專利名稱：雙層雙向預應(yīng)力索桁架及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大跨度的場館及會展中心頂部施工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
建筑物的頂部通常采用縱、橫交錯的全鋼管構(gòu)成，不但自重很重，而且耗用大量的 鋼材。預應(yīng)力索桁架結(jié)構(gòu)是近年來發(fā)展起來的一種新型的適用于大跨度的場館或會展中心 頂部施工預應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的預應(yīng)力索桁架結(jié)構(gòu)通常是在一根鋼管上通過鋼性撐桿支撐鋼索，通過對 鋼索進行預應(yīng)力牽拉后安裝在建筑頂部的環(huán)桁梁上?？梢怨?jié)約全鋼管用材，也使頂部整體 重量大大降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是發(fā)明一種可進一步節(jié)約頂部自重、節(jié)約用材的雙層雙向預應(yīng)力索桁 架的施工方法。本發(fā)明設(shè)有雙向布置的上、下弦，上、下弦分別采用預應(yīng)力鋼索，在上、下弦之間用 鋼撐桿連接。本發(fā)明形成的雙層雙向預應(yīng)力索桁架結(jié)構(gòu)，適用于大跨度建筑屋頂?shù)念A應(yīng)力施 工。相對普通鋼桁架或鋼網(wǎng)架，雙層雙向預應(yīng)力索桁架結(jié)構(gòu)跨度大，結(jié)構(gòu)受力合理，各種材 料均充分發(fā)揮作用，自重輕，即大大節(jié)省了鋼材又具有很好的整體剛度，美觀經(jīng)濟，是一種 新型的空間結(jié)構(gòu)形式，代表了當今世界空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展水平，具有良好應(yīng)用價值和前景的 新型結(jié)構(gòu)形式。本發(fā)明還提出了具有以上特點的雙層雙向預應(yīng)力索桁架的施工方法
搭設(shè)腳手架同時將拉索在地面縱橫放開，在拉索上標注出鋼撐桿下節(jié)點的安裝位置 標記；在各鋼撐桿的上端分別穿置上弦縱、橫兩根拉索，在各鋼撐桿的下端分別穿置下弦 縱、橫兩根拉索，并使拉索上的標記位于相應(yīng)的鋼撐桿上；對各拉索張拉到設(shè)計張拉力的 100 105%，并將拉索兩端分別與環(huán)形架固定連接；最后將整個雙層雙向預應(yīng)力索桁架舉 升至屋頂安裝位置固定。本發(fā)明的施工方法簡單、占地面積小，工程安全、快速，工程質(zhì)量好，穩(wěn)定性高。
具體實施例方式一、某工程概況
某游泳跳水館屋面結(jié)構(gòu)C-G軸/9-17軸區(qū)域采用雙向預應(yīng)力索桁架結(jié)構(gòu)，平面投影為 3;3mX56m的異型圓弧。索網(wǎng)短向主要受力構(gòu)件為12榀互相聯(lián)系的索桁架。索桁架的上 弦、下弦均采用鋼索5X55(5根55的鋼絲束，鋼絲束截面積1080mm)，每兩榀之間的間距為 4. 5m。12榀之間聯(lián)系的穩(wěn)定索上下弦均為為鋼索5X7(5根7的鋼絲束)，穩(wěn)定索各榀之間 的間距約為3. 5πΓ4· 5m。
二、施工步驟
