何孜孜"，陈忠辉"，胡正平2（1.中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京100083；2.北京市建筑设计研究院，北京100045）
[摘要】中国（太原）煤炭交易中心中央区采光顶采用玻璃幕墙索网与索弯顶组合的索网弯顶结构.结构进行施工程中的拉索应力和结构位移的监测值与分析模拟值进行比较，结果表明，主索力监测结果与分析模拟值相吻合，幕 全过程分析，由于施工场地的限制，张控成型不同步进行.为保障施工安全，对张拉过程进行施工监测.对张拉过墙次索应进行二次调整；杆件应力、位移、变形都在合理范围之内；说明张拉成型可不必严格同步进行.
[关键词】钢结构：索弯顶：张拉；监测
[中图分类号]TU758.11 [文献标识码]A [文章编号】1002-8498（2011)19-0027-03
Pre-tensioningTechnique and Monitoring of CableDomein China(Taiyuan)Coal Trading Center
(1. School of Mechanics & Cinil Enginering Chin Uniesity of Mining & Technology He Zizi Chen Zhonghui' Hu Zhengping²Bejing Bejing 100083 China;2. Bejing Istiute of Archietarl Design Bejing100045 China)
Abstract;The central lighting roof of China ( Taiyuan) Coal Trading Center adopts cable-net dome whichconsists of glass curtain wall and cable dome. Authors make construetion analysis on this structure during o e e a d od uoo q un p u pue ss aqo o se aanalysis data and construction process of monitoring data. The results show that the cable stress of domemonitoring and simulation value agree well the cable of the glass curtain wall should be adjusted. Stress displacement and deformation of struts is in reasonable range and the pre-tensioning can be asynchrony.
Key words;steel structures; cable dome; tension; monitoring
1工程概况
中国（太原）煤炭交易中心-展览中心中央区采光顶为玻璃幕墙次索网与索穹顶组合的索网穹顶结构，其平面为圆形，直径36m，矢高1.636m，结构 中心点标高25.848m.结构主要特点为在索弯顶主结构（见图1）的基础上，增加了上层幕墙次索网（见图2）；屋面覆盖材料采用点支式玻璃屋面.索穹顶主结构由脊索、斜索、环索、压杆、外环受压环及内环刚性拉力环构成，是典型的肋环型（即Geiger型） 索穹顶结构体系，单福立面如图3所示.
图1索宫顶主结构索布置Fig. 1The cable arrangement of the cable dome
工程的特点和张拉设备能力，确立了地面组装索 下斜索和脊索或者调节压杆长度等方案.根据本杆、利用周边结构作为塔架来提升牵引索杆系、高空仅张拉最外圈斜索使结构成型的技术路线.
2张拉成型过程
根据索穹顶结构中拉索和压杆组成的几何拓扑关系，该体系施工方法可以分别采用张拉环索、
索宫顶分五级张拉成型.施工时为冬季，考虑%011%06%04%09 到湿度因素在最后超张拉10%.5级张拉为：初紧
3预应力施工全过程分析
3.1分析方法
3.2分析软件
3.3张拉成型过程分析
图2玻璃幕墙次结构索布置Fig.2The cable arrangement ofthe glass curtain wall
图3索穹顶单相立面Fig.3The front view of the cable dome
用千斤顶张拉外斜索，调节外斜索套筒，张拉行程分别为100mm→60mm一20mm→0mm.每级张拉完成后都进行施工监测（部分监测数据见表1，2）.
由于场地的限制，不能同时太多人进场进行同步张拉，所以采取分级分批张拉.如图1所示，1号处外斜索和与之对称的9号处外斜索为第1组，2号处外斜索和与之对称的10号处外斜索为第2组，2批.每级张拉分批进行：第1批张拉结束后每1 依此类推分为8组.奇数组为第1批，偶数组为第组工人到右手边的偶数组，进行第2批张拉，第2批结束后工人回到原来的奇数组准备下一级张拉.
