上海国际港客运中心外层弧形幕墙预应力钢结构的张拉及的安装

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摘要：幕墙钢结构的支撑立柱跨度大，材质为Q460，采用不锈钢拉索张拉，产生预应力，增强结构刚度，减小结构变形。本文主要针对钢结构如何施加预应力和安装进行阐述。

关键词：钢立柱；拉索；张拉；预应力

中图分类号：TU394文献标识码： A

引言：此幕墙钢结构的立柱跨度大，生产和运输都需要分段切割，安装时候需要现场拼装和焊接，上下撑杆固定之后，每个层间的不锈钢拉索分批次分步骤进行张拉，使立柱的位移和拉索的内力与设计相符。

1.工程简介

上海港国际客运中心外层玻璃幕墙钢结构工程，钢结构为玻璃幕墙承重主体结构，主要包括钢立柱、钢横框，另外还有立柱的拉索、撑杆。

钢结构体系由波浪形的双跨简支立柱组成，立柱与混凝土楼面的顶底两层通过两个撑杆铰接到混凝土的梁上，撑杆之间楼层全部连接预应力拉索，立柱底部铰接到混凝土基础上，整个立柱为双跨简支梁模型，长跨之间的拉索对立柱来施加预应力，以抵抗风荷载产生的变形；每榀立柱之间用横向钢管连接，为立柱提供侧向支撑；每个层间又分布V型的拉索，抵抗侧向地震作用，使整个钢结构体系形成一个稳定的空间结构体系。钢结构形式：立柱采用箱形截面，长度方向为弧型；立柱两翼缘板长160mm，宽40mm，钢材材质Q460；立柱腹板采用Q345钢，腹板厚15mm，立柱间距7.5m；立柱间采用钢横框连接，钢横框截面80×（180-100），板厚12mm。

立柱安装就位后，每个拉索点，施加拉应力，水平最大位移约450mm。

2.安装思路

本工程钢结构安装，重点是钢柱、钢横框的安装。难点是钢柱安装就位后，需要施加拉力，在拉力作用下，钢柱产生变形，最大变形距离450mm。根据钢柱拉力变形前的设计图纸，考虑运输和吊装需要，钢柱在工厂分段加工，通过汽车运到安装现场。

设计张拉内力计算按单根计算，整体组合。因此，钢柱的张拉方式可进行单根张拉，也可以采用单元张拉以及整体张拉，对于张拉的效果无本质区别。关键是控制张拉的行程及在张拉过程中不产生单根索或多根拉索的拉力大于设计张拉力。原则采用单根钢柱张拉，也可以采用单元张拉（2 根钢柱及相连接的横框梁连接后，形成框架式，防止在张拉中单根钢柱产生侧向扭曲）。立柱在采用流水作业，从东边开始吊装作业，依次向西边推进。每2根立柱作为一个单元，每个单元安装完后，进行该单元立柱张拉，最后连接单元之间的钢横框。

张拉步骤及张拉行程的控制：在张拉前，必须把上下撑杆及能够由于安装上的拉索全部安装完毕，然后进行拉索的张拉。由计算结果可知，从中间开始张拉时拉索的内力较小，故张拉顺序为从中间到两端，一共分五轮张拉结构，第一轮第一步张拉33.0m 标高拉索，第二步张拉28.2m 标高拉索，第三步张拉37.8m 标高拉索，第四步张拉23.4m 标高拉索，最后一步张拉42.6m 标高拉索，由此完成一个张拉轮回，然后按同样的顺序完成剩下的四个轮回。

3.安装顺序

外层幕墙根据构件运输及现场情况进行分段，每根钢柱分五段，每二根钢柱及与钢柱之间的连接横梁组合，形成一个单元。6、5 线钢柱为第一单元；4、3 线钢柱为第二单元、2、1 线为第三单元。安装机械的选用：第一段1～3 单元采用12 吨汽车吊进行安装，其它分段采用屋面设置的桅杆吊安装。2、安装方法：1、采用12 吨汽车吊安装第一段6 根钢柱以及相应的横框梁，从6 线向1 线方向推进。销好底部固定销轴以及上部钢管撑杆，进行钢柱的标高、轴线、垂直度的测量和校正，再安装横框梁，根据划分的单元，进行各单元的横框梁焊接（各单元间的横框梁先不焊接）， 然后安装第一单元第二段钢柱及横框梁、测量校正焊接固定后再安装第一单元第三段钢柱及横框梁，以此类推完成第一单元的5 个分段的钢柱及横框梁的安装、校正固定工作。按照第一单元的安装方法，完成 2 个单元的钢柱及横框梁安装。（注：各单元间横框梁连接处均不焊接，横框梁与钢柱的连接螺栓先不要拧紧）3、张拉方法：根据设计要求，钢柱张拉最大行程为347mm（标高37.8m 处），其次为346mm （33.0mm 处）、268mm（42.6m 处）、267mm（28.2m 处）、最小行程为134mm（23.4m 处）。最大张拉力约214KN。由于钢柱下端为固定支座，因此，张拉延伸方向向上。

