CN107338963A - 一种超大跨度张弦桁架场外吊装施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大跨度张弦桁架场外吊装施工方法，其包括：精准下料、加工，拼装单榀桁架；铺设滑移轨道，搭建支撑胎架和临时支撑架；利用履带吊将第一榀桁架吊装至临时支撑架上、第二榀桁架吊装至在支撑胎架上，并将第二、一榀桁架连接成一个刚性整体；采用原位同步对称分级张拉法检测其张拉缓慢协调变形，达到张弦桁架的自平衡体系变形；安装次桁架后拆除临时支撑架；通过液压爬行器将第一、二榀桁架整体向前滑移一个单位；同理，逐榀安装、累积滑移安装完后续所有桁架；最后卸载。本发明在建筑物场地外进行拼装，不影响其他专业同步施工；并采用吊装、滑移施工，减少了支撑胎架和大型吊装机械的数量，经济效益显著。

Description

一种超大跨度张弦桁架场外吊装施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种超大跨度张弦桁架场外吊装施工方法。

背景技术

在现有大跨度空间结构中，张弦结构理论研究和施工技术均有所发展。张弦桁架采用上弦刚性桁架，下弦柔性索和撑杆组成的半刚结构，通过预应力索张拉达到结构自平衡，充分利用了各种材料的优异性能，在大跨度及超大跨度结构领域，有着良好的使用前景。

随着社会进步，空间结构蓬勃发展，建筑跨度越来越大，结构也越来越复杂，对于安装施工提出的技术要求也越来越高。一般张弦桁架结构多采用场地内“地面拼装、单元吊装”的方法进行安装，但对于一些项目的特殊场地条件情况，常规的方法不宜采用，如河口海岸深水航道试验厅结构，其平面尺寸为121.6m×201.2m，上部钢屋盖采用张弦桁架结构，张弦桁架支座跨度119.8m，边跨间距8.5m，中跨间距12m。其室内布置了近1000m的输水廊道，廊道深度为2.5m-3.0m，输水廊道将室内场地划分成了不规则的多块小场地，不适宜大型吊装设备行走，同时重载也会对输水廊道结构造成破坏，因而，必须考虑场地外吊装的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种超大跨度张弦桁架场外吊装施工方法，实现整体累积滑移施工，达到安全、高效、实用的目的，且减少大型吊装机械的使用，降低了成本。

本发明的技术方案如下：

一种超大跨度张弦桁架场外吊装施工方法，其包括以下步骤：

(1)通过结构找形方法对张弦桁架中的上弦杆、下弦杆、腹杆进行精准下料、加工，并送到建筑场地外的施工现场；

(2)按照待施工的张弦桁架的跨度，在工装胎架上采用卧拼方式分段装配桁架段，并将相邻桁架段通过连接板和螺栓连接拼装成一个完整的单榀桁架；然后在每榀桁架的两端支座的底端安装滑靴；

(3)按照待施工的张弦桁架的长度和跨度，在施工现场先浇筑平行的两排混凝土柱，并在两两混凝土柱之间的间隙中安装滑移梁，使滑移梁与混凝土柱等高；在滑移梁与混凝土柱的顶端铺设滑移轨道；在两个滑移轨道之间搭建支撑胎架，并在支撑胎架内侧搭设临时支撑架；所述支撑胎架和临时支撑架均位于桁架段的连接处；

(4)将连接桁架段的螺栓拆除后，利用履带吊将第一榀桁架的桁架段分段依次吊装至临时支撑架上，其位于中间的端部由临时支撑架进行支撑、位于两端的滑靴分别落在滑移轨道上；将各桁架段合拢、校正后对其连接处进行焊接成第一榀桁架；

(5)利用履带吊将第二榀桁架的桁架段分段依次吊装至在支撑胎架上，其位于中间的端部由支撑胎架进行支撑、两端的滑靴分别落在滑移轨道上；将各桁架段合拢、校正后对其连接处进行焊接成第二榀桁架；并将第二榀桁架通过水平支撑与第一榀桁架连接成一个刚性整体；

