2024預應(yīng)力鋁合金結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程

結(jié)構(gòu)體系與基本構(gòu)造5.1一般規(guī)定5.1.1在大跨度鋁合金結(jié)構(gòu)中設(shè)置索并導入預應(yīng)力的目的是提高結(jié)構(gòu)的豎向剛度、抵御自重和恒活載的作用，在高聳鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)置索是為了提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度并抵御風荷載的作用。索和預應(yīng)力的存在可以有效減輕結(jié)構(gòu)自重。5.1.2預應(yīng)力鋁合金結(jié)構(gòu)體系眾多、結(jié)構(gòu)布置方案多樣，但總體上可以分為預應(yīng)力大跨度結(jié)構(gòu)和預應(yīng)力高聳結(jié)構(gòu)。其中大跨度結(jié)構(gòu)又可分為索在下部支承的體系和索在上部拉或掛的體系。5.2索支承鋁合金結(jié)構(gòu)5.2.1索支承鋁合金結(jié)構(gòu)主要包括空間體系和平面體系兩大類，空間體系為索支承網(wǎng)殼和網(wǎng)架，平面體系可分為索支承拱架、門架、桁架等。5.2.2索支承拱架中，索系布置在拱架平面下方，可考慮圖1所示布索方案。圖1索支承拱架中的布索示意圖索支承門架的橫向布索見圖2(a)-(c)所示，豎向布索方案可見圖2(d)-(e)所示，橫豎向連續(xù)布索方案可見圖2(g)-(h)所示。圖2索支承門架布索示意圖索支承桁架的桁架內(nèi)布索與桁架外布索方案可分別見圖3(a)和(b)所示。圖3索支撐桁架的結(jié)構(gòu)形式與布索方案5.2.3支座張拉預應(yīng)力網(wǎng)殼中索可按如下方式進行布置：（1）預應(yīng)力球面網(wǎng)殼宜沿周邊支座分段布索，或沿支座對角線布索或間隔幾個支座布索，見圖4(a)所示。（2）預應(yīng)力柱面網(wǎng)殼宜選在柱面網(wǎng)殼兩端及中部需要設(shè)置橫膈式桁架的下弦沿投影平面短向布索，見圖4(b)所示。（3）預應(yīng)力雙曲扁殼宜沿網(wǎng)殼邊緣桁架系桿處布索，見圖4(c)所示。（4）預應(yīng)力扭網(wǎng)殼宜在網(wǎng)殼需要設(shè)置系桿的部位布索，見圖4(d)所示。圖4支座張拉預應(yīng)力網(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)形式與布索方案索交叉梁系的結(jié)構(gòu)形式與布索方案可如下所示：（1）交叉梁系預應(yīng)力網(wǎng)殼可采用：雙向、多向和肋環(huán)式交叉梁系預應(yīng)力網(wǎng)殼形式。（2）雙向式交叉梁系預應(yīng)力網(wǎng)殼適用于矩形、圓形和橢圓形平面，見圖5(a)所示。（3）多向式交叉梁系預應(yīng)力網(wǎng)殼適于多邊形平面，見圖5(b)所示。（4）肋環(huán)式交叉梁系預應(yīng)力網(wǎng)殼可由中心輻射式放置拱，拱下設(shè)置撐桿，撐桿與環(huán)向索或斜索連接，見圖5(c)所示。圖5交叉梁系預應(yīng)力網(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)形式與布索方案典型的弦支穹頂結(jié)構(gòu)方案和索的布置如圖6所示：（a）剖面圖（b）平面圖圖6弦支穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)體系5.2.4索支承網(wǎng)架中索在網(wǎng)架高度上的布置可考慮圖7方案，在網(wǎng)架平面中的布置可考慮圖8的方案。圖7索支承鋁合金網(wǎng)架中索的剖面布置圖8索支撐鋁合金網(wǎng)架中拉索的平面布置5.3斜拉和吊掛鋁合金結(jié)構(gòu)5.3.1斜拉和吊掛鋁合金結(jié)構(gòu)可見圖9所示。圖9預應(yīng)力平面吊掛結(jié)構(gòu)示意5.3.3預應(yīng)力斜拉和吊掛結(jié)構(gòu)中索的布置可分為放射式、豎琴式、扇式和星式等，分別見圖10(a)、(b)、(c)、(d)所示。