佛山新闻中心玻璃天幕工程钢索张拉实践

刘卓然 许伟东

摘要：本文主要针对玻璃幕墙形式中的索结构幕墙工序中较重要的钢索张拉这一部分进行分析及介绍；使相关专业人员对于索结构幕墙关键点的把握更加完善。

关键词：幕墙；索结构；张拉

一、工程介绍

佛山新闻中心位于佛山市顺德区大福路南延线东侧乐从镇东平河畔，为佛山标志性建筑。

信息玻璃天幕工程位于标高27.9m处，长184m，宽184m。玻璃百叶片分格为1050mmx2100mm，玻璃百叶为10mm（FT）+1.52PVB+8mm（FT）钢化夹胶玻璃，支撑结构采用全新的钢桁架索结构，（见图1、2）。

二、钢索的张拉

佛山新闻中心的钢索张拉是个前所未有的课题。佛山新闻中心玻璃天幕所用的钢索端部固定的柔性结构钢结构，不同于其他的钢索的端部条件。

钢索的张拉力为25kN左右，一条钢梁上有14根钢索，对钢梁的合力在350kN。钢梁在设计中，不可能对挠度控制太严格，这样的话钢梁就太不经济。挠度太大，会导致张拉过程中的预应力损失，梁变形太大，会导致结构的不安全。经过专家讨论，张拉的挠度控制在1/750。意味着跨度为16.8m的钢梁，最大变形为22.4mm。对于长8400mm、直径为14mm的铝包钢绞线来说，铝包钢绞线长度变化28mm，能产生或释放59.4kN的力。会使得张拉成为一种极度不可以预见的行为。

分区张拉、同步张拉、反复调试；按左右对称张拉，分级张拉，反复张力的张拉基本要点来进行天幕索的张拉：根据图×的示意，可以把整个天幕按照拉索的需要进行划分，相互影响比较小、比较独立的区域可以视为一个单独的张拉区域。这里单独列出来了具有典型代表性的三个区域进行说明，来阐述整个天幕的张拉过程。

（一）区域11（QY-11）是在20-23轴和M-Q轴之间，在试验区内。QY-11分为A部分和B部分。

先对A部分进行张拉，按照分级张拉的原则。首先按20%的张拉力对04#索进行张拉，然后依次对03#、05#、02#、06#、01#和07#进行20%张拉。第一个张拉次序完毕后开始第二个张拉次序，即进行50%张拉，还是按照04#到03#、05#、02#、06#、01#和07#的次序依次进行50%张拉。第三个次序为80%张拉，按照04#到03#、05#、02#、06#、01#和07#的次序依次进行张拉。最后进行100%张拉，顺序为4#到03#、05#、02#、06#、01#和07#。

B部分进行张拉，和A部分类似。进行完A、B的张拉后，然后区域内再进行索内力校核，索内力控制在±5%内可以通过。否则再进行加载或卸载，直到整个区域内的索内力达到设计要求。

等相邻区域内的索张拉的完成后，再来复核该区域的索内力，控制在设计值的±5%以内。

（二）区域03（QY-03）为两股索同时张拉的区域，分为A、B、C三个部分。

先对B进行张拉：在图示意的○的位置装好工装，按照类似QY-11的区域的张拉顺序，在20%张拉的阶段，先同时张拉04#和14#。接着按下列次序进行同步张拉：03#和13#→05#和15#→02#和12#→06#和16#→01#和11#→07#和17#。进入50%的张拉阶段，依次对04#和14#→03#和13#→05#和15#→02#和12#→06#和16#→01#和11#→07#和17#進行两两的同步张拉。80%的张拉阶段也一样，按照04#和14#→03#和13#→05#和15#→02#和12#→06#和16#→01#和11#→07#和17#的顺序进行两两的同步张拉。最后按照上述顺序进行100%张拉。

按照同样的方法和顺序分别对A、C部分进行张拉。整个区域内张拉完毕后要对区域内索的内力值进行检测，索内力控制在±5%内可以通过。否则再进行加载或卸载，直到整个区域内的索内力达到设计要求。

等相邻区域内的索张拉的完成后，再来复核该区域的索内力，控制在设计值的±5%以内。

（三）区域02（QY-02）是天幕张拉最复杂的区域，需要四股索同时张拉，分为A、B两个部分。方法类似QY-03的张拉：

先对A进行张拉：在图示意的○的位置装好工装，在20%张拉的阶段，先同时张拉04#、14#、24#和34#。接着按下列次序进行同步张拉：03#、13#、23#和33#→05#、15#、25#和35#→02#、12#、22#和32#→06#、16#、26#和36#→01#、11#、21#、31#→07#、17#、27#和37#。进入50%的张拉阶段，依次对04#、14#、24#和34#→03#、13#、23#和33#→05#、15#、25#和35#→02#、12#、22#和32#→06#、16#、26#和36#→01#、11#、21#、31#→07#、17#、27#和37#；进行4股索的同步张拉。80%的张拉阶段也一样，按照04#、14#、24#和34#→03#、13#、23#和33#→05#、15#、25#和35#→02#、12#、22#和32#→06#、16#、26#和36#→01#、11#、21#、31#→07#、17#、27#和37#的顺序进行同步张拉。最后按照上述顺序进行100%张拉。