1、腳手架搭設(shè)同時將拉索在地面放開。2、在拉索上標注出每個鋼撐桿下節(jié)點的安裝位置標記。3、在各鋼撐桿的上端分別穿置上弦縱、橫兩根拉索，在各鋼撐桿的下端分別穿置 下弦縱、橫兩根拉索，并使拉索上的鋼撐桿下節(jié)點的安裝位置標記位于相應(yīng)的鋼撐桿上。4、正式張拉前對結(jié)構(gòu)的變形、穩(wěn)定性和預應(yīng)力張拉過程進行計算機仿真模擬，經(jīng) 計算分析，確定各個張拉階段的主要控制點和相應(yīng)的理論數(shù)值，得出每一步張拉各榀之間 相互影響的關(guān)系和規(guī)律，給出預應(yīng)力損失的數(shù)值，并最終得出每榀需要張拉的力，形成完整 的張拉和監(jiān)控方案，對張拉過程中可能出現(xiàn)的差異情況，編制合理的預控方案和處理方法。對各拉索張拉到設(shè)計張拉力的100 105%，正式張拉時同時張拉2個軸線2根索， 每根是中間調(diào)節(jié)套筒張拉，因此共采用了 4臺25T千斤頂同時進行張拉。并將拉索兩端分 別與環(huán)形架固定連接。5、將整個雙層雙向預應(yīng)力索桁架舉升至屋頂安裝位置固定。三、操作要領(lǐng)
1、深化設(shè)計根據(jù)設(shè)計及預應(yīng)力工藝要求，計算出鋼索的下料長度，以及索體上撐桿節(jié) 點的安裝位置標記點。完成鋼撐桿上、下節(jié)點和桁架張拉端節(jié)點的加工圖設(shè)計。2、施工仿真計算
針對具體工程建立結(jié)構(gòu)整體模型，進行施工仿真模擬計算，得出如下結(jié)果
1)根據(jù)設(shè)計要求的撐桿的垂直狀態(tài)，給出撐桿節(jié)點位置的標記力；
2)驗證張拉施工方案的可行性，確保張拉過程的安全；
3)給出每張拉步張拉力的大小，為實際張拉時的張拉力值的確定提供理論依據(jù)；
4)給出每張拉步結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力分布，為張拉過程中的變形監(jiān)測及索力監(jiān)測提供理 論依據(jù)；
5)根據(jù)計算出來的張拉力大小，選擇合適的張拉機具，并設(shè)計合理的張拉工裝。3、鋼索制作
按照深化設(shè)計計算出的下料長度進行鋼索制作。制作完成的鋼索在工廠內(nèi)要進行預張 拉，預張拉力為設(shè)計索力的1.2 1.4倍，并在預張拉力等于設(shè)計索力的情況下，在索體上 標注出每個鋼撐桿下節(jié)點的安裝位置。為便于施工，要求每根索體都單獨成盤出廠。4、安裝纜索
1)對結(jié)構(gòu)施工腳手架搭設(shè)的要求
結(jié)構(gòu)施工腳手架的豎桿應(yīng)避讓每個索夾安裝位置，橫桿連接也要采用卡扣的方式，以 便在個別橫桿影響索體安裝時，可臨時拆除。2)放索
為便于放開鋼索，現(xiàn)場需要配置放索盤。為防止索體在移動過程中與地面接觸，索頭用 布包住，在與地面接觸的地方沿放索方向鋪設(shè)一些圓軸承，以保證索體不與地面接觸。3)安裝鋼索
雙向預應(yīng)力索桁架結(jié)構(gòu)本身特點，決定了結(jié)構(gòu)安裝主要有兩種方案，其一，地面安裝完 成，整體提升；其二，搭設(shè)滿堂腳手架進行安裝鋼索。安裝鋼索過程中，先安裝位于一個方向 的鋼索，然后在安裝另一個方向的鋼索，交替進行，安裝時要注意按照工廠中在索體標定的標記點進行索夾安裝。如果拉索為兩端張拉方式，在安裝完成后要調(diào)節(jié)到兩端螺紋外露長 度相同。為了彌補索體變細引起螺栓拉力減小，索夾節(jié)點螺栓按照給定的力矩加損失拉力 進行緊固，張拉完成后，如果具有作業(yè)條件將索夾螺栓檢查預緊一次。5、鋼索張拉 1)張拉機具標定
張拉前張拉設(shè)備要在專業(yè)的檢測機構(gòu)進行標定，并出具標定報告，施工中根據(jù)標定報 告中的數(shù)據(jù)進行張拉。2)張拉控制力原則