圖10斜拉結(jié)構(gòu)布索方案示意圖5.4張拉鋁合金塔架和桅桿5.4.1張拉塔架和桅桿中塔身的單身、雙身、檣式等形式可見圖11所示。單身塔架或桅桿主要用于電視塔桅、無線電塔桅等結(jié)構(gòu)中；雙身塔架或桅桿主要用于帷幕式天線結(jié)構(gòu)中；檣式塔架或桅桿主要用于電視塔桅，以其水平撐桿的支撐作用，減小拉索計算長度和垂度，增加塔身或桅桿的剛度和穩(wěn)定性。圖11張拉塔架和桅桿結(jié)構(gòu)5.4.2張拉塔架和桅桿斜向索于地面夾角45o時對抵抗水平風荷載最有利。6結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算6.1一般規(guī)定6.1.1預應(yīng)力結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)是其工作狀態(tài)計算的基礎(chǔ)，也是施工張拉所要實現(xiàn)的目標，必須首先予以分析和確定。6.1.2預應(yīng)力鋁合金結(jié)構(gòu)施工過程的計算分析目的是驗算各施工階段結(jié)構(gòu)的安全性、為索的逐級施工張拉提供張拉目標值。采用標準值進行施工過程計算可以明確各施工階段結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)、可以為索的各級施工張拉值提供直接的比較數(shù)值。另一方面，施工過程計算如采用設(shè)計用荷載效應(yīng)分項系數(shù)和材料抗力分項系數(shù)也不合理。6.1.4預應(yīng)力鋁合金結(jié)構(gòu)中的恒載和活載與自重作用方向一致，當索的預應(yīng)力效應(yīng)可以抵抗結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)時，意味著索的存在可以提高結(jié)構(gòu)抵抗恒活載的剛度。6.2結(jié)構(gòu)設(shè)計6.2.3平面支承或斜拉和吊掛的鋁合金結(jié)構(gòu)中，索應(yīng)布置在結(jié)構(gòu)主慣性平面內(nèi)以盡量減小預應(yīng)力產(chǎn)生的平面外的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。6.2.4斜拉和吊掛鋁合金結(jié)構(gòu)因其自重較輕，風吸力下斜拉或吊索會因松弛而退出工作，應(yīng)布置穩(wěn)定索或采用其他構(gòu)造措施以確保結(jié)構(gòu)的安全適用性。6.3結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)的計算分析6.3.1結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)是索預應(yīng)力張拉完成后的狀態(tài)，預應(yīng)力張拉時除了結(jié)構(gòu)自重外還可能存在其他恒載，如與屋面板、其他次結(jié)構(gòu)或維護結(jié)構(gòu)的連接件等。6.3.2預應(yīng)力鋁合金結(jié)構(gòu)中鋁合金結(jié)構(gòu)自身具有一定的剛度，通過索、撐桿等構(gòu)成了完整的結(jié)構(gòu)體系。施工成形中，一般通過對主動索段的張拉對結(jié)構(gòu)體系的被動索和其他剛性構(gòu)件導入預張力，結(jié)構(gòu)的計算分析應(yīng)與之相符合。6.3.3當預應(yīng)力鋁合金結(jié)構(gòu)中的索較長時，初始狀態(tài)時索在其自重和預張力作用下可能產(chǎn)生較為明顯的垂度，應(yīng)對這一垂度進行限制以免影響建筑和結(jié)構(gòu)的外觀，本條的最小預張力是按垂度等于索長的1/160計算得到的?？紤]一根與地面夾角為α，線密度q（自重為W）的空間斜索，見圖12。圖12初始狀態(tài)拉索垂度和預張力的關(guān)系設(shè)索垂直于索弦線的距離為w，索中預張力為T0，繞地面連接點的彎矩平衡條件要求：注意到W=qL，并令w≤1/160L，得到：6.4結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的計算分析6.4.2當按現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》GB50017中規(guī)定的直接設(shè)計法進行計算時，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)整體和構(gòu)件局部初始缺陷、將每根構(gòu)件打斷為多個單元進行計算分析。