摘 要：大跨度張弦梁高空施工作業(yè)存在風(fēng)險(xiǎn)大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)多、吊裝方式選擇難等問(wèn)題，由此引發(fā)了“構(gòu)件錯(cuò)位”及“構(gòu)件變形”一系列施工質(zhì)量問(wèn)題。在象嶼大廈的大跨度張弦梁施工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程的質(zhì)量控制要因進(jìn)行分析，提出了針對(duì)性的解決方案，同時(shí)對(duì)大跨度張弦梁體系施工技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，提高了一次安裝合格率，取得了良好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：大跨度；張弦梁；安裝合格率；3D掃描；有限元分析文章編號(hào)：2095-4085（2024）02-0067-03

1 工程概況

象嶼集團(tuán)大廈位于廈門(mén)市湖里區(qū)，地下3層，地上11層，建筑高度48.5m。主體結(jié)構(gòu)總體分為東西塔樓，其中二至四樓兩塔樓通過(guò)裙樓連接，并在機(jī)房層通過(guò)張弦梁進(jìn)行連接，張弦結(jié)構(gòu)屋蓋由上弦鋼梁、下弦索及中部的圓管撐桿構(gòu)成，兩端分別設(shè)有滑動(dòng)支座和鉸支座。其中上弦鋼梁截面尺寸為500mm×300mm×20mm×20mm，最大跨度為39.9m，共10根。

本工程張弦梁位于屋面層，標(biāo)高為50.6m，下方為裙樓三層（8m）、四層（13.4m）、五層（15.8m），且無(wú)任何腳手架及操作平臺(tái)等措施，預(yù)應(yīng)力鋼索施工90%以上為高空作業(yè)，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大。張弦結(jié)構(gòu)與塔樓結(jié)構(gòu)連接方式多樣化［1-4］，吊裝方式選擇難，且本項(xiàng)目質(zhì)量要求高。若出現(xiàn)返工，將需要花費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力進(jìn)行后期調(diào)整。因此需要提高大跨度張弦梁一次安裝合格率（見(jiàn)圖1）。

2 張弦梁屋蓋安裝質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 質(zhì)量控制要因分析

項(xiàng)目部對(duì)既有同類型工程張弦梁安裝的不合格因素進(jìn)行了討論分析，并利用排列圖對(duì)收集到的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（見(jiàn)圖2）。

由排列圖中可以看出：“構(gòu)件錯(cuò)位偏差大”及“構(gòu)件變形大”是影響大跨度張弦梁體系安裝的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

針對(duì)“構(gòu)件錯(cuò)位偏差大”及“構(gòu)件變形大”的問(wèn)題，項(xiàng)目部進(jìn)行了專項(xiàng)論證，認(rèn)為只有大幅度降低這兩項(xiàng)關(guān)鍵癥結(jié)的發(fā)生，才能確保提高大跨度張弦梁一次安裝合格率。針對(duì)此要求，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及既有工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，找到了以下三個(gè)問(wèn)題，并采取了相應(yīng)的措施。

2.2 質(zhì)量控制關(guān)鍵問(wèn)題

2.2.1 下料方法

傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)下料是按照施工詳圖放出足寸節(jié)點(diǎn)大樣，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)考慮預(yù)留收縮量進(jìn)行切割下料，此方法制作的構(gòu)件尺寸與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求尺寸誤差較大，這將直接影響構(gòu)件的相互連接，不利于現(xiàn)場(chǎng)的安裝調(diào)節(jié)。

2.2.2 吊裝方法

原方案定于在地面將分段1～3整段進(jìn)行拼裝焊接，然后整榀提升安裝。但在整段吊裝過(guò)程中，由于跨度大且重量過(guò)大，鋼梁兩端存在明顯的下擾現(xiàn)象，產(chǎn)生變形，使得整榀吊裝難以控制安裝精度。

