CN106088601A - 伞状索膜结构的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种经过改进的伞状索膜结构的施工方法，包含：先安装中柱及环梁，然后进行挂索施工，再进行索体的张拉施工，其中，在索体的张拉施工中，对以中柱中心对称的拉索进行对称张拉，其中每根拉索均为一端张拉。通过对拉索进行对称张拉，使得整个伞状索膜受力均匀，保证了伞状索膜的施工质量。

Description

伞状索膜结构的施工方法

技术领域

本发明涉及大跨空间结构领域，尤其涉及索膜结构的施工方法。

背景技术

近年来，随着科技的进步与社会的发展，索膜结构作为一种新兴的结构形式在一些公共建筑工程上采用并实践，解决了传统结构解决不了的困难问题，比如大跨度结构等，收到了明显的经济效益。由于索膜结构布置灵活，在实际工程中造型各不相同，基本上每一个索膜结构都需要不同的施工方法进行施工，给施工带来了极大的困难。常规的施工方法为采用钢管搭设支撑架，并采用逐次张拉的方式张拉索膜。

传统的施工方法在伞状索膜结构施工时易导致整个伞状结构因张拉力不均而坍塌。究其原因，伞状索膜结构的受力方式为以圆心对称的拉索应该对称受力相互抵消从而保持平衡，而逐次张拉拉索会使以圆心对称的拉索受力不对称从而使得整个伞状索膜受力不均而导致坍塌。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种经过改进的伞状索膜结构的施工方法，对拉索进行对称张拉，使得整个伞状索膜受力均匀，保证了伞状索膜的施工质量。

为实现上述目的，本发明的伞状索膜结构的施工方法包含：先安装中柱及环梁，然后进行挂索施工，再进行索体的张拉施工，其中，在索体的张拉施工中，对以中柱中心对称的拉索进行对称张拉，其中每根拉索均为一端张拉。

进一步地，对称张拉进一步采用对称分级张拉，其张拉步骤如下：

①中柱不落架，第一次张拉，各拉索的张拉力值为总力值的30％；

②第二次张拉，各拉索的张拉力达到60％；

③安装三角撑；

④安装环索；

⑤安装覆膜4；

⑥拆除中柱的型钢支撑架；

⑦第三次张拉，各拉索的张拉力达到总力值的85％；

⑧覆膜张拉；

⑨第四次张拉，各拉索的张拉力达到总设计值的103％，完成张拉工作；

⑩三角撑固紧定位。

进一步地，在挂索施工中，按先下后上的顺序进行挂索，每层同时对称挂2根或4根拉索；并按以下步骤安装拉索：

(1)先安装拉索的两端索头；

(2)拉索的两端索头安装完毕后，对拉索进行预紧。

进一步地，拉索采用调节张拉方式，索体安装前调至最长位置。

进一步地，在中柱及环梁安装之前，先搭设操作平台。

进一步地，操作平台主要包含两部分，一部分为脚手架，另一部分为专为中柱设置的型钢支撑架，其中脚手架覆盖伞状索膜结构搭建的平面范围，并预留出圆形屋顶钢制环梁及伞状索膜的安装空间。

进一步地，脚手架为钢管脚手架。

进一步地，型钢支撑架位于脚手架的中央位置。

本发明通过采用型钢支撑架对悬空中柱进行定位、支撑和环梁托架，有效保证了中柱和环梁的稳定和定位准确性，且在索膜张拉时采用两组对称、分段的张拉方式保证了索膜施工质量，同时节约了工期。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。

图1是本发明首选实施方式的伞状索膜结构施工中的操作平台的平面布置示意图。

图2是该首选实施方式的伞状索膜结构施工中的中柱型钢支撑架示意图。

图3是该首选实施方式的伞状索膜结构施工中的托架平面的部分结构示意图。

图4是该首选实施方式的伞状索膜结构施工中的环梁托架的结构示意图。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明的首选实施方式的伞状索膜结构包含一中柱1、围绕中柱一圈的环梁2、从地面伸出以支撑环梁2的多根环梁立柱5、以及分布在中柱1和环梁2之间的多根拉索3及覆在拉索上的覆膜4。如图2所示，环梁立柱5从地面向上伸出，环梁2固定在立柱5的上端，绕中柱1一圈，拉索3分上层拉索31、中层拉索32、下层拉索33，通过三层拉索使中柱1悬空，整个伞状索膜结构维持稳定。环梁2、拉索3、覆膜4共同构成圆形屋顶。其中环梁2为钢制。

