CN102808515A - 平面重型屋盖张弦梁施工方法 - Google Patents

Abstract

平面重型屋盖张弦梁施工方法，现场采用“两次张拉完成、后期局部调整”张拉施工技术。根据结构类型，解决稳定问题，合理有效的预应力的张拉方案。整体结构较为规则美观。综合考虑施加预应力方式、预应力成型顺序，预先确定张拉结构的施工模拟状态，从而最大限度地保证设计思想在实际工程中的顺利而准确地实施，最大限度地保证施工过程的合理性和结构安全性。

Description

平面重型屋盖张弦梁施工方法

技术领域

本发明涉及国际专利分类专利分类E04B一般建筑物构造装置及相关技术，尤其是平面重型屋盖张弦梁施工方法。

背景技术

公知技术中，张弦梁结构最早是由日本大学M.Saitoh教授提出，是一种区别于传统结构的新型杂交屋盖体系。张弦梁结构是一种由刚性构件上弦、柔性拉索、中间连以撑杆形成的混合结构体系，其结构组成是一种新型自平衡体系，是一种大跨度预应力空间结构体系。张弦梁结构按受力可以分为平面张弦梁结构和空间张弦梁结构；平面张弦梁结构是指其结构构件位于同一平面内，且以平面内受力为主的张弦梁结构。平面张弦梁结构根据上弦构件的形状可以分为三种基本形式：直线型张弦梁、拱形张弦梁、人字型张弦梁结构。直线型张弦梁结构主要用于楼板结构和小坡度屋面结构，拱形张弦梁结构充分发挥了上弦拱得受力优势，适用于大跨度的屋盖结构，人字型张弦梁结构适用于跨度较小的双坡屋盖结构。空间张弦梁结构是以平面张弦梁结构为基本组成单元，通过不同形式的空间布置所形成的张弦梁结构。空间张弦梁结构主要有单向张弦梁结构、双向张弦梁结构、多向张弦梁结构、辐射式张弦梁结构。单向张弦梁结构由于设置了纵向支撑索形成的空间受力体系，保证了平面外的稳定性，适用于矩形平面的屋盖结构。双向张弦梁结构由于交叉平面张弦梁相互提供弹性支撑，形成了纵横向的空间受力体系，该结构适用于矩形、圆形、椭圆形等多种平面屋盖结构。多向张弦梁结构是平面张弦梁结构沿多个方向交叉布置而成的空间受力体系，该结构形式适用于圆形和多边形平面的屋盖结构。辐射式张弦梁结构是由中央按辐射状放置上弦梁，梁下设置撑杆用环向索而连接形成的空间受力体系，适用于圆形平面或椭圆形平面的屋盖结构。预应力空间钢结构预应力的施加方法通常有两种。一种是在预应力索、杆直接施加外力，从而可改善结构受力状态，致使内力重分布，或者是形成一种新的具有一定内办状态的结构形式；另一种是通过调整已建空间结构支座高差，改变支承反力的大小，从而也可使结构内力重分布，达到预应力的目的。预应力索、杆的材质通常分为碳钢索、钢绞张索和钢棒。

预应力张弦梁结构作为一种高效的结构承力体系，已被各种建设工程特别是大跨度空间结构的屋盖体系所采用。

张弦梁结构是最近几年发展起来的大跨度预应力钢结构，由弦、撑杆和压弯构件组合而成的新型结构。它充分利用了高强索的抗拉性改善了结构的整体结构受力性能，成为受力合理、制造运输方便、施工简单的自平衡体系，是具有良好应用价值和前景的新型结构形式。在张弦梁结构中由于预应力的引进，结构的整体刚度大大的提高，截面的尺寸得到了明显的减小，但是结构的稳定性问题仍不能忽略。我国大跨度张弦梁结构刚刚开始采用。其代表性工程为已经建成使用的上海浦东国际机场航站楼钢屋架和正在建设中的广州国际会议展览中心展览大厅钢屋架。张弦梁结构的稳定性问题可以分为两类，一类是结构的局部稳定性，另一类是结构的整体稳定性。结构的整体稳定性又可以分为平面内的整体稳定性和平面外的整体稳定性。

轻型张弦梁施工技术在国内较为成熟，因平面重型混凝土楼板的存在，对于平面重型上人屋盖的施工技术研究较少，张弦梁采用倒三角腹杆的布置形式，上弦采用两根平行的H型钢构件作为压弯杆件，而与其相对应的是一条下弦受拉索。其施工技术的研究在国内尚属罕见，无相关文献报道。

