林现
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摘要：近年来，随着社会经济的发展，城市大跨度结构日益增多。大跨钢结构一般适用于大规模建筑工程，具有跨度大、环境复杂等特点，对于施工质量及工艺要求十分严格，为提高构件刚度、减小构件挠度、改善结构性能，预应力技术逐渐得到了广泛运用。
关键词：大跨空间钢结构预应力施工技术
引言
钢结构预应力是现代经济和科技发展下的产物，也是建筑业一直在推广使用的新技术，预应力施工技术经过混凝土结构的应用发展到了大跨度空间钢结构的应用，这一发展体现了我国过程建设技术的进步。给钢结构施加预应力对于钢结构结构变形的调控和调整杆件应力分布有着积极的作用，当对钢结构变形和杆件应力进行有效的调控以后，钢结构的承载力将大大的提升，可以减少施工过程中的用钢量，这样不仅可以节约资源还可以使结构变得轻盈，便于大跨度、大空间的跨越。大跨空间钢结构的预应力施工技术会涉及到很多的结构形式和各种新型的拉索材料，此外还需要与各种高强材料、高级非线性力学分析和施工技术进行融合，所以其应用的难度还是比较大的，但在近些年来，我国大跨空间钢结构预应力施工还是取得了显著的进步和发展，主要以现在拉索材料、结构形式以及施工技术这三个方面。
1钢结构优点
与其他类型的建筑结构相比，钢结构的优点主要有：
（１）理论分析可靠性高。钢材是理想的弹塑性材料，内部材质均匀，晶体结构接近于各向同性。钢结构的实际工作性能可以被目前的计算理论较好的反应，具有较高的可靠性。
（2）强度较高，质量较轻。钢材强度高于砌体，混凝土和木材，弹性模量也较高。在受力条件相同的情况下，与其他结构相比，钢结构结构质量更轻，构建截面面积更小，在运输和安装上有明显优势，是建造大跨度建构筑物的理想材料。
（3）塑性和韧性好。钢结构有很高的塑性，在破坏之前有较大的塑性变形，会产生有明显的征兆，容易发现，留有充足的时间对结构进行修补。而且钢材韧性高，具有良好的抗震性能，对于冲击荷载与动力荷载有较好的抵抗能力，是地震设防区的理想结构。
（4）制作和安装方便。组成钢结构的构件一般可在工厂制作，具有很高的工业化、批量化程度高，具备大规模的生产能力，生产的产品精度高。采用工厂制作、工地安装的方法可以显著的缩短工期，进而降级造价，发挥投资效应。
（5）具有可焊性与密封性。钢材的可焊性体现在可以不加多余连接件，仅通过焊接就能连接钢结构各构件，使得钢结构可适用于各种复杂结构形状的需要，具有比其他结构如混凝土和木质结构所不具备的显著优点。对气密性和水密性要求较高的结构，可采用焊接连接后进行安全密封的措施来满足密封性要求。
（6）耐热性能高。钢结构具有较好的耐热性，当钢材的表面温度在200℃以内时，钢材的弹性模量和屈服强度几乎不产生任何变化。
2工程概况
该项目为大跨度建筑工程，钢屋盖为弦支穹顶结构，结构类似于椭圆形，长袖长度、短袖长度和矢高分别为89.9m、82.7m、6.559m，为低矢跨比弦支穹顶结构。该结构的上部为单层网壳，内八圈为Kiewitt型，外3~4圈则为联方型布置；下部索杆体系则按照Levy型索系布设，组成构件主要为环索、径向索、撑杆，环索为5圈，钢拉杆为6道。各圈撑杆高度分别为3.244m、3.539m、3.782m、3.600m、2.871m。钢管的弹性模量是2.06×1011N/m2，拉索的弹性模量是1.9×1011N/m2。
3大跨空间钢结构预应力施工技术
3.1拉索张拉点布置
该项目使用的为环向张拉5圈环向拉索，在各环索多处设置有数个张拉点，张拉端的设置可在一定程度上约束张拉力，拉索和索撑之间的反复摩擦会产生应力损失。
3.2预应力材料选择
预应力材料包括拉索、锚具、张拉端连接件等，本工程环向拉索选用1670级GALFAN索，钢丝表层覆盖有GALFAN镀层，镀层材料为95%锌+5%铝的混合稀土合金；拉索锚具采用热铸锚，热铸锚之间采用螺杆。
3.3张拉施工工艺
3.3.1张拉顺序
第一阶段张拉顺序：由外向内逐环实施张拉，需注意的是，应先对各环拉索初预紧再进行张拉，可达到设计内力的90%。
第二阶段张拉顺序：由内向外逐环实施张拉，以提高拉索内力，增强负荷能力，由设计内力90%提高至100%。
3.3.2张拉要点
为确保建筑结构整体的稳定性，需对环索的线性形态进行严格控制，撑杆必须竖直，环索张拉均匀，对于同环环索上各张拉点进行分级张拉，张拉动作需同时进行，一次同步张拉程序如下：预紧（10%）→25%→50%→70%→90%→100%。在张拉动作结束后，环索内力与设计索力相较差值较小，符合施工规范。
3.4预应力监测技术
本项目弦支穹顶结构预应力施工监测内容如下：
（1）对拉锁的内力进行跟踪监测；
（2）对建筑中的重要构件进行跟踪监测，主要监测应力变化情况；
（3）对裂缝等结构变形进行反复检查；
（4）可实施动态试验，对频率与振型等数值进行分析。
通过计算机模拟施工后，确定监测点共计106个。
4施工技术的创新
4.1分析和工艺的结合
大跨空间钢结构预应力施工技术的应用目标是保证设计方案的初始状态，主要包括了力和形这两个部分施工要求的实现，需要明白的是，力和形这两个部分的要求远远的高于一般钢结构的施工要求。理论上要求力和形是完全对应的，但在实际施工中会发现误差是无法避免的，所以要求在施工之前就对各项施工部分进行仔细的分析，在施工中将分析和工艺进行有效的结合，从而更好的实现设计的目的。进行分析时需要对结构性能、施工力学和施工成型状态对结构性能的影响进行仔细的分析。
4.2节点、索头和张拉机具的结合
节点、索头和张拉机具的结合是大跨空间钢结构预应力施工技术中比较关键的技术之一，多样性的建筑形式和结构形式要求节点形式和索头形式具有多样想，而张拉机具需要与索头和节点进行连接，所以就要求节点、索头和张拉机具具有匹配性，能够进行有效的结合。
4.3钢构和拉索施工的结合
钢构性能的形成和改善需要通过拉索和拉索的张力来实现，所以实现钢构和拉索施工的有效结合是实现结构整体目标的关键部分。钢构和拉索施工的结合主要体现在施工方案。全过程分析以及相互施工误差影响这三个方面。
4.4从分析到制作、安装和张拉的全过程控制
与其它钢结构的施工控制相区别的是，在大跨空间预应力钢结构中的施工控制需要从分析开始，贯彻制作、安装和张拉的整个过程中。所以需要从结构性能、施工力学、制作以及张拉这四个部分进行有效的分析，并对其制作、安装的整个过程进行有效的控制。
结语
预应力技术是当前建筑行业应用十分普遍的技术，已被住建部纳入重点推广技术之一。随着城市建设规模的日益扩大，施工工艺逐渐完善，大跨钢结构预应力施工技术也趋于成熟，在超高层建筑工程实施中得到了广泛运用，实践中需规范落实各道工序，合理控制张拉精度，保证结构受力合理，建筑物整体质量达标，满足大跨度、大空间建筑安全使用需求。
参考文献
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