该伞状索膜结构施工的工艺流程为：施工准备→挂索设备的安装→操作平台的搭设与防护→拉索搬运→拉索吊装→拉索牵引就位→索体安装→拉索张拉→调索施工→防腐→清场

操作平台的搭设：

做好施工准备、完成挂索设备安装后，为伞状索膜结构的安装搭设操作平台11。在本首选实施方式中，操作平台11主要包含两部分，一部分采用扣件式满堂钢管脚手架12，脚手架12覆盖伞状索膜结构搭建的平面范围，脚手架12搭建时预留出圆形屋顶钢制环梁及伞状索膜的安装空间。脚手架12分层搭设。

因索膜结构中柱1是一个独立的构件，且通常高度较高，自重较大(含索自重常 达几十吨)。在缆索张拉时，对中柱1的稳定要求很高，每条拉索张拉到达预张力的60％前，所有的力量必须由中柱1的自身来稳定承担，所以，如图1和图2所示，操作平台11的另一部分为专为中柱1的安装和固定而设置的由型钢构成的型钢支撑架13。

环梁2的定位：

环梁2的安装定位是重点控制目标。安装环梁2前应先在操作平台11上按1:1的比例将环梁2的上、中、下三环的环杆的圆弧线放在操作平台11的顶面上，并将所有环板、拉索的位置、角度、条数均按比例放在操作平台11上。安装环梁2前还应先制作托架22，如图4所示，托架22制作好后应先对其进行放线安装，按一定间距(例如按2000mm的间距放置一个)或统一的角度(应不大于10度放置一个)放置，并校正加固，并经验收后方能将环梁2的环杆24依次安装，环杆24安装应固定在托架22上，并适当加固，然后安装环板26，环板26必须按大样将位置、角度调整校核好后点焊固定，点焊过程中必须重复校核环板26的位置、角度必须要与大样对齐，确定位置正确后，才施以满焊。

中柱1的定位：

在本首选实施方式的伞状索膜结构施工中，中柱1上设有上、中、下法兰，法兰与拉索环梁2的环板焊接成为整体.中柱1的位置的准确性关系到整个索膜结构在张拉时的稳定性。为了能准确定位中柱的位置，型钢支撑架13搭设完成后，采用全站仪将中柱1的投影完整投放在型钢支撑架13上面，然后组装中柱1，组装完成后采用吊车将中柱1吊放在准确位置，在吊放过程中采用全站仪时刻进行位置的复核、校对，并在不同的位置进行复核，确保误差在10mm范围以内。

拉索的吊装、牵引就位：

在本首选实施方式的伞状索膜结构的屋架施工中，优选地采用RZM 5-37成品拉索，最长17m左右，重量较轻。

拉索一般有以下两种放索方式：

1、直接采用吊机或卷扬机辅助放拉索，直接将拉索吊起至锚固面，预应力拉索体安装采用卷扬机钢丝绳及手拉葫芦配合安装。拉索的索体吊运时两端均用夹具将索体与牵引钢丝绳绑牢然后一端与牵引设备相连，将索体牵引至设计位置，然后采用人工牵引的方式将另一端牵引至设计位置即可。

2、拉索索体的放索采用专用放索盘进行放索，放索盘应有满足放索的制动装置。为防止索体在放索过程中与地面接触，损坏拉索保护层或损伤索股，挂索之前应在拉索经过的地方安装固定滚轮，滚轮的放置设置一定间距(例如间距8m左右)，尽量减少拉索在挂索过程中与其他物体接触，减少拉索在挂索中的摩擦阻力，放索时应尽量使拉索保持在同一个平面内放索。