當僅進行結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性計算時，可只考慮結(jié)構(gòu)的整體初始缺陷、取每個構(gòu)件為一個單元進行計算分析。近十多年以來的理論研究和工程實踐成果表明，鋁合金結(jié)構(gòu)在荷載標準組合的2.2倍時材料一般均處于彈性或能滿足《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ7關(guān)于彈塑性極限承載力的要求，但鋁合金結(jié)構(gòu)很難達到JGJ7規(guī)定的彈性極限承載力安全系數(shù)4.2的要求。所以本條規(guī)定考慮雙非線性時，安全系數(shù)可取K=2.2。桿件計算長度系數(shù)概念很難正確應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計，按幾何非線性方法計算內(nèi)力并按計算長度系數(shù)1.0進行計算得到的構(gòu)件穩(wěn)定應(yīng)力，接近于直接分析設(shè)計法計算得到的構(gòu)件的最大應(yīng)力。6.4.3本條對最小索力規(guī)定了永久荷載控制組合下索不應(yīng)退出工作，可變荷載控制組合下索可松弛而退出工作。6.4.4較長的索在正常工作狀態(tài)時可能會因垂度太大而影響外觀，本條規(guī)定最大垂度為索長的1/120。6.5結(jié)構(gòu)施工過程的計算分析6.5.1正向計算與分析是指按照結(jié)構(gòu)體系實際的安裝、張拉與卸載步驟，逐步跟蹤進行每個步驟的計算分析，直至結(jié)構(gòu)安裝、張拉和卸載完畢、達到初始狀態(tài)。在這個過程中，結(jié)構(gòu)桿件和布置、結(jié)構(gòu)邊界條件、施工荷載等一直在變化，所以應(yīng)采用幾何非線性方法進行計算分析。6.5.2應(yīng)特別注意網(wǎng)架等體系中長細比較大的受拉構(gòu)件在施工和張拉過程中是否發(fā)生內(nèi)力反向?qū)е驴赡艿氖軌簭澢那闆r。6.5.3預張力鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時，一般在結(jié)構(gòu)完整模型基礎(chǔ)上進行一次找形分析得到設(shè)計初始狀態(tài)，這一初始狀態(tài)與施工過程計算分析得到的實際初始狀態(tài)之間在構(gòu)件內(nèi)力分布和初始幾何位形兩方面都會有一定偏差，這一偏差不應(yīng)影響結(jié)構(gòu)的安全性和外觀，并應(yīng)經(jīng)設(shè)計認可和確認。7.節(jié)點設(shè)計與構(gòu)造7.1一般規(guī)定7.1.1預應(yīng)力鋁合金結(jié)構(gòu)中，受力較大的索和撐桿應(yīng)通過鋼轉(zhuǎn)接構(gòu)件與鋁合金結(jié)構(gòu)相連，受力較小時也可通過鋼耳板組件與鋁合金結(jié)構(gòu)相連。7.1.5鋁合金構(gòu)件之間的連接不宜焊接連接方式。7.2鋁合金構(gòu)件與其他構(gòu)件的連接7.2.1-7.2.4鋁合金構(gòu)件與鋼轉(zhuǎn)接構(gòu)件應(yīng)采用全螺栓蓋板拼接連接構(gòu)造，節(jié)點強度宜與鋁合金構(gòu)件等強。按照承壓型連接設(shè)計（普通螺栓或環(huán)槽鉚釘）的節(jié)點，隔離墊片可采用聚四氟乙烯板等不與鋁合金、鋼材發(fā)生電化學反應(yīng)的材料。按照摩擦型連接設(shè)計（高強螺栓或摩擦型環(huán)槽鉚釘）的節(jié)點，隔離墊片除應(yīng)滿足電化學隔離的需求外，摩擦系數(shù)也應(yīng)滿足設(shè)計要求。