根據(jù)設(shè)計和施工仿真確定的控制張拉力，雙向分級、分步對稱實施張拉。張拉分為三 級，第一級使索力達到設(shè)計索力的30%，第二級使索力達到設(shè)計索力的60%，第三級使拉索 索力達到設(shè)計索力的100%，最后根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對索力進行微調(diào)，使最終索力值及結(jié)構(gòu)應(yīng)力 和變形符合設(shè)計要求。需要說明的是，在正式張拉前，要完成兩個方向預應(yīng)力鋼索的張拉預 緊，張拉預緊力為設(shè)計索力的20%。鋼索張拉以張拉力控制為主，每臺油泵上都安裝有經(jīng)過嚴格標定的油壓傳感器和 讀數(shù)儀，通過讀數(shù)儀顯示數(shù)據(jù)直接控制張拉力大小。同時，對鋼索的張拉伸長值及張拉引起 的鋼結(jié)構(gòu)變形進行量測，檢查張拉效果是否與理論數(shù)值相符合。如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)暫停張拉， 待查明原因并采取措施后，再繼續(xù)張拉。3)張拉操作要點
張拉前，索頭調(diào)節(jié)套筒上要安裝工作錨、工裝承力架、千斤頂和工具錨，對于測量索力 的鋼索，張拉端與工作錨之間還要加裝壓力傳感器。索頭上安裝的組件較多，必須小心安 放，以保證千斤頂形心與鋼索重合，避免張拉時產(chǎn)生偏心。張拉時，先開動油泵，待油泵啟動 供油正常后再開始給油、加壓，給油速度要控制，時間不應(yīng)低于0.5min。當油壓力顯示張拉 力達到鋼索張拉控制力時應(yīng)停止加壓并穩(wěn)住油壓，此時將索頭上的工作錨擰緊。擰緊工作 錨后油泵立刻回油，待千斤頂回缸后關(guān)閉油泵，此次張拉結(jié)束。張拉測量與監(jiān)控
1)張拉力與伸長值的測量
張拉力油泵上安裝經(jīng)過嚴格標定的油壓傳感器，張拉時通過連接到油壓傳感器的讀 數(shù)儀直接測量。張拉伸長值把張拉前預應(yīng)力鋼索預緊后的張拉端長度作為原始長度，當張拉完 成后，再次測量張拉端長度，兩者之差即為實際伸長值。2 )監(jiān)控
監(jiān)控內(nèi)容張拉過程中及完畢后的鋼索索力、鋼梁及撐桿應(yīng)力、結(jié)構(gòu)變形。監(jiān)控點選取結(jié)構(gòu)的重要部位及其它設(shè)計要求的監(jiān)控部位。監(jiān)控方法索力監(jiān)測采用壓力傳感器。鋼桁架變形監(jiān)測采用全站儀或者水準儀，鋼 結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測采用振弦應(yīng)變計。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)與計算機施工仿真計算數(shù)值的比較，控制張 拉施工質(zhì)量，保證施工安全。質(zhì)量保證措施
由于預應(yīng)力鋼索的可調(diào)節(jié)量只有士60mm，因此施工中要嚴格控制四周環(huán)梁的安裝精 度，特別是同根拉索耳板孔中心之間距離在相關(guān)規(guī)范要求范圍以內(nèi)。鋼環(huán)梁拼裝就位后必須進行鋼環(huán)梁，特別是耳板孔之間尺寸的檢查與復核，根據(jù)復核后的實際尺寸對計算機施 工仿真模擬的計算模型進行調(diào)整、重新計算，用計算出的新數(shù)據(jù)指導預應(yīng)力張拉施工，并作 為張拉施工監(jiān)測的理論依據(jù)。鋼撐桿的上下節(jié)點安裝要嚴格按鋼索在工廠預張拉時做好標記的位置進行，以保 證鋼撐桿的安裝位置符合設(shè)計要求。若鋼撐桿上節(jié)點的安裝位置由于鋼環(huán)梁拼裝的精度有 所調(diào)整，則鋼撐桿下節(jié)點在縱、橫向索上的位置要重新調(diào)整確定。鋼索要在防潮防雨的遮蓬中存放。成圈產(chǎn)品應(yīng)水平堆放，重疊堆放時逐層間應(yīng)加 墊木，避免壓傷鋼索PE護層。鋼索安裝過程中應(yīng)注意保護PE護層，避免護層損壞。如出現(xiàn) 損壞，應(yīng)及時修補。