在本首选实施方式的伞状索膜结构施工中，优选地使用第一种放索方式，即利用卷扬机及滑轮等辅助设备完成。本领域普通技术人员可以理解到，在其他实施方式中，如果现场状况以及现有设备允许，也可以使用第二种放索方式。

挂索时：

(1)按先下后上的顺序进行挂索,而且每层要同时对称挂2根或4根拉索，保证中柱1受力均衡。本首选实施方式的伞状索膜结构的拉索在空间桁架内，采用辅助溜绳导引法进行，用卷扬机进行牵引。在每个拉索转角处，设置临时转向滑轮装置，避免拉索与钢桁架的摩擦，从而避免损伤索体。

(2)钢桁架上设置导向滑轮，导向起吊拉索的钢丝绳。用吊装带将拉索固定端吊起，吊点位置应满足锚具上端部稍有下垂所需要的长度。中柱节点安装人员在环梁2的立柱5外的脚手架上采用手拉葫芦和纤维吊装带等工具进行人工安装、连接拉索，这样拉索的上部节点应先行挂好，拉索可牵引在脚手架12上，并拉至环形节点处。上部节点指拉索上和中柱1的上部连接的节点。环形节点指拉索上和环梁2连接的节点。

(3)将拉索的环形节点配合倒链牵引到安装位置，牵引时绑扎点应保证下锚具端部有一定的自由摆动量。通过张拉千斤顶进行预应力或位移轻微调整，达到预紧要求。

索体安装：

吊起拉索的索体，将其索体螺旋放开，边吊边解除索体包装保护层。将上端拉索索头牵引至耳板(即：节点板)附近，将索端调节量调至最大，用手拉葫芦调整位置，将索销插上即可。拉索的预紧等拉索的两端索头安装完毕后再进行。

拉索在网架上节点的安装：用卷扬机，钢丝绳走滑轮组进行，将拉索拉到耳板处配合手拉葫芦挂在网架节点上，拉紧拉索，穿入钢销。

拉索地面节点的安装：拉索安装一端后，用手拉葫芦配合千斤顶拉紧，穿入钢销。

由于拉索采用调节张拉方式，索体安装前调至最长位置，因此，索体在安装过程中几乎处于零应力状态，而钢架主体仍处于安装状态，所以索体在安装就位过程中对伞状索膜结构的整体屋架的影响较小，此时可以不考虑安装应力的不均匀分布问题，本首选实施方式的索体按照空间位置顺序依次安装即可。

索体张拉：

前面涉及的预应力拉索全部就位且伞状索膜结构的屋架主体钢结构节点固定后，进行预应力拉索的张拉施工，张拉施工主要在环梁2与中柱1安装就位后进行。在本首选实施方式中，采用人工调节的方式进行索体张拉施工，即采用调节张拉端调节杆长短以达到张拉和放张的目的。

在伞状拉索结构的全部拉索的挂索安装操作完成之后对以中柱中心对称的拉索进行对称张拉，其中每根拉索均为一端张拉，张拉点宜设在具有操作性的一端，并搭设张拉操作平台。拉索的张拉控制以关键点的位移及变形控制为主、拉索应力控制为辅。伞状索膜结构的所有拉索都为互拉受力状态，当某根拉索受力不均匀时，会引起其他拉索的受力与位置的改变。为保证拉索的受力均匀与整个屋架的形状和中柱的受力平衡，对预应力拉索的张拉还进一步采用对称分级张拉。由于拉索上还要安置膜结构、以及膜结构的张拉，考虑到拉索张拉力与膜结构的张拉力存在着很密切的相互影响关系。因此在索的张拉过程中要与膜结构的安装与张拉保持着密切配合。

