木梁、钢丝绳索网支撑体系在屋面运用的实例探讨

张 伟

(成都安仁华侨城文化旅游开发有限公司, 四川成都 610000)

1 工程概况

安仁镇南岸美村——艺术公舍,建筑面积约400,设计为2层砖混结构,墙体为双面清水墙面,屋面为木结构加预应力钢丝绳组合的新型受力支撑体系,屋面坡度复杂且为多坡度组合,打破常规人字坡屋面设计。

2 屋面结构设计

2.1 屋面结构设计情况

屋面框架采用木梁体系,钢丝绳按设计坡度纵横双向布设形成网状(索网),两端固定在木梁上,通过张拉形成有效预应力,再将OSB板铺设固定在钢丝绳上方,形成完整板面,再施作上部结构,具体屋面结构层如图1～图5所示。

图1 屋面结构层

图2 层面钢丝绳及铺板布置(单位:mm)

图3 钢丝绳与木梁的连接节点

图4 钢丝绳与木板连接节点

图5 木板与木梁连接节点

2.2 木结构

(1)所有梁与柱均采用强度等级为TC17D 木材,强度等级根据GB 50005-2017《木结构设计规范》,抗弯强度fm=17 N/mm2;顺纹抗压强度fc=16 N/mm2;顺纹抗拉强度ft=10 N/mm2;顺纹抗剪强度fv=1.7 N/mm2;横纹承压强度fc,90=3.5 N/mm2;弹性模量E=10000 N/mm2。

(2)承重结构用胶,应保证其胶合强度不低于木材顺纹抗剪和横纹抗拉的强度,胶连接的耐水性和耐久性应与结构的用途和使用年限相适应,并应符合环境保护的要求。

(3)木结构件制作应先放样,准确无误后方可制作。

(4)木结构施工过程中应采取可靠的防腐和防虫措施,采用药剂加压处理时,该药剂在木材中的保持量和渗入度应达到GB 50206-2012《木结构工程施工质量验收规范》规定的最低要求。

(5)未注明的木结构制作要求应遵守现行GB 50206-2012《木结构工程施工质量验收规范》的要求:①木柱与混凝土基础的连接做法详见GB 50005-2017《木结构设计规范》第7.2.6条;②木结构防腐接GB 50005-2017《木结构设计规范》采用。

2.3 钢丝绳索网结构

2.3.1 钢丝绳的种类与规格

屋面拉索采用不锈钢低松弛钢丝绳,且所有钢丝绳均采用定长钢丝绳;钢丝绳直径为5 mm,规格为 6×9-WSC SZ-316,要求符合GB/T 9944-2015《不锈钢丝绳》。

2.3.2 钢丝绳的材料

屋面钢丝绳采用不锈钢钢丝右交互捻而成,单根钢丝绳最小破断力17.4 kN,钢丝绳弹性模量不应小于1.10×105MPa,伸长率不大于1%,应力松弛等级为II级。

2.3.3 钢丝绳的紧固件

(1)钢丝绳的两端的紧固件分为2种,张拉端采用可调节的紧固件,固定端采用不可调节的紧固件,紧固件承载能力应不低于钢丝绳的承载力,紧固件确定后,应同设计一起确认。

(2)由钢丝绳厂家提供与钢丝绳匹配的紧固件及垫板。

2.3.4 钢丝绳的加工及运输

(1)钢丝绳出厂前必须进行检验,检验方法按相关规范执行,除规范要求指标外,钢丝绳还须满足强度、弹性模量和松弛等设计要求。

(2)钢丝绳安装前周圈钢结构必须安装完毕,并形成可靠体系,所有与钢丝绳相连接的支座都与主体可靠连接。

(3)成品钢丝绳的静载破断力应不低于标称破断力的95%。

(4)钢丝绳的外径允许偏差:正偏差为0.4 mm,无负偏差。

(5)钢丝绳的切割长度有承包者根据设计提供的系统长度、安装阶段的应力、拉伸实验的结果,并考虑温度的影响和钢丝绳的塑性变形等因素计算并经设计认可后确定。钢丝绳的总长度应准确,容差范围为0.01%。超张拉检验以后的成品钢丝绳成都允许偏差:误差小于或等于1/10000倍成品钢丝绳长度。