2.2.3 監(jiān)測(cè)方法

監(jiān)測(cè)階段如采用振動(dòng)頻率法，要建立拉索的簡(jiǎn)化模型，實(shí)測(cè)拉索的振動(dòng)頻率，經(jīng)過(guò)計(jì)算間接得出索力，因?yàn)槭軠p震器、外護(hù)套等影響，其測(cè)量精度比較差。如采用壓力傳感器，要串接在受力結(jié)構(gòu)中，將傳遞到傳感器上面的力測(cè)量出來(lái)，但由于受荷載長(zhǎng)期作用、材料徐變、形變傳遞失真等方面的影響，耐久性和長(zhǎng)期精度很難保證。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法無(wú)法滿足本工程預(yù)應(yīng)力拉索施工，導(dǎo)致拉索預(yù)應(yīng)力存在偏差，構(gòu)件定位難以保證，易出現(xiàn)構(gòu)件錯(cuò)位。

3 張弦梁屋蓋施工技術(shù)優(yōu)化

3.1 三維技術(shù)輔助下料

3.1.1 BIM建模技術(shù)

通過(guò)激光掃描跟蹤儀掃描，獲得現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)外輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用軟件生成BIM模型，通過(guò)模型直接分析得出鋼構(gòu)件的尺寸，輔助精準(zhǔn)下料。

3.1.2 有限元分析模擬

采用大型有限元軟件Midas建立模型，將拉索安裝及張拉施工過(guò)程劃分成56個(gè)關(guān)鍵施工步驟進(jìn)行施工仿真分析，并采用Ansys進(jìn)行校核計(jì)算，計(jì)算出張

拉后的結(jié)構(gòu)受力情況，根據(jù)這一狀態(tài)，給出鋼索的精確下料長(zhǎng)度（見(jiàn)圖3）。

通過(guò)此方式，鋼梁和拉索的精度得到有效控制，切實(shí)為工廠制作下料提供了數(shù)據(jù)支持。

3.2 吊裝方案優(yōu)化

3.2.1 構(gòu)件分段

由于張弦梁最大跨度為39.9m，跨度較大，自重大，將引起吊裝過(guò)程中下?lián)系痊F(xiàn)象，對(duì)構(gòu)件錯(cuò)位造成較大影響，現(xiàn)將張弦梁按3個(gè)分段進(jìn)行劃分，分段示意圖（見(jiàn)圖4）。

考慮到鋼梁的運(yùn)輸，將分段2分為3段進(jìn)行加工和運(yùn)輸，在現(xiàn)場(chǎng)地面進(jìn)行拼裝。分段示意圖（見(jiàn)圖5）。

3.2.2 合理布置安裝順序

第一步：先完成屋面層鋼結(jié)構(gòu)、滑動(dòng)支座及鉸支座的預(yù)埋及安裝。

第二步：使用塔吊安裝各榀張弦梁西塔側(cè)的分段1、分段2，以及東塔側(cè)的分段4。

第三步：分段2、分段4均存在較長(zhǎng)的外挑段，因此設(shè)置剛性桿件、柔性拉索相結(jié)合的方式對(duì)分段2、分段4的外挑段進(jìn)行支撐、拉結(jié)固定。

第四步：使用汽車(chē)吊或塔吊（雙機(jī)抬吊）的方式吊裝分段3，即完成整榀上弦梁的安裝。

第五步：安裝上弦梁下部的圓管撐桿，并用銷軸固定。

第六步：安裝張弦梁的主索，通過(guò)設(shè)置于東、西塔樓屋面層結(jié)構(gòu)板的卷?yè)P(yáng)機(jī)將拉索分別提升到位，通過(guò)銷軸固定拉索連接的耳板與夾板，再通過(guò)張拉工裝和設(shè)備進(jìn)行張拉施工，主索即安裝完成。

第七步：安裝張弦梁兩側(cè)的抗風(fēng)索、穩(wěn)定索，同樣采用張拉工裝和設(shè)備進(jìn)行張拉，單榀張弦梁立面上的拉索即完成安裝。

第八步：通過(guò)塔吊安裝主梁間的附屬桿件，再逐榀完成平面抗風(fēng)索的安裝。

利用合理分段，減少因自重過(guò)大產(chǎn)生撓度，且確保拉索在施工張拉過(guò)程中均處于彈性變形范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)、施工要求。

