前海法治大厦高强度大直径钢拉杆关键施工技术应用

2016-12-15陆本燕陈桂平李响

工程技术研究 2016年11期

关键词：拉杆套筒张拉

杨东，陆本燕，陈桂平，王昊，李响

（1.深圳市前海开发投资控股有限公司，广东深圳 518000；2.中国建筑第五工程局有限公司深圳分公司，广东深圳 518000）

前海法治大厦高强度大直径钢拉杆关键施工技术应用

杨东1，陆本燕2，陈桂平2，王昊2，李响2

（1.深圳市前海开发投资控股有限公司，广东深圳 518000；2.中国建筑第五工程局有限公司深圳分公司，广东深圳 518000）

文章介绍前海法治大厦高强度大直径钢拉杆的安装、张拉、应力监测技术及阶段性监测结果分析方法，为以后类似工程的施工提供了宝贵经验。

钢拉杆；张拉工装；预应力；监测；应变计

1 工程概况

前海法治大厦位于广东省深圳市前海深港现代服务业合作区。项目用地面积8141m2，总建筑面积34148.72m2；地上10层，高度约为54.7m；裙房地上3层，高度约16.5m；地下2层，约10m。

项目（图1）核心筒东、西两侧为17.4m大悬挑，悬挑处通过设置斜拉杆及结构梁柱形成空间桁架体系传递竖向荷载。由于法庭大空间需要，E轴交6～8轴三根框架柱在三层截断，上下不连续，4层以上形成大跨结构。考虑两侧悬挑采用钢框架+钢拉杆的结构形式，为保证结构整体统一性，此处亦采用钢框架+钢拉杆结构。

工程钢拉杆采用UU型钢拉杆。钢拉杆的加工严格采用GB/T20934-2007技术规范进行生产，共有Φ140、Φ150、Φ200、Φ220四种规格，共计60根，强度等级均为650级，其中Φ220钢拉杆是目前国内强度要求最高、直径最大的钢拉杆，在房建钢结构项目中属首次应用，如图1所示。

图1 整体结构示意图

2 钢拉杆施工重难点分析

2.1 难点

施工难点包括：①斜拉杆安装精度要求非常高，核心筒处节点为预埋，施工控制精度难度大；②拉杆装配件需特定专业厂家生产，且本工程拉杆直径最大达220mm，其安装、张拉及应力监测专业性极高且在全国范围内都比较罕见，属首次探索；③考虑到本工程为带斜拉杆大悬挑框架剪力墙结构，为避免钢桁架楼承板浇筑过程中因受力不均产生裂缝，需采取分仓对称的方法进行浇筑，过程控制难度大。

2.2 重点

施工重点：①A区与B区相同轴线位置应同时对称张拉，并对应分别张拉至相同数值的预紧力；②A区与B区E轴核心筒两侧必须同时张拉，并张拉至相同数值的预紧力；③A、B区钢框架分区安装，但浇筑砼宜同时浇筑，预应力钢拉杆宜同时对称张拉。

3 总体施工部署

项目结构两端悬挑跨度大，采用钢拉杆协同外围钢框架形成整体空间桁架结构作为主要承重体系，为充分保证整体结构安全，相应施工组织顺序如下：①在核心筒浇灌完毕，以及二，三层钢结构安装；②安装完成后，在两端悬挑处及两核心筒中间跨对应钢柱位置设立临时钢柱支撑。由于本工程施工工期紧张，现在条件狭窄，不适合搭设满堂脚手架，临时支撑使用钢管支墩，顶部安装千斤顶；③安装4层钢梁、钢柱、钢筋桁架楼承板（D、H轴钢框架预起拱10mm），并浇筑4层楼板混凝土；④施工5～6层钢框架，安装4～6层钢拉杆。钢拉杆安装顺序及张拉要求为：a.安装并张拉E轴钢拉杆，张拉采用4套张拉设备同时张拉，先同时张拉两侧核心筒中间位置的4根钢拉杆，b.张拉核心筒两侧悬挑端的4根钢拉杆，施加预紧力为1000kN（分步张拉），使结构脱开临时支撑胎架；c.安装并张拉G轴钢拉杆，G轴同样采用4台张拉设备进行，4根钢拉杆同时张拉，施加预紧力为1000kN（分步张拉）；d.依次安装D轴、H轴核心筒两侧悬挑端的4根钢拉杆，钢拉杆安装利用扭矩扳手施加初始预紧力；⑤保留临时支撑胎架，使悬挑端及内部大跨竖向变形接近0mm；⑥施工7～8层钢框架，安装6～8层钢拉杆；钢拉杆安装顺序及张拉要求同第四步，E轴和G轴钢拉杆分别施加预紧力为500kN（分步张拉）；⑦施工9～10层钢框架，安装8～10层钢拉杆。钢拉杆安装顺序及张拉要求同第六步；⑧施工屋顶及屋顶构架层钢框架；⑨依次逐层施工5至屋顶层组合楼板；⑩添加建筑做法、幕墙等附加恒载；添加使用活荷载，拆除临时支撑胎架。

