某机场航站楼中庭钢结构及拉索预应力施工技术

秦翊超

【摘要】该机场航站楼中庭钢结构上部为异形钢结构，下部为预应力钢索。通过设置临时支撑胎架、施工工况分析进行上部钢结构施工，通过实时监测及预应力损失处理进行拉索预应力施工，既能保证施工的安装精度和安全性，又能提高安装效率。

【关键词】钢结构；预应力钢索；临时支撑；拉索张拉；施工监测

1、工程概况

该航站楼建筑面积82000m2，采用前列+半岛式构型，地上两层（局部夹层），地下一层，建筑高度为24.005m。中庭钢结构短轴长51.215m，长轴长为54.569m，上部为弦支穹顶，下端采用销轴与预埋支座连接，支撑点共6个，整个结构最高点与下部混凝泥土基礎面距离为23.475m，其下弦布置预应力钢索，共布置两圈环向索，分外环向索、内环向索，通过撑杆和径向索连接。

2、钢结构安装

2.1钢结构施工思路

钢结构工程施工时，在内环六边形区域及檐口无支座位置利用塔吊标准节搭设临时支撑胎架，六边形组合构件采用90T汽车吊整体吊装，其余构件利用25吨汽车吊进行高空散拼施工。

2.2钢结构吊装

临时支撑胎架搭设完毕后，先将正六边形环在地面进行拼装，再整体吊装到支撑胎架上，复核轴线标高，满足设计及规范要求后，进行固定。然后安装径向长钢梁，以两个长钢梁为一个单元，安装完成一个单元后再安装单元内的环形构件。按逆时针方向安装其他单元构件。构件安装过程中进行拉索的穿插作业，但不张拉，待钢结构焊接完成验收合格后进行张拉。

2.3钢结构安装工况分析

整个钢结构安装，正六边形环和径向钢梁为最重构件。其中正六边形重量为5.73t，而正六边形组合为吊装最高点，距离混凝土基础面23.48m，正六边形对边距离为10.85m，可知吊点距离钢梁边缘为5.425m，计算得出吊车吊装作业半径为10.85m， 吊车臂长为48.20m。正六变形组合选用90t汽车吊（7.5t配重）吊装，作业半径为10.85m，吊车臂长为48.20m，可吊14.5t>5.73t，满足要求。径向钢梁最重构件组合为3.19t，起重高度为19.62m，由于吊车可靠近钢梁起吊，半径可以忽略。选用25t汽车吊臂长33m，工作半径15m以内最小起重量为3.9吨>3.19吨，满足要求。

2.4钢结构安装流程

汽车吊进场→规划吊车行走路线及安装顺序→利用全站仪找出胎架位置并制作安装胎架→搭设六边形环拼装胎架并整体拼装焊接完成→吊装六边形组织构件→拼装焊接径向钢梁→吊装径向钢梁→吊装相邻径向钢梁→对相邻径向钢梁进行填空补档→ 按上述原则逆时针安装其他构件。

2.5钢结构安装措施

为方便现场吊装，确保吊装安全，钢梁在工厂加工制作时，应在钢梁上部焊接吊耳，吊点到钢梁端头的距离为构件总长的1/4；钢梁吊篮采用φ12mm的圆钢组成，待地面验收合格后吊至钢梁侧边，以方便现场施工人员对钢梁的安装和校正；楼层部分钢梁吊装前，分别在钢梁两端竖向安装一根φ48mm长度为1200mm的圆钢防护立杆，然后在两根立杆之间拉钢丝绳，确保钢梁安装时施工人员行走安全。

3、拉索预应力施工

3.1结构特点

本工程施工的主要特点是：先通过弦支穹顶的特定结构关系，寻找索在无应力状态下的下料长度，为建立与设计相符的“力”和“形”的统一奠定基础；索预应力施加之前结构具有一定刚度，柔性索、拉杆与撑杆等下部构件可以与上部钢结构分开安装；本工程预应力张拉特点是通过逐步张拉环向索来施加预应力，预应力的施加步长应通过事先的仿真模拟确定，以免对结构带来不利影响。