张拉步骤如下：

①中柱不落架(即仍在型钢支撑架13上)，第一次张拉，各拉索的张拉力值为总 力值的30％；

②第二次张拉，各拉索的张拉力达到60％；

③安装三角撑；

④安装环索；

⑤安装覆膜4；

⑥拆除中柱1的型钢支撑架13；

⑦第三次张拉，各拉索的张拉力达到总力值的85％；

⑧覆膜张拉；

⑨第四次张拉，各拉索的张拉力达到总设计值的103％，完成张拉工作；

⑩三角撑固紧定位。

在拉索的最终张拉完后，覆膜结构只要没有出现严重走形或者破损，此时不管覆膜结构的张拉力为多少都不再调整覆膜，即完成该组的张拉。

调索：

钢结构安装就位后进行钢结构的尺寸复核检查，预应力拉索的张拉力和伸长值根据复核后尺寸作适当调整；要进行伸长值计算时，尽量采用索厂提供的弹性模量进行计算，验收时考虑索厂的弹性模量误差对伸长值的影响。

在张拉、起吊、挂索、就位、牵引等各个施工阶段应保证其他构件的安全。设计所提供的每个施工节段的相应标高和其它变形值，一般是基于某种标准气温下的设计值。温度变化对于钢架结构变形的影响是非常复杂的，将温差变化所引起的结构变形从实测变形值中分离出来相当困难。因此，应尽量选择温度变化小的时机进行测量，力求将温度、日照对施工控制的影响降低到最小限度。所以最后的调索测量宜选择在气温较均匀，且最接近季节平均气温的时段测量。调索的顺序跟张拉顺序一样，依次调拉至伞状索膜结构的整体屋架成形的拉索最终索力。

防腐：

所有拉索的调索张拉完成后，采用相同颜色的聚氨脂面漆对拉索在施工过程中的被刮伤或碰伤处进行补漆，节点处的叉耳与销轴应涂抹优质黄油。

由于拉索在挂索安装时可能有刮伤缆索的PE保护层，破坏了该处的防腐功能。因此张拉调索完成后，应逐根检查拉索的外层PE，有刮伤的地方采用热风枪进行修补。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (8)

1.一种伞状索膜结构的施工方法，先安装中柱及环梁，然后进行挂索施工，再进行索体的张拉施工，其特征在于，在索体的张拉施工中，对以中柱中心对称的拉索进行对称张拉，其中每根所述拉索均为一端张拉。

2.如权利要求1所述的伞状索膜结构的施工方法，其特征在于，所述对称张拉进一步采用对称分级张拉，其张拉步骤如下：

①所述中柱不落架，第一次张拉，各所述拉索的张拉力值为总力值的30％；

②第二次张拉，各所述拉索的张拉力达到60％；

③安装三角撑；

④安装环索；

⑤安装覆膜4；

⑥拆除所述中柱的型钢支撑架；

⑦第三次张拉，各所述拉索的张拉力达到总力值的85％；

⑧所述覆膜张拉；

⑨第四次张拉，各所述拉索的张拉力达到总设计值的103％，完成张拉工作；

⑩所述三角撑固紧定位。

3.如权利要求1所述的伞状索膜结构的施工方法，其特征在于，在挂索施工中，按先下后上的顺序进行挂索，每层同时对称挂2根或4根所述拉索；并按以下步骤安装所述拉索：

(1)先安装所述拉索的两端索头；

(2)所述拉索的所述两端索头安装完毕后，对所述拉索进行预紧。

4.如权利要求3所述的伞状索膜结构的施工方法，其特征在于，所述拉索采用调节张拉方式，所述索体安装前调至最长位置。

5.如权利要求1-4中任一项所述的伞状索膜结构的施工方法，其特征在于，在中柱及环梁安装之前，先搭设操作平台。

6.如权利要求5所述的伞状索膜结构的施工方法，其特征在于，所述操作平台主要包含两部分，一部分为脚手架，另一部分为专为中柱设置的型钢支撑架，其中脚手架覆盖所述伞状索膜结构搭建的平面范围，并预留出圆形屋顶钢制环梁及伞状索膜的安装空间。

7.如权利要求6所述的伞状索膜结构的施工方法，其特征在于，所述脚手架为钢管脚手架。

8.如权利要求6所述的伞状索膜结构的施工方法，其特征在于，所述型钢支撑架位于所述脚手架的中央位置。