4 钢拉杆施工

4.1 钢拉杆安装

（1）地面组装，用塔吊将钢拉杆、U型接头、调节套筒等组件吊到现场特制的安装平台按顺序组装。先安装U形接头，将接头与棒体端头对正，旋转U形接头，使钢拉杆螺纹段悬入接头锥体丝口，直至接头不能转动为止，如图2所示。然后安装调节套筒，连接前，在离拉杆端部距离相等的位置（约0.3m）做好记号，通过记号点与套筒端部的距离，保证两根拉杆旋入的长度一致，以保证螺纹受力的可靠性。先套入两边护套，手工旋入，再接上调节套筒，调节套筒设有正反螺丝，中间设有平口，用力矩扳手旋动调节套筒，两端钢拉杆在正反螺丝配合作用使钢拉杆不断旋入调节套筒，减小钢拉杆分段间的距离，记录套筒接头螺纹拧紧深度。

图2 钢拉杆组装

（2）吊装。用塔吊将钢拉杆吊到对应地点，在手拉

葫芦配合下，将钢拉杆上、下端U 型接头分别插入销座，再用大磅榔头敲销轴至安装位置，装上锁片，如图3所示。

图3 钢拉杆吊装

4.2 张拉工装安装

张拉工装安装程序：①根据拉杆调节套筒在空间的不同位置，调整张拉工装（如图4所示）的安装方向；②按照拉杆的直径选用对应的轴瓦；③调节调节套筒两端的螺母至适当位置，旋掉主臂一端的螺钉后打开主臂，将主臂卡在螺母外侧后合上主臂，旋上螺钉；④将螺杆穿过上下主臂，拧紧主臂处螺母；⑤将两台空心千斤顶穿入螺杆并拧紧端部螺母；⑥通过高压油管将三通、手动泵和千斤顶连接起来；⑦将监控电源DC插头插入数显表上的DC插孔内，然后将监控电源插头插在220V电源插座上，数显仪表即可显示数值，如图4所示。

图4 现场张拉工装

4.3 钢拉杆张拉

钢拉杆张拉主要内容：①基本张拉程序可按设计要求的索力分级同步张拉。每一阶段可分为四级：初级安装索力→25%σcon→50%σcon→ 75%σcon→100% σcon（锚固）；②张拉时注意对称进行，避免对结构产生过大的次生应力。张拉过程中应严格控制每级张拉的油压表读数；③张拉过程中应严格控制每级张拉的油表读数，边拉边拧紧钢拉杆的调节套筒，注意张拉与调节套筒的紧固应同步进行，特别是给油速度每次不得低于30秒；④在缓慢对两台千斤顶供油张拉时，必须同步采用手拉葫芦旋动调节套筒，如图5所示。若张拉力略大，因螺牙间的摩擦过大不能旋动套筒时，可采用在千斤顶油缸缓慢回油的过程中，拧动调节套筒的补救措施，如图5所示。

图5 钢拉杆张拉

5 钢拉杆应力监测

5.1 应力监测主要内容及频次

（1）施工过程中应力监测：对D、E、G、H轴大悬挑及E轴大跨度194处主要钢梁构件、60根钢拉杆进行应力监测；监测需与施工进展同步，原则上为钢拉杆每次预紧、同层以上钢桁架楼承板砼每次浇筑均应同步监测一次，且需保证每半个月至少监测一次。

（2）后期使用阶段应力监测：竣工交付使用后仍需跟踪监测两年，每季度对上述构件的应力复测一次，当观测区受到地震、洪水、爆破等外界因素影响时，应及时进行复测。

5.2 应力监测方案

本项目应力应变监测采用JMZX-212表面智能数码弦式应变计与JMZX-215埋入式应变计，二者均采用振弦理论设计制造，具有高灵敏度、高精度、高稳定性的优点，适于长期观测。其测试原理为：以被拉紧了的钢弦作为敏感元件，当振弦的长度确定后，弦振动频率的变化量便表示拉力的大小，即输入的是力，输出的是频率。其外观如图6、图7所示。

图6 JMZX-212表面智能数码弦式应变计外观图

图7 JMZX-215埋入混凝土弦式应变计外观图

整个仪器的安装分为以下七个步骤：①确定监测杆件的空间位置，根据现场实际情况，确定传感器安装截面的具体定位，然后用角磨机打磨两个5mm×5mm大小的方块，方块大小可比传感器安装块稍大一些，以方便传感器安装块与钢结构表面的焊接；②采用手工焊或者耐候胶将应变计安装块焊接或粘结在钢结构表面，安装过程中，应采用定位杆确定好两个安装块之间的距离，并使两安装块中心的连线与杆件传力路劲平行；③安装弦杆及磁环：采用扳手将传感器弦杆固定于安装块之间，并安装磁环；④初始数据的采集：利用JMZX-3001智能综合测试仪采集初始数据，并根据杆件的受力特性调节传感器的初始位置，并做好数据的记录；⑤传感器的保护，首先焊接钢结构保护盒的连接件，然后对传感器附近的钢结构做好防腐处理，最后固定传感器保护盒；⑥自动化综合测试系统调试：将传感器的数据线连接到自动化综合测试系统，打开电脑，进行调试；⑦自动化采集：调整采集频率，自动存储数据时间，实现24小时不间断采集。

5.3 应力监测阶段性结果分析

文章以4～5层E轴悬挑斜拉杆预张拉施工全过程阶段性监测为例。在得到监测数据统计分析结果后，根据对应工况所测的应变最值、应变-应力转换公式及弹性模量计算得出各工况下测点应力监测最值，从而绘出数据趋势图，见表1、表2。