通过引人虚拟的惯性力和黏滞阻尼力以及系列分析技术，建立整体结构的非线性动力有限元方程，将难以求解的静力问题转为易于求解的动力问题，并通过选代更新索杆系位形，使动力平衡状态 逐渐收敛于静力平衡状态.
采用上述专利分析方法，基于ANSYS通用分析软件平台开发了分析程序.由于到结构具有几何非线性和材料非线性的特点，分析中考虑几何大变 形和应力刚化效应.拉索采用仅受拉的索单元，不受压，不受弯；撑杆采用两端铰接杆单元.施工分析荷载根据施工过程考虑结构自重.
析模型如图4所示.①工况1张拉外斜索，调节 分级分批的张拉过程模拟为5个工况，部分分
外斜索套筒，距张拉到位160mm；②工况2距张拉到位100mm；③工况3距张拉到位60mm；④工况4距张拉到位20mm；工况5超张拉20mm（部分模拟值见表1，2）.
图4工况5ANSYS分析模型Fig.4 The model of ANSYS simulationat working condition 5
4结构施工监测仪器及测点布置
4.1结构监测仪器
撑杆的应力监测采用振弦应变计（BGK-4000振弦式应变计），该仪器与待测钢结构的温度膨胀系数相同.该仪器标准量程为3000μe，灵敏度1.0μ6.主结构索的应力测量采用JMM-268索力动 测仪.幕墙索的应力监测采用弓式测力计，其原理依据为力平衡法，测力精度可控制在3%左右.结构位移监测采用徕卡TPS1000高精度精密全站仪.
4.2测点布置
撑杆应力监测点选择索弯顶间隔90°布置的4，8，12，164个轴线（轴号见图1），在这4个轴线的外撑杆、中撑杆的下端附近布置应力监测点，在杆件左右两侧相同位置布置监测点，以保证监测数据的可靠性.主结构索力监测点也选择索弯顶间隔90° 布置的4，8，12，164个轴线（轴号见图1），对这4个轴线上的3段脊索和一段外斜索进行监测.
幕墙次索网的索力监测选两个对称的单元（次幕墙索力监测从施工方张拉设计值的70%开始监 索编号见图2），1个单元内的3段脊索，6段环索.测.结构位移的监测主要是测量2，4，6，8，10，12，14，16轴线中撑杆上、下节点的竖向标高.
4.3张拉过程监测值与数值模拟结果比较分析
拉过程实测值与分析模拟值进行比较分析. 在表1、表2中将撑杆、主结构索和幕墙索的张
1）由监测的数据结果可以看出，构件测点应力水平远低于材料屈服值，满足设计及规范要求.
2）索杆的应力误差在体系成型前较大，随着张在成型前与成型时比相对较小，索杆长度的变化也 拉逐步到位误差减小.这主要是因为索杆的内力较小，通常为几个毫米，而实际构件在加工安装时存在的误差也能达到这个量级，进而影响索杆应力的成型精度.
