浅谈大跨度预应力钢结构施工质量控制

摘要：在现阶段的社会发展过程中，人们为了提高施工技术、降低成本，采用先进的技术手段对预应力进行改善和完善的过程即为预应力大跨度空间钢结构。文章主要分析了大跨度预应力钢结构施工质量控制方法，对于施工遇到的问题提出了改善对策。

关键词：大跨度；预应力；钢结构；质量控制

中图分类号： O213.1文献标识码： A

引言

大跨度预应力钢结构是将现代预应力技术应用到比如网架、网壳等网格结构、索、杆组成的张力结构、立体桁架结构等一类大跨度结构，从而产生的一种新型的、杂交的预应力大跨度空间钢结构体系。在近些年来在建筑工程施工中有着十分广泛的应用和。对于大跨度预应力钢结构施工项目来说，怎样控制好整个施工过程的质量，是当前最应该重视的额问题，它也将是推动工程项目顺利实施的重点。

国内外大跨度预应力钢结构的应用类型

（一）预应力网格结构

现代预应力技术和空间网格结构（主要有网架和网壳）相结合就能构成预应力的网格结构。

弓式支架结构

弓式支架结构是一种新型的我国科技人员研制开发的预应力空间钢结构，它有着传力明确、自重轻、施工快、可拆卸的特征，不但能在永久性建筑中应用还能在可拆卸的II缶时性建筑，还可以在开启式屋盖结构中应用。

（三）张弦粱结构

近些年来发展起了张弦梁结构的大跨度钢结构，它能在屋盖结构、楼层结构中应用，还能够在墙体结构（如玻璃幕墙的立柱）中应用。国内的大跨度张弦梁结构还处于初步应用阶段，浦东国际机场航站楼屋盖和广州会展中心屋盖就是最具代表的工程。

（四）斜拉网格结构

把斜拉桥技术和预应力技术相结合在网格勾结中应用而形成的一种形式新颖、协同工作的杂交空间结构体系，能称作斜拉网格结构，它同样也是内部空间宽广、造型新奇、颇有景点特色的大跨度建筑结构。

（五）索穹顶结构

美国工程师盖格尔研究开发了索穹顶结构，在1988年韩国汉城奥运会体操馆（直径120m）和击剑馆（直径90m）得到了应用。它的主要构成要素有脊索、中心环、谷索、受压圈梁、环向拉索、斜拉索、立柱和扇形膜材。目前为止，在我国大陆还没有建成的索穹。

因为在重要的公共建筑中预应力大跨度空间钢结构应用的比较多，例如会展中心、机场航站楼、体育场馆等，使某一地区的建筑技术得到了集中体现。所以在具体的设计与施工过程中，应合理地结合专业学科，从而建设出真正高科技、独具特色的空间结构形式。

二、工程概况

山西体育中心体育馆可以举办国际单项赛事和国内综合赛事的大型甲级体育建筑。建筑面积 2.7 万m2；高30 m；比赛场屋面结构形式为是大跨度多重弦支网壳钢结构，由7 榀主索桁架、6 榀次索桁架及其他钢构件构成；由265 根5 钢丝束组成主索，109 根5 钢丝束组成次索；比赛场跨度67.2 m ～87.7 m，多重弦支网壳钢结构预应力张拉施工是工程整个施工的难点和重点。

三、施工难点及对策

（一）预应力张拉顺序

从理论角度说，采取同步张拉的施工方法对全部预应力主、次索施工，索力及主桁架、竖向变形，通常支座水平变形都在理想状态下，然而这种张拉方法的运用，必须得有大量的张拉工装设备及管理人员和操作人员作为支撑，而且有非常大的指挥协调难度。

通过对本工程的分析论证，采取先将两两同步张拉预应力主索对称，再将两两同步张拉预应力次索的张拉顺序对称。即：

对③轴，轴； ⑤轴，轴；⑦轴，轴；⑨轴；预应力主索依次进行张拉。

2）完成预应力主索张拉以后，对②轴，轴；⑥轴，轴；⑦轴，⑩轴预应力次索的施工顺序依次进行同步张拉，具体如图1所示。

索力及变形的控制索力和变形指的是对钢索施加预应力后桁架以及支座的变形，也就是跨中竖向位移、支座水平位移。这两个一定要满足设计的规定，要是索力超标不符合规定要求，变形太大就会造成事故，通过大型有限元分析软件( ANSYS) 分析工程的实际情况，给出了施工理论拉力值（表1）。对控制原则进行了确定：以索力控制为主，变形位移控制为辅，变形作为控制张拉过程的参考。在过程中严格进行监控，与相关部门及时沟通。

