焊接后的网壳上，同时将有撑杆的环向杆下方平台拆至下方5m处，最后将钢索慢慢放置放索马道上。
(5)径向拉索安装过程中，根据实际情况拆除防碍其安装的脚手架，先安装固定端，再安装可调端。
3.5 预应力索张拉工艺
(1)张拉前结构初始状态
根据环向索所作标记，调整环向索和径向拉索，调整完成的状态为张拉前初始状态。
(2)张拉设备的选用
经过仿真计算，径向索最大张拉力约30T左右，需要两台23T千斤顶，6根径向拉索同时张拉，因此选用12台23T千斤顶，即同时使用6套张拉设备同时张拉。
(3)预应力钢索张拉前标定张拉设备
张拉设备采用预应力钢结构专用千斤顶和配套油泵、油压传感器、读数仪。根据设计和预应力工艺要求的实际张拉力对油压传感器及读书仪进行标定。标定书在张拉资料中给出。
(4)张拉顺序
第1和3级张拉顺序为：1 2 3 4
第2级张拉顺序为： 4 3 2 1
(5)具体张拉力值见仿真计算结果。
(6)张拉时采取双控原则：索力控制为主，网壳变形为辅助。
(7)张拉操作要点
1)张拉设备安装：由于本工程张拉设备组件较多，因此在进行安装时必须小心安放，使张拉设备形心与钢索重合，以保证预应力钢索在进行张拉时不产生偏心;
2)预应力钢索张拉：油泵启动供油正常后，开始加压，当压力达到钢索设计拉力时，超张拉5%左右，然后停止加压，完成预应力钢索张拉。张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。
(8)张拉过程
施工前用仿真模拟张拉工况，以此作为指导张拉的依据。张拉逐级张拉，整个张拉过程分成3级，分别为30%设计张拉力、70%设计张拉力、100%设计张拉力。
张拉设备和工具等辅助设备全部准备及加工到位运至现场。张拉时，服从统一指挥，按张拉给定的控制技术参数进行精确控制张拉。
(9)同步张拉控制措施
每圈6根径向拉索同时张拉时，共有12个千斤顶同时张拉，因此控制张拉的同步是保证撑竿竖直及结构受力均匀的重要措施。控制张拉同步有两个步骤。首先在张拉前调整环向索连接处的螺母，使螺杆露出的长度相同，即初始张拉位置相同。第二在张拉过程中将每级的张拉力(30%、70%、100%)在张拉过程中再次细分为3～7小级，在每小级中尽量使千斤顶给油速度同步，在张拉完成每小级后，所有千斤顶停止给油，测量索体的伸长值。如果同一索体两侧的伸长值不同，则在下一级张拉的时候，伸长值小的一侧首先张拉出这个差值，然后另一端再给油。如此通过每一个小级停顿调整的方法来达到整体同步的效果。
(10)预应力钢索张拉测量记录
对油压传感器测得拉力和监测竖向位移值记录下来，以对结构施工期行为进行监测。
(11)张拉质量控制方法和要求
1)张拉时按标定的数值进行张拉，用伸长值和油压传感器数值进行校核;
2)认真检查张拉设备和与张拉设备相接的钢索，以保证张拉安全、有效;
3)张拉严格按照操作规程进行，控制给油速度，给油时间不应低于0.5min;
4)张拉设备形心应与预应力钢索在同一轴线上;
5)实测伸长值与计算伸长值相差超过允许误差时，应停止张拉，报告工程师进行处理，待查明原因，并采取措施后，再继续张拉。
参考文献
[1] JGJ85-2002预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[2] 东南大学华东预应力技术联合开发中心，中国建筑科学研究院结构所CECS180：2005建筑工程预应力施工规程[S].北京：中国计划出版社，2005.