3）由表1中的误差可以看出，张拉过程中主索
表1.张拉各阶段撑杆和主构索应力值
Table 1Stresses of struts and main cables at every stage of the pre - tensioning
构件应力杆件位置 张挖50% 张拉70% 张拉90% 张拉110%实测/ 模拟/ 误差/% 实测/ 模拟/ XPa 误差/% 实测/ XP 模拟/ MPs 误差/% 实测/ MPs 模扣/ MPs 误差/%4拍中荐杆 15.17 MPs 6.39 XPa 137 40 13.44 MP 8.95 50.17 13.82 11.51 20.07 17.56 14.05 24.9812轴中撑杆 8轴中撑杆 16.25 16.25 6.39 154.30 15.37 15.37 8.95 8.95 71.73 71.73 16.63 16.63 11.51 11.51 44.48 44.48 19.41 19.41 14.05 14.05 38.15 38.1516轴中撑杆 16.25 6.39 6.39 154.30 154.30 15.37 8.95 71.73 16.63 11.51 44.48 19.41 14.05 38.154输外撑杆 8输外撑杆 6806 22.82 18.02 18.02 71.39 26.61 27.95 19.13 25.23 25.23 10.76 24.20 31.10 20.33 32.43 32.43 37.33 4.12 37.76 60°0 39.65 39.65 24.11 4.7812轴外撑杆 22.82 16.34 18.02 26.61 9.35 19.13 17.67 25.23 25.23 24.20 29.96 24.26 20.33 32.43 32.43 37.33 25.21 60°0 34.47 39.65 39.65 24.11 13.0614轴内资索 16轴外撑杆 64.89 18.02 72.14 10.05 93.31 101.00 7.61 120.83 129.85 6.95 156.00 158.71 1.7112轴内音家 8轴内索 73.22 65.33 72.14 72.14 1.50 9.44 87.36 88.11 101.00 101.00 13.50 12.76 126.84 123.40 129.85 129.85 2.32 4.97 151.60 149.50 158.71 158.71 5.80 4.4816轴内音索 4轴中登索 179.23 68.61 183.96 72.14 2.57 4.89 249.01 81.33 101.00 257.54 19.47 3.31 128.38 320.15 129.85 331.13 3.32 1.13 150.00 400.00 158.71 404.71 5.49 1.168轴中索 179.23 183.96 2.57 249.04 257.54 3.31 320.15 331.13 3.32 400. 00 404.71 1.1612轴中音索 16驻中家 169.45 180.15 183.96 183.96 7.89 2.07 248.90 238.56 257.54 257.54 3.36 7.37 338.44 323.47 331.13 331.13 2.21 2.31 397.50 407.50 404.71 404.71 0.69 1.784轴外音索 8轴外登索 302.06 302.06 348.53 348.53 13.33 13.33 460.00 460.00 487.94 487 94 5.73 5.73 618.34 618.34 627.35 627.35 1.44 1.44 765.97 765.97 766.77 766.77 0.10 0.1012轴外索 299.83 348.53 13.97 445.29 487.94 8.71 8.74 6029 627.35 1.11 756.99 766. 77 1.2716轴外音索 4轴外斜索 323.90 117.83 348.53 124.785 7.07 5.57 530.46 165.69 487.94 174.70 5.16 611.79 218.93 627.35 224.61 2.53 2.48 760.28 262.71 766.77 274.53 0.85 4.3012轴外斜索 8轴外斜索 130.97 112.43 124.785 124.785 9.90 4.96 174.00 190.00 174.70 174.70 0.40 8.76 237.72 223.71 224.61 224.61 5.84 0.40 290 15 252.75 274.53 274.53 5.69 7.9316轴外斜家 136.89 124.785 9.70 189.56 174.70 8.51 219.58 224.61 2.24 270.15 274.53 1.59
表2 张拉各阶股幕境索应力值
Stresses of cables of the glass curtain wall at every stage of the pre-tensioningTable 2
洁家应力张控70% 张控90% 张拉110%索号 实测/MP 模拟/MPs 误差/% 实测/MPs 模拟/MPa 误差/% 实测/MPe 模拟/MPs 误差/%MQS4-1 50.10 73.21 31.57 79.32 94.13 15.73 98.5 115.05 14.38MQ54-2 15.19 35.63 57.37 20.42 45.81 45.81 55.42 30.5 55.99 55.99 45.53 27.67MQ54-3 MQS44 20.18 69.33 74.19 35.63 43.36 6.55 78.67 30.42 95.39 33.60 17.53 100.0 40.5 116.59 14.23MQS45 MQS4-6 64.38 60.13 73.03 66.12 11.85 9.05 89 71.11 85.01 93.90 16.35 17.27 99.0 91.5 114.76 103.90 13.74 11.93MQS12-1 53.10 73.21 35.63 27.47 68.00 65.67 28.43 94.13 45.81 30.24 37.94 88.5 40.0 115.05 55.99 23.08 28.56MQS12-3 MQS12-2 11.40 11.40 35.63 68.00 28.43 45.81 37.94 40.0 55.99 28.56MQ512-4 MQS12-5 61.43 68.11 74.19 17.20 6.74 80.10 71.32 95.39 93.90 25.23 14.69 91.0 92.5 114.76 116.59 21.95 19.40MQS12-6 61.98 66.12 6.25 69.90 85.01 17.77 88.5 103.90 14.82
不均匀，并且受力与模拟值相差较多.其中，11个索力值相对差值率达到了30%以上，24个索力值相对差值率达到了30%.幕墙索需要通过索体上的套筒进行二次调整.