张拉对其他结构的影响

该工程的施工顺序应为，完成主桁架预应力张拉后，就能安装与主桁架相连的两侧鱼腹式桁架，然而因为工期的因素，需要提前安装主桁架两侧鱼腹式桁架。这可能就会造成预应力张拉导致支座出现位移，从而使鱼腹式桁架形成附加应力而对结构安全造成影响。分析研究后决定采取下列措施：鱼腹式桁架一端支座固定，另一端与主桁架相连支座变成临时活动支座，等到完成预应力施工以后再焊接固定。

预应力张拉施工及质量控制

（一）施工准备

施工准备是建设施工必须具备的条件，其对于钢结构建设任务的顺利完成有着十分重要的作用。认真做好施工图纸的会审和交底工作，有效解决图纸中的问题，最大程度的降低图纸的差错，消灭图纸中的质量隐患。对钢结构工程施工组织设计认真进行编制，在确保产品质量的基础上制订具体的措施。

（二）对桁架钢构件制作质量控制

对钢构件制作胎架划线和搭设尺寸、钢构件拼装时的基准线和定位方式要进行检查和控制。应在完成焊接制作后的自由状态下对钢构件拼装进行检查。应根据每一件构件拼装胎架中每一个支点的三维空间位置对结构尺寸验收。

（三）钢结构安装质量控制

安装之前，施工单位应该详细检查构件的产品合格证、设计文件与预拼装记录，并对记录构件的尺寸进行复验。钢结构的变形、缺陷超过了允许偏差范围的情况先，应及时处理。钢结构吊装就位以后，应认真测量构件定位轴线、标高等设计要求控制点并做好相关的标记，焊前对吊装对接接头质量进行详细的检查。

（四）高强螺栓施工质量控制

对通过连接高强螺栓的钢结构，制作时首先一定要注意高强螺栓摩擦面的加工质量及安装前的保护措施。在制作钢结构时应该对一定的胎架模具以控制构件的扭曲变形做好准备，并在运输构件时采取有效的固定措施以确保其尺寸稳定性。

拉索被动张拉技术控制，

拉索被动张拉技术就是在其他索中乃至整个结构中通过主动张拉部分索建立所需的预应力，符合结构位形初始态的需求。拉索被动张拉技术具备“牵一发而动全身”的特性，可有效减少拉索张拉量、工装和机具的数量，节省劳动力，减短工期，有着显著的经济性和先进性。

为使力和形达到设计的初始状态，并且使力在形上达到平衡，拉索被动张拉技术要同时控制好力和形。拉索被动张拉技术中只通过张拉主动索来对力和形实现控制是不可以的，需要将制作、安装、调整和整个张拉拉索施工贯穿于其中。因为被动索的张拉不是直接进行的，在调整和固定索长误差之后，不会再发生无应力索长改变，被动索弹性只通过张拉主动索伸长，从而建立所需的预应力在被动索中，所以，其索长是被动索的施工重点，而调整索长误差是控制的一项主要措施。被动索的索长只有有效控制好，才可以确保张拉成型后索杆系子结构的位形，才可以确保索杆系的内力平衡关系（内力比值）与设计相符。索杆系子结构在形和内力平衡关系一定的情况下，张拉主动索可明确的建立预应力值在索杆中。所以说，被动索施工调整索长主要是依据制作和安装等误差，确保索杆子结构的位形和索杆内力比值关系，目的为形的控制；但主动索施工的重点是张拉力，依据索杆内力平衡关系来确保被动索的拉力，主要目的是控制力。拉索被动张拉技术使形和力的双控、控制的过程性、被动索和主动索的同等重要性得到了很好的体现，具备技术的经济性和先进性。

（六）竣工验收的质量控制

在工程竣工阶段，建设单位和相关部门要明确的规定竣工验收指标，比如时间、地点、方法等等。在验收之前现场管理部门要及时清理现场的卫生，汇总安装工程的资料、对工程的报告以及其它资料进行整理；验收完毕之后，要对其验收结果进行记录，在建设单位和质检单位签字确认以后，即可生效。最后要对这些文件存档。

结语

伴随着科技的迅速发展，大跨度预应力钢结构建筑在家主工程领域应用的越来越广泛，而其工程的质量也更加受到人们的重视，这就要求技术人员必须加强对相关钢结构工程专业知识的学习，在实践工程中不断的创新和总结经验，确保工程的整体质量，促进建筑业更好的发展。

参考文献：

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