7.3節(jié)點計算與設(shè)計7.3.1節(jié)點的承載力、局部穩(wěn)定和剛度應(yīng)符合國家標準《鋼結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB55006、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》GB50017、《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50429和現(xiàn)行行業(yè)標準《索結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ257、《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ7及現(xiàn)行協(xié)會標準《建筑索結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計標準》CECS1010的規(guī)定。7.3.2-7.3.3參照現(xiàn)行協(xié)會標準《鑄鋼節(jié)點應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》CECS235進行規(guī)定。8施工與驗收8.1一般規(guī)定8.1.3對索和其組件的所有部位均應(yīng)檢查，損壞的拉索和鋼拉桿均應(yīng)更換，受損的非承載部件應(yīng)進行修補。檢查項目應(yīng)符合現(xiàn)行國家、行業(yè)標準及現(xiàn)行協(xié)會標準《建筑索結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準》T/CECS1301-2023的規(guī)定。8.1.4-8.1.5鋼構(gòu)件、鋁合金構(gòu)件、支座錨板等的質(zhì)量可參照現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205和《鋁合金結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50576的相關(guān)規(guī)定。8.1.6施工方應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖紙和結(jié)構(gòu)的受力特點，以結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)的幾何和預張力分布為目標，經(jīng)施工過程的數(shù)值模擬分析確定結(jié)構(gòu)的張拉和安裝工藝，以驗證張拉方案的可行性。張拉方案應(yīng)經(jīng)設(shè)計認可。張拉方案宜考慮索長制作誤差、支承結(jié)構(gòu)安裝誤差、溫度變化等對索結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)幾何和預張力分布的影響，張拉分析時應(yīng)考慮張拉過程對相關(guān)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的影響，并進行相關(guān)驗算。8.2包裝、運輸與存放8.2.1-8.2.3拉索盤繞內(nèi)徑太小會導致鋼絞線跳絲。索與硬質(zhì)物體摩擦碰撞易損傷索體涂層等。8.2.4索的堆放如導致索頭彎折可能對索體和錨具之間的防護層造成破損，應(yīng)予以避免。8.3索的安裝8.3.2如索錨固的鋼耳板組件的空間位形與設(shè)計偏差較大，會導致索張拉困難或難以達到設(shè)計要求，可以更換鋼耳板組件或?qū)M件進行局部修復。8.3.5索的安裝會將其自重施加于臨時支撐上的鋁合金結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)評估其影響并采取必要的措施。8.3.6工地焊接切削產(chǎn)生的火花可能損壞索體表面涂層。8.4索的張拉8.4.1宜建立預應(yīng)力鋁合金結(jié)構(gòu)和支承結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)模型進行拉索的張拉力計算，模擬施工過程的各個階段進行分析，應(yīng)使各個張拉階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形均在規(guī)定的結(jié)構(gòu)安全工作范圍內(nèi)，從而確定合理的拉索張拉方案。