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自平衡魚腹式索鋼架混合結(jié)構(gòu)支撐體系仿真分析與施工

作者:陳龍美    
時間:2013-12-06 09:22:43 [收藏]
某金融大廈幕墻采用自平衡魚腹式索鋼架混合結(jié)構(gòu)支撐體系,本文研究了拉索的施工模擬計算、施工工藝及索力、結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測方法等
    關(guān)鍵詞:

      要:某金融大廈幕墻采用自平衡魚腹式索鋼架混合結(jié)構(gòu)支撐體系,本文研究了拉索的施工模擬計算、施工工藝及索力、結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測方法等。

    關(guān)鍵詞:自平衡;魚腹式拉索;仿真分析與施工 

    1 工程概況

    某金融大廈幕墻結(jié)構(gòu)采用自平衡式索鋼架混合結(jié)構(gòu)支撐體系,結(jié)構(gòu)體系總高度12.6m。其特點主要有:(1)自重主要由豎向拉桿承擔(dān);(2)水平荷載主要為單元幕墻集中荷載作用,由魚腹式拉索、支承桿承擔(dān);(3)由鋼結(jié)構(gòu)及豎向穩(wěn)定索形成整體幕墻拉索結(jié)構(gòu)。

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     自平衡魚腹式索鋼架混合結(jié)構(gòu)支撐體系平面

    該結(jié)構(gòu)魚腹式拉索采用Ф30mm預(yù)應(yīng)力索,預(yù)拉力127.75KN、穩(wěn)定索采用Φ16預(yù)應(yīng)力索、拉桿采用Φ16拉桿、鋼梁采用Q235B 120×120×8mm方鋼管、支撐桿采用Φ60×8mm不銹鋼桿。

    2 施工階段仿真計算

    2.1 施工階段一

    張拉穩(wěn)定索和拉索到25.6KN(即20%的預(yù)拉力,20%×127.7525.6KN),豎索張拉到15KN,支撐桿和豎向拉桿均已到位并參與作用,考慮各構(gòu)件的自重作用,該階段的混合結(jié)構(gòu)支撐體系系統(tǒng)的變形、內(nèi)力圖如下:

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    混合結(jié)構(gòu)支撐體系拉索系統(tǒng)變形圖(自重作用)

     

    由變形圖可見,在該施工階段,Y方向索的最大變形為9.5mm,Z方向索的最大變形為82mm,均不會發(fā)生索松弛現(xiàn)象。

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    混合結(jié)構(gòu)支撐體系拉索系統(tǒng)內(nèi)力圖(自重作用)

     

    由圖可見,在該施工階段,拉索的最大拉力為29kN,穩(wěn)定索的最大拉力為26kN,撐桿的壓力為2kN左右,均滿足強度要求。

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    混合結(jié)構(gòu)支撐體系鋼梁應(yīng)力圖 MPa(自重作用)

    由鋼梁應(yīng)力圖可見:鋼梁應(yīng)力為14MPa左右,滿足要求。

     

    2.2 施工階段二

    將橫向拉索分別張拉到125KN(內(nèi)側(cè))和135KN(外側(cè)),豎索的張拉力亦不發(fā)生變化,未作用單元幕墻集中荷載,拉索系統(tǒng)的變形如下:

     \

    混合結(jié)構(gòu)支撐體系拉索系統(tǒng)變形圖(第二次張拉后自重作用)

    由變形圖可見,在該施工階段,鋼梁最大變形為1.39mm。

    作用單元幕墻集中荷載后,拉索系統(tǒng)的內(nèi)力圖如下:

     \

    混合結(jié)構(gòu)支撐體系拉索系統(tǒng)內(nèi)力圖

    (自重和單元幕墻集中荷載共同作用)

    由內(nèi)力圖可見,在該施工階段,拉索的最大拉力為247KN,穩(wěn)定索的最大拉力為29KN,撐桿的壓力為2KN左右,均滿足強度要求。

     \

    混合結(jié)構(gòu)支撐體系鋼梁應(yīng)力圖(自平衡魚腹式索鋼架)