(6)穿索，然后采用原位同步对称分级张拉法，使第一、二榀桁架张拉缓慢协调变形，达到张弦桁架的自平衡体系；

(7)待第一、二榀桁架张拉检测合格后，安装次桁架和檩条；在第一榀桁架的支座安装液压爬行器，并拆除临时支撑架，同时将支撑胎架的标高降至第二榀桁架中的拉索最低点以下；然后通过液压爬行器将第一、二榀桁架整体向前滑移一个单位后，将支撑胎架的标高恢复至原标高；

(8)按步骤(5)-(7)安装第三榀桁架，通过次桁架、檩条、水平支撑，将其与第二榀桁架连接起来，并整体向前再滑移一个单位；同理，逐榀安装、累积滑移安装完后续所有的桁架；

(9)对最终安装完成的张弦桁架采用单元卸载方法进行卸载。

进一步方案，所述步骤(2)中的安装在每榀桁架的两端支座上的滑靴，其沿桁架长度方向一个为固定限位的、另一个是位移可调的。

进一步方案，所述步骤(3)中的支撑胎架和临时支撑架的顶端均支撑桁架的上弦杆；所述支撑胎架和临时支撑架平行设置，它们之间的间距为次桁架的宽度。

进一步方案，所述步骤(3)中的滑移梁通过预埋在混凝土柱中的预埋件与混凝土柱固定连接成一整体；所述滑移轨道通过卡轨器与滑移梁固定连接。

进一步方案，所述步骤(6)中的原位同步对称分级张拉法的张拉索力分别为25％—50％—75％—90％—100％，使桁架变形协调。

进一步方案，所述步骤(7)中的滑移一个单位的长度为两榀桁架的中轴线之间的距离。

进一步方案，所述液压爬行器为多个，其间隔对称地安装在桁架的两端支座上；其安装的数量和位置是根据当前一起滑移的桁架重量所产生的摩擦力来增加的，确保桁架滑移的顶推力大于摩擦力，使桁架正常滑移。

进一步方案，所述步骤(9)中的单元卸载方法是指每3榀桁架作为一个卸载单元，通过千斤顶将连续的3榀桁架的支座同步抬高20mm后，拆除其所对应的滑移轨道；然后在混凝土柱顶端安装橡胶支座；最后通过千斤顶收缸，将桁架的支座落位于橡胶支座。

张弦桁架作为一种刚柔组合的半刚性结构，在拉索张拉过程中上弦桁架将产生起拱，针对大跨度或超大跨度张弦桁架，当结构跨度和预应力达到一定程度后，这种由于预应力张拉引起的起拱变形将不容忽视，必须要通过设计初始状态寻找到桁架的无预应力的放样态模型，然后以放样态模型为依据进行桁架制造，经过张拉达到设计初始状态。本发明的结构找形方法的原理是通过逆迭代法找到桁架的放样态模型。其步骤如下：

(1)按照设计初始状态下结构和节点的坐标(X0)建立有限元模型，并令X1＝X0

(2)将结构自重和拉索的应变值施加在结构中，进行有限元分析，求得个点的位移(Δk).若(Xk+Δk)与X0偏差满足收敛条件，则迭代收敛；否则调整节点坐标为Xk+1＝X0-Δk；

(3)重复上述步骤，直至迭代收敛或迭代次数达到预定值(N)。若迭代收敛，则Xk为所确定的零状态节点坐标，即寻找到结构放样态模型。

本发明的原位同步对称分级张拉法是在拉索安装完毕后，根据设计索力选取张拉设备，采用两端对称同步分级张拉方法，确保拉索张拉过程加载均匀，桁架变形协调，同时每一步张拉完毕，及时检测索力与桁架跨中和支座的变形，并与模拟施工所获取的数据进行比对，保证拉索施工全过程处于可控状态，保证施工过程结构安全，为下阶段施工和最后的施工验收提供依据。

本发明采用的施工方案包括张弦桁架通过找形法取得部件的精准加工、工地现场场地外的工装胎架的整体拼装、桁架的分段吊装、索接逐榀原位同步对称分级张拉、逐榀安装和累积滑移等施工技术。