B部分进行张拉，和A部分类似。进行完A、B的张拉后，然后区域内再进行索内力校核，索内力控制在±5%内可以通过。否则再进行加载或卸载，直到整个区域内的索内力达到设计要求。

等相邻区域内的索张拉的完成后，再来复核该区域的索内力，控制在设计值的±5%以内，（见图3）

根据这个张拉调整的原则进行索张拉的进行，最多时刻需要56个工人和28组张拉工装进行同时张拉和调整。进入实质的索张拉阶段，我们还需要做以下的准备工作：张拉工装的设计和索内力测定仪的标定工作。

我们需要张拉的钢索为14mm的铝包钢绞线，初张力为25kN。钢索采用隐索头的设计，需要特殊的张拉工装才能进行。我们在张拉时设计了如下图所示的一套张拉工装，动力是负重5kN螺旋千斤顶两个。其他为可拆装的Q235B加工件。

张拉工装分为固定部分、活动部分和液压装置。固定部分由两个钢板支座和两根M30的螺杆组成。活动部分为80*10*L566钢板支座。液压装置为两个5T的液压千斤顶。当千斤顶工作时，千斤顶伸长，活动部分会如图所示的向左运动，使得钢索伸长，达到张拉的效果，（见图4）。

我们采用的索内力测定仪是我司设计制作的专利产品，目前质监站、计量局等相关单位尚未标定和检测的项目。一个索内力测定仪发到工地，在运输过程中，可能会出现种种的问题，导致仪器的失准。偏大和偏小的数据对工程都是不利的，我们需要简单的对索内力测定仪进行标定。

对索内力测定仪进行所用的φ14铝包钢绞线进行测量加载试验。试验加载采用沙袋、钢架、木方，精度0.1kg。索内力测定仪为公司所用标准内力测定仪。

试验一共采集了11组数据。试验结束后对数据进行了线性分析，得出索内力测定仪正、负读数的理论直线。正读数直线的方程为：y=0.001x+0.0182；复读数直线方程为：y=0.001x+0.0327。由此可知：

1、采用正读数在索内力测定仪上读取数据时应该加上18.2kg的值，基于索内力测定仪的精度为10公斤级，故采用在读取数据上加上20kg（即0.020）；

2、同样的情况，采用负读数在索内力测定仪上读取数据时应该加上32.7kg的值，基于索内力测定仪的精度为10公斤级，故采用在读取数据上加上30kg（即0.030），（见图5）。

试验数据如下：

通过以上的两个准备工作后，接下来的工作是进行张拉前期工作。

前期工作包括：

1、钢梁的实际尺寸及标高，包括对角线及钢梁边到孔中的尺寸等等。

2、为了监测钢梁在张拉过程中的变化情况，随时掌握局部结构的安全状况。在钢梁顶面弹上测量钢梁相对变形的墨线，拉好钢梁顶面测量所需的测量线，即在张拉以前，钢梁顶面的两端，弹上一条与钢梁截面的形心在同一竖直直线上的墨线。固定一根测量用的钢丝线，与此线重合；在固定索头的位置设置一个千分表来测量钢梁腹板的局部变形。来与设计所要求的变形尺寸进行核对。当索开始张拉时，人在钢梁顶面用精度为1mm的钢卷尺进行测量。当钢梁的变形值超过梁长度的1/600时，应该停止张拉，与设计进行沟通，对张拉方案进行研究和改进。安全张拉至100%的24小时后，再进行钢梁变形的复核。按索张拉的顺序记录下张拉时钢梁变形的值，以保证钢梁时刻在可以控制的范围内。如下照片所示。每天对张拉完的钢索和钢梁进行观测，每天进行记录，一周后方可进行钢管桁架和玻璃的安装。

3、检查钢梁各个孔的位置是否与图纸一致，检查钥匙孔内是否有焊渣，检查穿管的钢管是否平滑和是否圆（见图6）。

钢梁张拉时变形值登记表（日记录）

索张拉的步骤为：

拉索预拉应力控制值主要与设计内力变化范围及施工时温度有关，在施工前由技术部门根据设计计算书确定最终张拉应力值（25kN），按合拢温度以每5℃一个控制值作出控制应力表（如下表1），上报业主、监理作为控制依据。

单根索的张拉过程为：在张拉工装安装上去之后，将索端头螺母拧紧。固定上索内力测定仪，摇动螺旋千斤顶的钢管摇柄。在此同时，拧紧端部的螺母锁紧钢索。当索内力测定仪的读数快接近需要张拉的内力值时，缓慢的摇动摇柄。当内力值离需张拉值只有10%的时候，静置2min，然后慢慢加力至张拉值，锁紧端头的螺母。拆下索内力测定仪、卸下工装。

整个区域内索张拉应按左右对称、反复张拉、逐步到位等原则实施预应力张拉。整个区域内索张拉过程如上面所说的张拉顺序。

索力的测试和调整

当索内力出现损失和过多时，通过张拉工装的千斤顶装置的工作，调解索端头的螺母，或松或紧，使得索内力值与需张拉设计值相差不過5%。

三、总结

通过此次对于索结构幕墙钢索张拉部分的简要分析，使相关人员进一步明确钢索张拉这一部分的细节。将有助于以后更好的控制索结构幕墙的设计合理性，也为更多形式的设计提供了理论上的支持。