4.焊接

本工程现场，钢柱采用破口全熔透焊接，钢横框梁垫板全熔透焊接，钢框梁连接板为角焊缝，焊接工艺方法和工艺参数的使用需要严格控制。所有坡口焊缝均为一级焊缝，要求100％超声波探伤；焊角长度13mm的部分熔透焊缝20%超声波探伤；连接腹板和翼缘焊缝总长度的20%超声波探伤。

5.测量控制

（1）、立柱垂直度

柱子垂直度是保证整体钢结构符合设计要求的重要参数，因此控制柱子的垂直度便显得尤为重要。

1)在两条互相垂直的轴线上(或两条互相垂直的方向上)分别安置经纬仪，仪器与柱子的距离不小于柱高的1.5倍。

2)先瞄准柱子下部已标注的中线标志，再扬起望远镜进行观测，如经纬仪的竖丝始终与柱子中心线重合，则说明柱子是垂直的，否则将进行校正。

3)实测柱顶的垂直度偏差，首先仰视柱子顶端的中心点，然后在俯视柱子底部中心点，若不重合，则投设出一点，量取该点至柱底中心标志的距离，即是柱子的垂直偏差值。

4)柱身垂直允许偏差：单层柱，高度超过10米的，为柱高的1：1000，但不得大于25毫米；对接柱，下节柱为1：1000，不大于10mm，柱全高为35mm。

5)柱子垂直校正的注意事项：用做柱子垂直校正的经纬仪，必须经过严格的检验和校正。因为在垂直控制时，往往只用盘左或盘右，故仪器误差对测量结果影响较大。

6)柱子垂直校正时，还注意检查是否柱子产生水平位移。

7)在日光照射下进行垂直度校正时，应考虑记录光照方向和温度，以备复测时参考。

（2）、高程控制

控制点必须通过已有的控制点。

采用水准测量的方法，利用已建立的临时高程控制点对本区内的柱子进行高程控制，设A点为本区的临时高程点，B点为柱子的设计位置，将水准尺正放，A点的高程为HA，B点的高程为HB（已知），a为立于A点上水准尺的读数，当B点水准尺的读数为b时，则该水准尺的零点就是B点的放样位置。

6.施加预应力

对立柱变形距离，在拉索伸缩范围内的点，直接将拉索安装上，采用拉索张拉器进行张拉，同时旋紧拉索。

对于立柱变形距离超过拉索变形范围的点，采用千斤顶进行张拉，见图8。待立柱变形到拉索变形范围后，安装上拉索，再采用拉索张拉器进行张拉，到安装好拉索。

为防止立柱在张拉过程中，平面外失稳，在立柱两边设置稳固设施，

标高在23.230m和42.430m两点处，直接采用拉索张拉器进行张拉，对标高在28.030m、32.830m和37.630m三点处，先采用千斤顶进行张拉，然后采用拉索张拉器进行张拉。

千斤顶应力施加装置程序：

1)锁口紧固；

2)千斤顶逐渐顶升，推动钢框向前进方向移动；

3)钢框带动立柱，使立柱变形；

4)立柱变形达到拉索伸缩范围后，安装拉索，缓慢松掉千斤顶；

5)安装拉索张拉器；

6)拉索张拉器进行张拉，同时旋紧拉索；

7)拉索收缩，使立柱变形达到设计位置。

拉索张拉行程表

7.结束语

本工程钢结构的形式为预应力钢结构，主要是在双跨简支梁的立柱上施加预应力，预应力主要通过对长跨实行拉索的张拉而产生，预应力的取值主要通过立柱的变形来实现和控制，使得立柱在正风压的时候，取代预应力，产生很小的变形，增大了立柱截面的刚度，降低了工程成本，增加了结构的通透性和美观程度，实现了优秀的建筑体系。