本发明中整体累积滑移施工技术是一种比较简单、实用、效率较高的施工方法，同时具有可观的经济效益和社会效益。

本发明中的液压爬行器是一种能自动夹紧轨道形成反力，从而实现推移的设备。此设备可抛弃反力架，省去了反力点的加固问题，省时省力，且由于与被移构件刚性连接，同步控制较易实现，就位精度高。液压爬行器由液压泵源提供液压动力，在各种液压阀的控制下完成相应动作。

为了使桁架的两端同步移动，将液压爬行器对称设置，并采用行程开关或位移传感器进行检测，然后通过计算机控制全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。

本发明是先在混凝土柱之间铺设临时滑移梁进行支撑，再在滑移梁上度方向设置滑移轨道，单榀桁架在地面拼装完成后，首先组装前两榀桁架及其间的次结构，利用液压爬行器作为滑移驱动设备向前顶推滑移，依次安装剩余的桁架，直至全部桁架累积顶推滑移完毕，最终进行卸载落位固定，则大跨度张弦桁架结构安装完成。

本发明与现有技术相比，具有下列特点：

1.本发明采用场外安装，大型设备无需进入建筑物内，方便了施工。

2.所有桁架拼装均在建筑物场地外，不占用建筑物内场地，故不影响其他专业同步施工。

3.利用结构找形方法实现桁架各部件的精准下料加工，使桁架安装完毕的最终状态与桁架设计初始状态吻合。

4.采用吊装、滑移施工，减少了支撑胎架的搭设数量。

5.采用单元卸载方法，减少卸载设备和人员的投入。

6.本发明减少了大型吊装机械的使用，减少了人工使用成本，节省了搭设临时支撑的措施费用，同时加快了施工进度，提高了施工效率，对类似工程施工具有现实的指导意义。

7.同时减少了建筑垃圾废弃及燃油机械设备使用对环境的污染，一定程度上达到了节能、环保的目的。

具体实施方式

实施例1：

一种超大跨度张弦桁架场外吊装施工方法，其包括以下步骤：

(1)通过结构找形方法对张弦桁架中的上弦杆、下弦杆、腹杆进行精准下料、加工，并送到建筑场地外的施工现场；

(2)按照待施工的张弦桁架的跨度，在工装胎架上采用卧拼方式分段装配桁架段，并将相邻桁架段通过连接板和螺栓连接拼装成一个完整的单榀桁架；然后在每榀桁架的两端支座的底端安装滑靴；

(3)按照待施工的张弦桁架的长度和跨度，在施工现场先浇筑平行的两排混凝土柱，并在两两混凝土柱之间的间隙中安装滑移梁，使滑移梁与混凝土柱等高；在滑移梁与混凝土柱的顶端铺设滑移轨道；在两个滑移轨道之间搭建支撑胎架，并在支撑胎架内侧搭设临时支撑架；所述支撑胎架和临时支撑架均位于桁架段的连接处；

(4)将连接桁架段的螺栓拆除后，利用履带吊将第一榀桁架的桁架段分段依次吊装至临时支撑架上，其位于中间的端部由临时支撑架进行支撑、位于两端的滑靴分别落在滑移轨道上；将各桁架段合拢、校正后对其连接处进行焊接成第一榀桁架；

(5)利用履带吊将第二榀桁架的桁架段分段依次吊装至在支撑胎架上，其位于中间的端部由支撑胎架进行支撑、两端的滑靴分别落在滑移轨道上；将各桁架段合拢、校正后对其连接处进行焊接成第二榀桁架；并将第二榀桁架通过水平支撑与第一榀桁架连接成一个刚性整体；

(6)穿索，然后采用原位同步对称分级张拉法，使第一、二榀桁架张拉缓慢协调变形，达到张弦桁架的自平衡体系；

(7)待第一、二榀桁架张拉检测合格后，安装次桁架和檩条；在第一榀桁架的支座安装液压爬行器，并拆除临时支撑架，同时将支撑胎架的标高降至第二榀桁架中的拉索最低点以下；然后通过液压爬行器将第一、二榀桁架整体向前滑移一个单位后，将支撑胎架的标高恢复至原标高；