相关专利申请公开较少，申请号200710306988公开了一种具有荷载缓和作用的张弦梁结构及施工方法，它包括上弦梁、撑杆、张弦梁的下弦拉索、支座和荷载缓和装置，所述的荷载缓和装置由小齿轮转盘、大齿轮转盘、拉索及重物组成，小齿轮转盘和大齿轮转盘利用齿轮相互咬合连在一起，小齿轮转盘边缘与张弦梁的下弦拉索相连，张弦梁的下弦拉索绕过小齿轮转盘四分之一周固定，大齿轮转盘中心与支座用拉索相连，大齿轮转盘边缘伸出拉索下面悬挂重物，拉索绕过大齿轮转盘四分之一周固定。尚未发现实用的改进技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种平面重型屋盖张弦施工方法方法，该工法尤其适应于平面重型屋盖施工。

本发明的发明目的是通过如下技术措施实现的：现场采用“两次张拉完成、后期局部调整”张拉施工技术，两次张拉施工技术是对构件进行分级张拉，循环张拉，最终各索均一致达到设计值。

本发明的有益效果是：根据结构类型，解决稳定问题，合理有效的预应力的张拉方案。整体结构较为规则美观。综合考虑施加预应力方式、预应力成型顺序，预先确定张拉结构的施工模拟状态，从而最大限度地保证设计思想在实际工程中的顺利而准确地实施，最大限度地保证施工过程的合理性和结构安全性。

附图说明：

图1是“两次张拉”示意图

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1：

对于24榀，跨度36米平面重型屋盖张弦梁体系关键施工技术：现场采用“两次张拉完成、后期局部调整”张拉施工技术。

通过撑杆将梁架和高强钢索组合而成，上弦平面为上人重型屋面，上弦杆件和下弦拉索由两根斜向方钢管受压腹杆相连接，下弦拉索在张弦梁结构的端部则分成两条拉索分别与上弦杆件相连接。

预先确定张拉结构的施工模拟状态，采取模拟施工加载的方法，综合考虑施加预应力方式、预应力成型顺序，确保满足设计要求的前提下减少张拉、调整的次数。根据细致的分析结果，确定现场采用“两次张拉完成、后期局部调整”张拉施工技术。

“两次张拉完成、后期局部调整”的具体步骤包括：

两次张拉施工技术是对构件进行分级张拉，循环张拉，最终各索均一致达到设计值。

如图1所示，施工完第一部分时结构图(a)会产生变形和内力，施工第二部分图(b)时第一部分相对于第二部分来讲具有初始变形和初应力，结构施工成形图(c)时全部自重荷载已经施加到结构上，相应荷载作用下结构的变形也在施工过程中同步产生，使用阶段图(d)剩余的荷载再施加上去，最终结构的变形和内力是各状态依次产生累积的结果。

工程结构施工中，随着建造进程，结构物在逐步生长，在每一时间步是不一样的，其总刚度矩阵、总未知数等都在增长。同时因为整个结构按照施工的次序一部分一部分地先后形成，已施工完结构部分上承受的荷载，不可能在还没有施工的结构上产生影响，从力学角度来看，则是先施工的部分结构相对于后施工的部分结构具有某种初变位和初应力，传统的顺序张拉法不适用于较柔的预应力钢结构。

本实施例在工作时，以预应力张弦梁为背景，通过基于ANSYS的优化分析、非线性全过程分析以及屈曲分析，重点研究了预应力张弦梁下弦钢索张拉力的优化、关键施工状态下结构的受力性能分析与稳定性分析等施工控制中的关键技术问题。在此基础上，进行了两榀预应力张弦梁1：9缩尺模型的施工模拟试验，研究了张弦梁施工全过程的受力性能。有限元分析与试验结果表明：对下弦钢索的张拉力进行优化可以有效地改善结构在设计状态下的受力性能；合理的结构设计可以保证张弦梁在施工过程中的强度与稳定性；预应力的张拉宜以跨中反拱作为控制指标；有限元计算值与试验结果吻合良好。这种具有荷载缓和作用的张弦梁结构，抗灾能力强、安全性能高、受力性能优越，并能充分发挥高强度材料性能。

通过选择合理有效的预应力张拉方案，解决稳定问题，整体结构较为规则美观。根据结构类型，综合考虑施加预应力方式、预应力成型顺序，预先确定张拉结构的施工模拟状态，从而最大限度地保证设计思想在实际工程中的顺利而准确地实施，最大限度地保证施工过程的合理性和结构安全性。

Claims (3)

1.平面重型屋盖张弦梁施工方法，其特征是：现场采用“两次张拉完成、后期局部调整”张拉施工技术，两次张拉施工技术是对构件进行分级张拉，循环张拉，最终各索均一致达到设计值。

2.如权利要求1所述的平面重型屋盖张弦梁施工方法，其特征在于，对于24榀，跨度36米平面重型屋盖张弦梁体系关键施工技术：现场采用“两次张拉完成、后期局部调整”张拉施工技术。

3.如权利要求2所述的平面重型屋盖张弦梁施工方法，其特征在于，通过撑杆将梁架和高强钢索组合而成，上弦平面为上人重型屋面，上弦杆件和下弦拉索由两根斜向方钢管受压腹杆相连接，下弦拉索在张弦梁结构的端部则分成两条拉索分别与上弦杆件相连接。

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