3.2拉索施工总体思路

根据本工程结构特点，即上部结构初步具有一定刚度，因此可先进行上部杆件的安装施工，然后进行下部索杆体系的安装及张拉施工。结合第二部分所述，下部索杆体系分为径向拉杆、环向钢索和竖向撑杆，下部索杆体系的施工整体顺序为：竖向撑杆安装→环向钢索安装→径向拉索安装→环向钢索张拉→局部径向拉索张拉。预应力的施加是本工程的重点和难点，弦支穹顶结构预应力的施加可采用张拉环向索和张拉径向拉索两种方法，张拉环向索效率较高，但精度不如张拉径向索，本工程采用张拉环向索和张拉径向钢拉杆相结合的方法施加预应力，即以张拉径向索为主，张拉环向索为辅。本工程中弦支穹顶的张拉遵从分级张拉、由外往内、对称张拉、局部调整四个原则。分级张拉：本工程属柔性结构，预应力张拉需逐步实施，以免造成局部预应力过大，影响后续的张拉施工，同时也对结构造成不利影响；由外往内：张拉从外环索到内环索；对称张拉：为保证结构稳定，按照对称关系进行张拉；局部调整：每一级拉索张拉施工完成后，根据张拉监控及变形监控结果，再局部调整径向钢拉杆的索力，以消除结构安装误差对张拉施工造成的影响，直至结构张拉施工完毕。

3.3调直与下料

为了使钢索受荷后各股钢绞线受力均匀，钢索制作时下料长度要准确、等长。下料采用“应力下料法”，将开盘在200～300MPa拉应力下的钢丝或钢绞线调直，可消除一些非弹性因素的影响。制作通长、水平且与索等长的槽道，平行放入钢绞线，使其不互相交叉、扭曲，在槽道定位板处控制索的下料长度。

3.4钢索的预张拉

钢索的预张拉是为了消除索的非弹性变形，保证在使用时的弹性工作。预张拉在工厂内进行，一般选取钢丝极限强度的50%～55%为预张力，持荷时间为0.5～2.0h。

3.5钢索的防护

钢索必须进行表面处理，认真除污。钢索的长期防护采用外加PE套管的方法。这种防护方法可适应周围无严重侵蚀性的一般环境。在施工过程中，应尽量避免对PE造成损伤，到达现场后，在放索过程中也要对索体进行保护，防止其摩擦破坏。

3.6展索

钢索安装就位之前，在环索连接杆的正下方将索铺展成环形，并将各标记点与连接索夹一一对应。本工程最大的拉索为 20，长约为30911mm，重约为65kg，展索的时候采用一端用提升机进行牵引，中间布置展索小车，每5-6米布置一个小车。

3.7环索安装就位

预应力钢索铺展成型后，每隔10米设置一个就位点，然后采用卷扬机或汽车吊进行吊装。

3.8拉索张拉

对于设计预拉力较小的拉杆，采用扭矩扳手进行张拉。具体操作分三步进行，第一步通过拉杆设计预拉力得出换算设计扭矩；第二步将扭矩扳手内指针调至设计扭矩；（下转125页）（上接123页）第三步便可进行张拉施工，操作人员听到扭矩扳手内“咔嚓”声响即达到设计预拉力，便可停止施工。对于设计预拉力较大的拉杆，应采用液压千斤顶进行辅助张拉施工。本工程钢拉杆张拉端在拉杆的中间，张拉节点位于径向杆连接套筒处，施加预应力的方法是：根据设计张拉力的值，通过油泵将油压传给两个千斤顶，然后调节自身的调节套筒达到所要施加的力。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拉杆重合，以保证预应力钢拉杆在进行张拉时不产生偏心；在油泵启动供油正常后，开始加压，当压力达到钢拉杆设计拉力时，超张拉5%左右，然后停止加压。张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。

3.9预应力损失及处理措施

张拉过程中预应力损失产生主要有以下原因：拉索索体松弛；拉杆体锚具回缩变形（主要是调节螺杆变形）；油压损失；节点摩擦使预应力产生损失。为保证张拉力达到设计要求，并且根據大量工程经验，实际张拉过程中，采取超张拉的方法，每次超张理论计算张拉力的5%。

3.10施工过程监测

为满足预应力施工过程的需要，保证工程顺利进行，施工监测布点时采取以下原则：应力监测：以拉力监测为主，保证各类钢索施加预应力值与施工仿真计算得到的张拉力值相同，钢结构应力监测为辅助手段，监测得出应力比较大的杆件应力变化，监测手段采用千斤顶油泵直接读数和索力测试仪进行过程中索力测试。变形监测：监测结构竖向位移，位移监测贯穿于整个结构的施工过程，包括安装施工和张拉施工过程，监测内容为各监测点的三维控制坐标，本工程采用在六个撑杆的上、下端布置监控点，通过在12个监控点来监控结构的竖向位移和撑杆的侧向位移。

结语：

本工程为机场航站楼中庭钢结构弦支穹顶钢结构及预应力施工，临时支撑胎架的部署设置是总体施工的重要前提，弦支穹顶为柔性结构，有“牵一发而动全身”的特点，张拉施工是弦支穹顶结构施工的关键，施工过程的实时检测是保证施工过程顺利进行的重点，通过工程的完成，积累了施工经验，为类似工程提供指导及借鉴。

参考文献：

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