(8)按步骤(5)-(7)安装第三榀桁架，通过次桁架、檩条、水平支撑，将其与第二榀桁架连接起来，并整体向前再滑移一个单位；同理，逐榀安装、累积滑移安装完后续所有的桁架；

(9)对最终安装完成的张弦桁架采用单元卸载方法进行卸载。

进一步方案，所述步骤(2)中的安装在每榀桁架的两端支座上的滑靴，其沿桁架长度方向一个为固定限位的、另一个是位移可调的。

进一步方案，所述步骤(3)中的支撑胎架和临时支撑架的顶端均支撑桁架的上弦杆；所述支撑胎架和临时支撑架平行设置，它们之间的间距为次桁架的宽度。

进一步方案，所述步骤(3)中的滑移梁通过预埋在混凝土柱中的预埋件与混凝土柱固定连接成一整体；所述滑移轨道通过卡轨器与滑移梁固定连接。

进一步方案，所述步骤(6)中的原位同步对称分级张拉法的张拉索力分别为25％—50％—75％—90％—100％，使桁架变形协调。

进一步方案，所述步骤(7)中的滑移一个单位的长度为两榀桁架的中轴线之间的距离。

进一步方案，所述液压爬行器为多个，其间隔对称地安装在桁架的两端支座上；其安装的数量和位置是根据当前一起滑移的桁架重量所产生的摩擦力来增加的，确保桁架滑移的顶推力大于摩擦力，使桁架正常滑移。

进一步方案，所述步骤(9)中的单元卸载方法是指每3榀桁架作为一个卸载单元，通过千斤顶将连续的3榀桁架的支座同步抬高20mm后，拆除其所对应的滑移轨道；然后在混凝土柱顶端安装橡胶支座；最后通过千斤顶收缸，将桁架的支座落位于橡胶支座。

实施例2：

港口航道泥沙工程交通行业重点实验室河口海岸深水航道试验厅项目结构平面尺寸为121.6m×201.2m，上部钢屋盖采用张弦桁架结构，该张弦桁架结构跨度119.8m、边跨间距8.5m、中跨间距12m，钢屋盖由18榀横向张弦梁桁架及9榀纵向联系次桁架组成，所有桁架以及屋面支撑均由钢管构件组成。

其具体的场外吊装施工方法为：

(1)通过结构找形方法对张弦桁架中的上弦杆、下弦杆、腹杆进行精准下料、加工，并送到建筑场地外的施工现场；

(2)按照待施工的张弦桁架的跨度，在工装胎架上采用卧拼方式分段装配成9个桁架段，并将相邻桁架段通过连接板和螺栓连接拼装成一个完整的单榀桁架；然后在每榀桁架的两端支座的底端安装滑靴，其沿桁架长度方向一个滑靴为固定限位的、另一个滑靴是位移可调的；

(3)按照待施工的张弦桁架的长度和跨度，在施工现场先浇筑平行的两排混凝土柱，同一排混凝土柱中位于两端头的两混凝土柱之间间距为9米，其他的两两混凝土柱之间的间距均为12米；并在两两混凝土柱之间的间隙中安装滑移梁，滑移梁通过预埋在混凝土柱中的预埋件与混凝土柱固定连接成一整体，且滑移梁与混凝土柱等高；在滑移梁与混凝土柱的顶端铺设滑移轨道，滑移轨道通过卡轨器与滑移梁固定连接；

在两排混凝土柱之间的地面上沿垂直于滑移轨道方向画19个轴线，在第18轴线设置临时支撑架，在19轴线上搭建支撑胎架；所述支撑胎架和临时支撑架均位于桁架段的连接处，其顶端分别支撑桁架的上弦杆；所述支撑胎架和临时支撑架平行设置，它们之间的间距为次桁架的宽度。