2.3.5 钢丝绳索网的安装

(1)整个索网结构先将钢丝绳先于固定端的紧固件相连,固定于固定端的木梁上,另一头穿过木梁与张拉端的紧固件相连,待所有钢丝绳均安装到木结构上后再通过调节紧固件张紧钢丝绳。

(2)索网结构安装施工前,应对周圈木结构进行检验,检验木梁上穿绳孔定位是否满足设计要求,检查完毕后方能进行索网结构施工。

(4)钢丝绳索网施工前,应进行施工模拟计算,保证索网施工过程中周圈木结构的安全性和索网结构施工过程中的可控性。在钢丝绳施工中每一步应观察周圈木结构变化情况,并作好记录。如有因拉索施工导致周圈木结构变形过大等不良情况。及时通知设计负责人予以处理。

(5)施工中应进行索力检测、变形检测,检测结果至少应包含拉索施工完毕与屋面安装完毕后的相应结果。

(6)屋面OSB板安装之前,必须检查各根钢丝绳的预应力并对松弛的钢丝绳进行再次紧固。

2.3.6 钢丝绳安装的检测与检查

(1)施工阶段,在木梁安装、钢丝绳张拉、屋面安装等各个阶段,对索力、木梁变形进行监测。

(2)结构运营使用过程中,在下列各时期监测所选择构件的应变变化情况,提交检查报告:①日常使用阶段,间隔2个月对索力、结构变形进行检测(维持1年);②极端工况下,包括台风(10级以上)和大雪、地震,对索力、结构变形进行检测;③竣工后每年对腐蚀程度进行一次检查;④任何异常情况。

3 施工工艺及要点

3.1 工艺流程

施工准备—木梁体系拼接—钢丝绳点位放样定位—钻孔—穿绳—张拉—锚固—OSB板铺设并锚固—屋面其他结构层施工。

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3.2 施工要点

(1)木材的选择:对木材的要求较高,木梁除了起到对屋面结构的支撑作用外还需满足抗弯要求和高密度材质且不易开裂。综合各项要求,设计和工程对比多种材料,最终确认选用印尼巴劳木为项目用材。

(2)钢丝绳选材:选用5.0 6×19-WSC SZ 316 GB/T-9944-2015《不锈钢丝绳》,最小破断力17.4 kN,弹性模量E不小于110 000 N/mm2。

(3)木梁体系的拼接,在接头位置用钢板加强处理。

(4)严格按照建筑要求定位放线,布设开孔位置,埋设钢套筒。

(5)穿绳张拉:按设计要求长度准备每一根钢丝绳,穿过预埋与木梁内的钢套筒,用锚头做好固定,用张拉设备进行张 拉,钢丝绳直径为5 mm,初拉力1 kN,使用状态下最大拉力约为5 kN,张拉完成后用卡扣锁住钢丝绳之间交叉点。

(6)屋面钢丝绳找形完毕后,上铺2层OSB板(位于钢丝绳上方),纵横向各1层,板材宽度为30 cm,厚度1 cm,长度现场放样确定。铺板顺序为先铺底层短向,后埔顶层长相;板材之间采取有效的连接,以保证上下板共同受力。

(7)顺做上部其他结构施工。

4 结束语

随着我国建筑行业的不断发展进步,新型结构不断被运用到实体工程。通过在工程实践中不断总结与完善,有益于加快建筑形式的多元化进程。本文通过对木梁加钢丝绳索网组成的支撑体系实例剖析,重点分析了木梁、钢丝绳、预应力、钢丝绳索网等关键项上的选材和施工及检测等方面,同时对质量控制点分析和提出的解决措施。通过对本工程实例的长期跟踪和检测,证明了木梁、钢丝绳索网结构的可靠性和稳定性,为今后类似工程提供经验借鉴。