3.3 監(jiān)測(cè)方案優(yōu)化

3.3.1 位移監(jiān)測(cè)

位移監(jiān)測(cè)在結(jié)構(gòu)上選取張拉過(guò)程中位移響應(yīng)敏感的位置進(jìn)行三維坐標(biāo)監(jiān)測(cè)。采用在拉索上弦鋼梁的跨中和滑動(dòng)支座的位置附近布置2組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在對(duì)應(yīng)上部鋼構(gòu)件表面，構(gòu)件上粘貼反射片，用全站儀直接讀取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息。

3.3.2 索力監(jiān)測(cè)

采用磁通量傳感器對(duì)索力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)非接觸式測(cè)量解決傳統(tǒng)傳感器受力疲勞影響使用壽命的問(wèn)題，不損傷結(jié)構(gòu)，抗干擾能力強(qiáng)、精確性高，與計(jì)算機(jī)連接，可進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程健康監(jiān)測(cè)。

經(jīng)方案調(diào)整后，精準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)索力及位移變化，達(dá)到與計(jì)算模型相吻合。同時(shí)鋼梁和拉索的精度得到有效控制。

3.4 優(yōu)化后效果

在實(shí)施優(yōu)化措施后，對(duì)已施工的大跨度張弦梁體系進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)一次安裝合格率提升了13.9%，并且影響大跨度張弦梁結(jié)構(gòu)體系一次安裝合格率的主要癥結(jié)，已經(jīng)由主要問(wèn)題下降為次要問(wèn)題，效果顯著，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程大跨度張弦梁由于跨度、自重及所處中庭裙樓上空的位置等因素，存在高空施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)多、吊裝方式選擇難等問(wèn)題，由此引發(fā)了“構(gòu)件錯(cuò)位”及“構(gòu)件變形”一系列施工質(zhì)量問(wèn)題，是本項(xiàng)目施工的一項(xiàng)重大技術(shù)難題之一。通過(guò)三個(gè)施工技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化，有效解決了對(duì)應(yīng)的難點(diǎn)。

三維技術(shù)輔助下料，大跨度張弦梁施工時(shí)采用3D掃描技術(shù)收集既有鋼結(jié)構(gòu)外輪廓信息，建立BIM模型，通過(guò)BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)拉索及其耳板、撐桿和主次鋼梁精確下料。

吊裝方案優(yōu)化，利用合理分段，通過(guò)吊裝工況分析論證分段方案可行性，采用大型建筑結(jié)構(gòu)通用有限元分析與計(jì)算軟件midas Gen對(duì)主梁安裝進(jìn)行驗(yàn)算，確定安裝過(guò)程豎向位移在允許范圍內(nèi)。

監(jiān)測(cè)方案優(yōu)化，利用有限元分析計(jì)算軟件midas Gen，對(duì)將拉索安裝及張拉施工全過(guò)程劃為35個(gè)關(guān)鍵施工階段進(jìn)行仿真計(jì)算分析確認(rèn)并通過(guò)磁通量傳感器對(duì)索力進(jìn)行監(jiān)測(cè)：鋼構(gòu)件在施工張拉過(guò)程中均處于彈性變形范圍內(nèi)；結(jié)構(gòu)應(yīng)力、下?lián)虾蜆?gòu)件穩(wěn)定性均在安全范圍內(nèi)；張拉順序及分級(jí)能夠滿足設(shè)計(jì)、施工要求。

本文總結(jié)了大跨度張弦梁施工安裝質(zhì)量控制要點(diǎn)，提出了對(duì)應(yīng)的優(yōu)化方案，對(duì)以后相似的張弦梁施工提供了有力的技術(shù)保證。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉強(qiáng).淺談張弦梁預(yù)應(yīng)力施工實(shí)施思路［J］.四川建筑，2009，29（3）：196-198.

［2］劉晟.預(yù)應(yīng)力張弦梁設(shè)計(jì)理念與施工控制研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2007.

［3］候會(huì)杰.平面張弦梁結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程控制研究［D］.天津：天津大學(xué)，2007.

［4］劉錦程.大跨度鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工技術(shù)的應(yīng)用分析［J］.建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2017，44（7）：6-7.