8.4.2根據(jù)實際經(jīng)驗，千斤頂標定時試驗機主動壓千斤頂與千斤頂主動頂試驗機兩者的試驗結(jié)果是不同的。因此試驗時，應(yīng)模擬施工中千斤頂主動頂工件的工況。8.4.3-8.4.4應(yīng)根據(jù)拉索的構(gòu)造特點、空間受力狀態(tài)和施工技術(shù)條件確定索的張拉。常用的張拉方法有三種：（1）整體張拉法，整體張拉法是目前采用的最有效的拉索張拉方式。張拉器具可采用計算機控制的液壓千斤頂群，幾個、幾十個千斤頂同時張拉，同步控制伸長度可達3mm，可最大限度地接近設(shè)計力學模型。（2）分部張拉法，采用分部張拉法時應(yīng)對空間結(jié)構(gòu)進行整體受力分析，建立模型并建立合理的計算方法，充分考慮多根索張拉的相互影響。根據(jù)分析結(jié)果，可采用分級張拉、結(jié)構(gòu)位移監(jiān)控與千斤頂拉力雙控的張拉工藝。施工過程的應(yīng)力應(yīng)變控制值可由計算機模擬有限元計算得到。（3）分散張拉法，分散張拉即各根索單獨張拉。此種張拉方法適用于一般連接用或裝飾性索，無預應(yīng)力要求，一般以目測繃直為準。8.4.7斜拉結(jié)構(gòu)當采用桅桿支撐且其根部節(jié)點為球鉸時，桅桿頂部位移對預應(yīng)力張拉較為敏感，在張拉過程中應(yīng)用多臺經(jīng)緯儀進行觀測監(jiān)控，以保證其在安全范圍內(nèi)擺動，張拉結(jié)束后，要求結(jié)構(gòu)曲面、標高、桅桿傾斜方向及角度皆符合設(shè)計要求。8.4.8-8.4.9索支承的張弦結(jié)構(gòu)采取分批張拉時，應(yīng)對稱進行。8.5安裝與張拉質(zhì)量要求8.5.4索張拉完成后實際索力與初始狀態(tài)設(shè)計值之間會存在一定誤差，本條規(guī)定的最大誤差值±10%應(yīng)不影響預應(yīng)力鋁合金結(jié)構(gòu)的安全性，并經(jīng)設(shè)計認可。8.5.5當張拉完成后預應(yīng)力鋁合金結(jié)構(gòu)的索力或幾何位形誤差不滿足本節(jié)規(guī)定時，施工單位應(yīng)根據(jù)實際情況進行計算分析，證明這一誤差不影響實際結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用，并經(jīng)設(shè)計認可。8.6驗收8.6.9索張拉分項工程驗收的主控項目與預應(yīng)力鋁合金結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用相關(guān)，一般項目涉及結(jié)構(gòu)的美觀性和耐久性。8.6.13本款第4條中不合格項目相關(guān)文件包括張拉完成后索力或幾何位形不滿足要求時施工單位提交的經(jīng)設(shè)計認可的結(jié)構(gòu)安全性和正常使用性分析報告。9防護與檢測監(jiān)測9.1防腐9.1.2化學清洗可采用磷酸和有機溶劑。當被噴砂材料出現(xiàn)變形、穿孔或者厚度明顯減小時不得使用噴砂。9.1.9室外拉索的防護要求較嚴，尤其是兩端錨具部位。室外拉索的防腐蝕主要考慮防止雨水侵蝕，以及密封材料的老化。各種防腐方式根據(jù)使用條件和結(jié)構(gòu)主要性能等因素選用。必要時可考慮換索要求。錨具的零件防腐蝕可參考鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕要求處理，室外錨具不宜采用冷鍍鋅處理。應(yīng)特別重視鋼絞線拉索端頭處的防腐蝕密封處理。9.2防火9.2.1-9.2.3鋁合金結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限經(jīng)驗算低于設(shè)計耐火極限時，應(yīng)采用有效的水噴淋系統(tǒng)、細水霧系統(tǒng)進行防護或消防部門認可的防火噴涂材料、其他防火材料或防火措施進行防護。9.3維護9.3.5索結(jié)構(gòu)在使用過程中，由于存在季節(jié)溫度變化、風雨冰雪等氣象現(xiàn)象作用以及動荷載、混凝土的徐變、索松弛及支座沉降等多種因素影響。拉索的預應(yīng)力會降低，根據(jù)需要可進行定期檢查，建議結(jié)構(gòu)完工后半年一次，以后可一年一次