為防止鋼索PE護層在安裝過程中被其它硬物劃壞或被鋼桁架拼裝焊接 的火星燒壞，安裝鋼索前要用防火布纏包整個索體，待結(jié)構(gòu)安裝全部完畢后再進行拆除。為消除鋼索的非彈性變形，保證使用時彈性工作，鋼索在工廠內(nèi)需要進行預張拉。 預張力為設(shè)計索力的1.2 1.4倍，持荷時間為0.5 2. Oh。在進行張拉伸長值計算和施 工仿真計算時，應(yīng)采用索廠提供的彈性模量。驗收時要考慮索廠的彈性模量誤差對伸長值 的影響。為保證張拉質(zhì)量，張拉時采取以張拉力控制為主，用監(jiān)控結(jié)構(gòu)豎向變形的雙控方 法。同時布置應(yīng)力監(jiān)測點，對張拉施工進行監(jiān)控。張拉施工中要采用雙向?qū)ΨQ、分級、分步張拉，盡可能減少張拉中鋼索間索力的相 互影響，盡量保持鋼索張拉的同步。張拉時各張拉點要配備通訊工具，保持相互間的聯(lián)絡(luò)通 暢。張拉操作要嚴格按技術(shù)要求進行，若張拉出現(xiàn)問題或出現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)與理論值出入過大 的情況，要立即停止張拉，待查明原因并處理后，方可恢復張拉。在后續(xù)的結(jié)構(gòu)施工過程中，如屋面荷載、懸掛荷載的施加步驟和方法，要盡量保證 比較均勻、對稱、勻速地施工，避免出現(xiàn)過大的集中荷載。四、實施效果
實踐表明，該工程的雙向預應(yīng)力索桁架的張拉力嚴格按照方案進行施工，總體偏差在 5%以內(nèi)，伸長值都在驗收標準規(guī)定的范圍之內(nèi)；張拉起拱變形與理論最大偏差別在10% 以內(nèi)。通過以上數(shù)據(jù)可以證明整個張拉施工是成功的，保證了結(jié)構(gòu)形態(tài)、就位精度和應(yīng)力應(yīng) 變值。
權(quán)利要求
1.雙層雙向預應(yīng)力索桁架，其特征在于設(shè)有縱橫雙向布置的上、下弦，上、下弦分別采 用預應(yīng)力鋼索，在上、下弦之間用鋼撐桿連接。
2.一種如權(quán)利要求1所述雙層雙向預應(yīng)力索桁架的施工方法，其特征在于搭設(shè)腳手架 同時將拉索在地面縱橫放開，在拉索上標注出鋼撐桿下節(jié)點的安裝位置標記；在各鋼撐桿 的上端分別穿置上弦縱、橫兩根拉索，在各鋼撐桿的下端分別穿置下弦縱、橫兩根拉索，并 使拉索上的標記位于相應(yīng)的鋼撐桿上；對各拉索張拉到設(shè)計張拉力的100 105%，并將拉 索兩端分別與環(huán)形架固定連接；最后將整個雙層雙向預應(yīng)力索桁架舉升至屋頂安裝位置固 定。
全文摘要
雙層雙向預應(yīng)力索桁架及其施工方法，涉及建筑施工技術(shù)領(lǐng)域。搭設(shè)腳手架同時將拉索在地面縱橫放開，在拉索上標注出鋼撐桿下節(jié)點的安裝位置標記；在各鋼撐桿的上端分別穿置上弦縱、橫兩根拉索，在各鋼撐桿的下端分別穿置下弦縱、橫兩根拉索，并使拉索上的標記位于相應(yīng)的鋼撐桿上；對各拉索張拉，并將拉索兩端分別與環(huán)形架固定連接；最后將整個雙層雙向預應(yīng)力索桁架舉升至屋頂安裝位置固定。形成設(shè)有雙向布置的上、下弦，上、下弦分別采用預應(yīng)力鋼索，適用于大跨度建筑屋頂?shù)念A應(yīng)力施工，結(jié)構(gòu)受力合理，各種材料均充分發(fā)揮作用，自重輕，既大大節(jié)省了鋼材又具有很好的整體剛度，美觀經(jīng)濟，是一種新型的空間結(jié)構(gòu)形式。
文檔編號E04G21/12GK102094489SQ20111000273
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者徐永海, 桑海, 汪萬飛 申請人:江蘇邗建集團有限公司