索力监测值与模拟值相比，最大的误差值为19.47%. 在张拉完成之后，主索索力监测值与模拟值相比，最大的误差值为7.93%.整个过程中同类型的索力很均匀.
（下转第38页）
4）由表2所示幕墙索力在张拉过程中受力很
图4运土通道布置与转换平面
Fig.4 Layout of earthmoving passage and transfer plane
两端布设集水坑排水，确保通道路基不被水浸泡.
置换后通道边已先行开挖区域支撑施工缝甩筋端头与通道边缘留有1.2m的安全距离.
4洗轮机的应用及环保措施
为了更加环保、减少泥土外运时车身带出的泥土污染市政道路，在出土车进出的南门与坡道顶平台之间的支撑梁之间设计了降板，布置了一台目前
（上接第29页）
Fig.5 The monitoring data of struts’ deformation 图5撑杆位移监测值
5）由图5所示外撑杆和中撑杆节点的竖向位移在每级张拉后的位移变化量基本相同，50%～
5结语
5结语
参考文献：
最先进的全自动洗轮机.运土车经过洗轮机后，受到来自底面、侧面的高压水冲洗，经过专人检查、达到洁净要求后方可离开工地.
后的砂粒、淤泥从侧面清理出箱体，对清洗污水经 自动洗轮机水箱底部设有自动刮板机，对沉淀沉淀后的清水再重复利用.只有当箱内水量不足时，再将基坑下沉淀后的雨水、土层内的集水抽到约用水的目的. 箱内进行补充，做到水的反复循环再利用，达到节
晴天时利用基坑下集水抽到首道撑上设置的8个集水、三级沉淀池内，用于运土坡道及现场内道路的洒水，防止扬尘.
此项技术在深圳平安金融中心深基坑工程得到成功应用，坡道的设置未对基坑支护体系有任何影响，基坑位移数据均小于设计值.在土方挖运施工高峰时，数百辆车运土，挖掘机十多台，每昼夜出土量达到了6000多㎡”，运土车辆从坡道及通 道行走顺畅，未出现任何交通及堵塞情况，实施效果良好.工程自2009年10月份开始施工，到2010年10月底土方挖至招标文件规定的设计标高，在规定的时间内顺利完成本标段.
70%张拉阶段竖向位移变化量约为52mm，70%-90%张拉阶段竖向位移变化量约为51mm，90%-110%张拉阶段竖向位移变化量约为48mm.并且在张拉成型后外撑杆的标高基本一致，中撑杆也基 本一致，屋面成型效果较好，满足设计及规范要求.
1）主结构索与幕墙索的预应力都是随着张拉的逐步到位面逐步生成，只有在最后张拉成型时，才达到最大值.
2）在张拉时，由于场地的限制没有严格分级同步张拉，而是分级分批张拉.主结构索的应力在成型后能与分析值吻合很好，满足设计与规范的要求.虽然幕墙索的应力不够均匀，与分析值相差太 大，但可以通过索中的套简进行二次调整.这说明圆形索穹顶的张拉成型可不必严格同步进行.
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