    (自重和單元幕墻集中荷載共同)

    由鋼梁應(yīng)力圖可見:鋼梁應(yīng)力為90MPa左右,滿足要求。

    3 施工技術(shù)及監(jiān)測方法

    3.1 主要技術(shù)措施

    3.1.1  施工順序

    預(yù)埋件校準→耳板定位→組裝和連接拉索→施加預(yù)應(yīng)力→校準檢驗→連接豎向承重拉索→施加預(yù)應(yīng)力→整體調(diào)整→校準檢驗。

    3.1.2  主要施工技術(shù)路線

    3.1.2.1測量放線

    測量放線是確保施工質(zhì)量的最關(guān)鍵工序。必須嚴格按圖紙設(shè)計、施工規(guī)范進行,在工程中使用了經(jīng)緯儀、全站儀等儀器進行測量。為了測量準確、方便、直觀,根據(jù)平面布置設(shè)立主控點,以保證再次測量時基準點不變。

    3.1.2.2施工精度單元控制

    為了減少安裝尺寸誤差積累,有利于安裝精度的控制與檢測,可人為的將幕墻分成多個控制單元??刂茊卧_定后,就可從測量放線到結(jié)構(gòu)安裝、鋼絲安裝、玻璃安裝,每次測量、核對、調(diào)整都以同個單元尺寸來控制安裝精度。

    3.1.2.3 結(jié)構(gòu)安裝

    首先對混合結(jié)構(gòu)支撐體系的基準點進行測量。記錄每榻的變位情況,根據(jù)變位量按照施工圖,確定駁接頭的點位和拉索、鋼結(jié)構(gòu)耳板的焊接位置,然后進行受力索、鋼結(jié)構(gòu)的安裝,并對拉索施加預(yù)應(yīng)力。只有在安裝和調(diào)整過程中,提前設(shè)置合理的內(nèi)應(yīng)力值,才能保證玻璃安裝后在荷載作用下混合結(jié)構(gòu)支撐體系變形才能在允許的范圍內(nèi)。

    3.1.2.4 施工與質(zhì)量控制

    自平衡魚腹式索鋼架混合結(jié)構(gòu)支撐體系玻璃幕墻的施工與設(shè)計關(guān)系十分緊密,設(shè)計時必須預(yù)先考慮施工的步驟,尤其必須預(yù)先規(guī)定好張拉預(yù)應(yīng)力的步驟,實際施工時必須嚴格按照規(guī)定的步驟進行,如果稍有改變,就有可能引起內(nèi)力很大變化,會使支承結(jié)構(gòu)嚴重超載,因此,施工人員必須清楚設(shè)計人員的意圖,設(shè)計人員必須做好透徹技術(shù)交底并在關(guān)鍵的施工階段親臨現(xiàn)場指導(dǎo)。

    索鋼架混合結(jié)構(gòu)支撐體系的假設(shè)必須首先建立支承結(jié)構(gòu),把已經(jīng)預(yù)拉并按準確長度準備好的索鋼架就位,調(diào)整到規(guī)定的初始位置并初步固定,然后按規(guī)定的次序進行預(yù)應(yīng)力張拉,張拉預(yù)應(yīng)力一般利用各種專門的千斤頂進行操作比較方便,而且易于控制張拉力的大小,張拉過程要隨時監(jiān)測索系的位置變化,必要時在征得設(shè)計人員同意后做適當調(diào)整,使整個拉索式點連接全玻璃幕墻完成時達到預(yù)定位置。

    3.1.2.5 索網(wǎng)張拉施工

    用超張拉法達到內(nèi)力平衡,豎向受力索桁架是采用整條索通過固定支點形成的多榀桁架,預(yù)拉力施加時只能在一端進行,經(jīng)試驗證明,每通過一個固定支點時,因摩擦阻力等因素造成的內(nèi)力損失為10%左右,會出現(xiàn)內(nèi)力不平衡,為消除此現(xiàn)象,我們采用了超張拉的方法。在施加預(yù)應(yīng)力時根據(jù)單根索所通過的固定支點的數(shù)量按損失的內(nèi)力值來確定超張拉力。經(jīng)12h持荷后將超張拉值松弛到設(shè)定的預(yù)拉力值后達到內(nèi)力平衡。