(4)将连接桁架段的螺栓拆除后，利用履带吊将第一榀桁架的3个桁架段分段依次吊装至临时支撑架上，其位于中间的端部由临时支撑架进行支撑、位于两端的滑靴分别落在滑移轨道上；将各桁架段合拢、校正后对其连接处进行焊接成第一榀桁架；

(5)利用履带吊将第二榀桁架的桁架段分段依次吊装至在支撑胎架上，其位于中间的端部由支撑胎架进行支撑、两端的滑靴分别落在滑移轨道上；将各桁架段合拢、校正后对其连接处进行焊接成第二榀桁架；并将第二榀桁架通过水平支撑与第一榀桁架连接成一个刚性整体；

(6)穿索，然后采用原位同步对称分级张拉法，使第一、二榀桁架张拉缓慢协调变形，达到张弦桁架的自平衡体系；

(7)待第一、二榀桁架张拉检测合格后，安装次桁架和檩条；在第一榀桁架的支座安装液压爬行器，并拆除临时支撑架，同时将支撑胎架的标高降至第二榀桁架中的拉索最低点以下；然后通过液压爬行器将第一、二榀桁架整体向前滑移一个单位，其长度为两榀桁架的中轴线之间的距离，将支撑胎架的标高恢复至原标高；

(8)按步骤(5)-(7)安装第三榀桁架，通过次桁架、檩条、水平支撑，将其与第二榀桁架连接起来，并整体向前再滑移一个单位；同理，逐榀安装、累积滑移安装完后续所有的桁架；

(9)对最终安装完成的张弦桁架采用单元卸载方法进行卸载，其中单元卸载方法是指每3榀桁架作为一个卸载单元，通过千斤顶将连续的3榀桁架的支座同步抬高20mm后，拆除其所对应的滑移轨道；然后在混凝土柱顶端安装橡胶支座；最后通过千斤顶收缸，将桁架的支座落位于橡胶支座。

本工程共配置6台TJG-1000型液压爬行器，即每条轨道上3台，分别布置在在最终钢屋盖结构的第2、8、14轴线上的该榀桁架的支座上。每台爬行器的额定顶推力为1000kN，则6台爬行器可提供的最大滑移推力为∑F为6000kN，大于屋面整体滑移时所需的滑移推进力4800kN，根据类似工程经验及相关规范，满足滑移工况的要求。依据顶推力的大小及爬行器的配置，配套使用3台TJV-30型液压泵站。

其加工成本为：

吊装高度约25米，跨度约120米，需使用1台100吨履带吊工作3个月，市场价100000元/月/台，1台50吨履带吊工作3个月，市场价60000元/月/台，3台25吨汽车吊工作3个月，市场价25000元/月/台，1台300吨汽车吊工作2天，市场价30000元/天/台，共1×3×100000+1×3×60000+3×3×25000+1×2×30000＝765000元；第三方监测费40000元；安全投入35000元/项；

滑移轨道、滑移梁支撑等滑移措施及液压顶推滑移相关费用1000000元；投入临时支撑、胎架等措施材料100吨，按市场价4500元/吨计算：100×4500＝450000元；

人工成本，需50工人工作3个月，按人均6000/月计算：50×3×6000＝900000元；

共计投入成本：765000+1000000+40000+35000+450000+900000＝3190000元。

对比例1：

采用高空散装方式，使用履带吊将单榀桁架一一吊装到该项目的钢屋盖位置，并一一焊接、组装。

其加工成本为：

吊装高度约25米，跨度约120米，使用1台150吨履带吊工作4个月，市场价140000元/月/台，1台50吨履带吊工作4个月，市场价60000元/月/台，3台25吨汽车吊工作4个月，市场价25000元/月/台，共1×4×140000+1×4×60000+3×4×25000＝1100000元；安全投入50000元/项；