    預(yù)應(yīng)力張拉步驟首先安裝承重索并將預(yù)應(yīng)力值一次施加到位,然后安裝受力索,前后受力索必須同時在一端張拉,分3步進行:

    ①在索布設(shè)結(jié)束后先進行第1級張拉,按總預(yù)拉力值的20%控制拉力;

    ②經(jīng)調(diào)整達到內(nèi)力基本平衡,空間定位基本到位后進行第2級張拉,按總預(yù)拉力值的80%控制拉力,當拉力到位后粗調(diào)懸空桿的位置并保持拉力進行定位尺寸調(diào)整;

    ③當內(nèi)力穩(wěn)定后測量每榀桁架的內(nèi)力損失情況,確定超張拉值進行超張拉,并持荷12h;

    ④當超張拉內(nèi)力穩(wěn)定后將內(nèi)力放松至100%的預(yù)拉力控制值,經(jīng)測量調(diào)整使每一榀索桁架的內(nèi)力均達到預(yù)張拉值后,將節(jié)點固定鎖緊,并與垂直承重索連接鎖緊。

    4)索力測量

    在施工過程中采用三點式索張力測量儀,該測量儀可用于任何位置索段的索張力測量。這種測量方法,原理簡單、量測可靠。

    三點式索張力測量儀測量精度在2%以內(nèi)。采用10T20T三點式索張力測量儀各一臺,分別用于橫索和豎索張力檢測。

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    三點式索張力測量儀工作原理(自平衡魚腹式索鋼架)

    3.1.3  施工控制監(jiān)測

    張拉過程中,因受力影響,將產(chǎn)生一定的平面及高程位移,是監(jiān)控工作中的重點控制環(huán)節(jié)。監(jiān)測工作將使用TCR402全站儀進行,該儀器具有在170米內(nèi)免棱鏡功能,即無需架設(shè)反射棱鏡或測量反射貼片,使觀測過程十分簡單、迅速,根據(jù)工程半徑,該儀器完全符合需要,能滿足動態(tài)、多點位測量的快速測量需求。在觀測前,預(yù)先在索控制部位做好標志,由TCR402直接讀取標志三維坐標,通過各狀態(tài)的讀數(shù)同初始值的比較,可反應(yīng)施工過程中索的空間變形情況。并指導(dǎo)施工進行調(diào)整

    4 結(jié)

    1)本大廈幕墻采用了魚腹式拉索結(jié)構(gòu)體系,結(jié)構(gòu)新穎美觀且受力合理,充分發(fā)揮了預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。

    2)施工前進行仿真計算,施工過程中對預(yù)應(yīng)力拉索及鋼結(jié)構(gòu)變形進行了監(jiān)控,有效地保證了鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

    3)制定合理的施工順序,有效地減小施工安裝誤差,保證施工質(zhì)量。

    4)根據(jù)現(xiàn)場施工條件,設(shè)計了輕巧的張拉設(shè)備,節(jié)省了施工工期。

     

    參考文獻

    [1] 《玻璃幕墻工程質(zhì)量檢驗標準》JGJ/T139-2001 J139-2001  中國建筑工業(yè)出版社

    [2] 《玻璃幕墻工程技術(shù)標準》JGJ102-2003  中國建筑工業(yè)出版社

    [3] 《建筑結(jié)構(gòu)用索應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》DG/TJ08-019

    [4]  高志波、陳龍美,雙曲索網(wǎng)結(jié)構(gòu)張拉施工技術(shù)研究.工業(yè)建筑.2009年第39卷增刊

    (上海建科建設(shè)發(fā)展有限公司,上海,200032


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