投入临时支撑、胎架等措施材料200吨，按市场价4500元/吨计算：200×4500＝900000元；

人工成本，需60工人工作4个月，按人均工资6000/月计算：60×4×6000＝1440000元；

共计投入1100000+50000+900000+1440000＝3490000元。

经对比实施例2和对比例1，本发明的液压整体累积滑移方案施工节省成本约30万元(3490000-3190000＝300000元)。

所以本发明的施工方法减少了大型吊装机械的使用，节省了搭设脚手架和临时支撑的措施费用，具有显著的经济效益。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种超大跨度张弦桁架场外吊装施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）通过结构找形方法对张弦桁架中的上弦杆、下弦杆、腹杆进行精准下料、加工，并送到建筑场地外的施工现场；

（2）按照待施工的张弦桁架的跨度，在工装胎架上采用卧拼方式分段装配桁架段，并将相邻桁架段通过连接板和螺栓连接拼装成一个完整的单榀桁架；然后在每榀桁架的两端支座的底端安装滑靴；

（3）按照待施工的张弦桁架的长度和跨度，在施工现场先浇筑平行的两排混凝土柱，并在两两混凝土柱之间的间隙中安装滑移梁，使滑移梁与混凝土柱等高；在滑移梁与混凝土柱的顶端铺设滑移轨道；在两个滑移轨道之间搭建支撑胎架，并在支撑胎架内侧搭设临时支撑架；所述支撑胎架和临时支撑架均位于桁架段的连接处；

（4）将连接桁架段的螺栓拆除后，利用履带吊将第一榀桁架的桁架段分段依次吊装至临时支撑架上，其位于中间的端部由临时支撑架进行支撑、位于两端的滑靴分别落在滑移轨道上；将各桁架段合拢、校正后对其连接处进行焊接成第一榀桁架；

（5）利用履带吊将第二榀桁架的桁架段分段依次吊装至在支撑胎架上，其位于中间的端部由支撑胎架进行支撑、两端的滑靴分别落在滑移轨道上；将各桁架段合拢、校正后对其连接处进行焊接成第二榀桁架；并将第二榀桁架通过水平支撑与第一榀桁架连接成一个刚性整体；

（6）穿索，然后采用原位同步对称分级张拉法，使第一、二榀桁架张拉缓慢协调变形，达到张弦桁架的自平衡体系；

（7）待第一、二榀桁架张拉检测合格后，安装次桁架和檩条；在第一榀桁架的支座安装液压爬行器，并拆除临时支撑架，同时将支撑胎架的标高降至第二榀桁架中的拉索最低点以下；然后通过液压爬行器将第一、二榀桁架整体向前滑移一个单位后，将支撑胎架的标高恢复至原标高；

（8）按步骤（5）-（7）安装第三榀桁架，通过次桁架、檩条、水平支撑，将其与第二榀桁架连接起来，并整体向前再滑移一个单位；同理，逐榀安装、累积滑移安装完后续所有的桁架；

（9）对最终安装完成的张弦桁架采用单元卸载方法进行卸载。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述步骤（2）中的安装在每榀桁架的两端支座上的滑靴，其沿桁架长度方向一个为固定限位的、另一个是位移可调的。

3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述步骤（3）中的支撑胎架和临时支撑架的顶端均支撑桁架的上弦杆；所述支撑胎架和临时支撑架平行设置，它们之间的间距为次桁架的宽度。

4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述步骤（3）中的滑移梁通过预埋在混凝土柱中的预埋件与混凝土柱固定连接成一整体；所述滑移轨道通过卡轨器与滑移梁固定连接。

5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述步骤（6）中的原位同步对称分级张拉法的张拉索力分别为25%—50%—75%—90%—100%，使桁架变形协调。

6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述步骤（7）中的滑移一个单位的长度为两榀桁架的中轴线之间的距离。

7.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述液压爬行器为多个，其间隔对称地安装在桁架的两端支座上；其安装的数量和位置是根据当前一起滑移的桁架重量所产生的摩擦力来增加的，确保桁架滑移的顶推力大于摩擦力，使桁架正常滑移。

8.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述步骤（9）中的单元卸载方法是指每3榀桁架作为一个卸载单元，通过千斤顶将连续的3榀桁架的支座同步抬高20mm后，拆除其所对应的滑移轨道；然后在混凝土柱顶端安装橡胶支座；最后通过千斤顶收缸，将桁架的支座落位于橡胶支座。