CN109057362A - 一种索承网格结构索系牵引张拉一体化施工方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种索承网格结构索系牵引张拉一体化施工方法及设备，涉及建筑工程技术领域，解决了现有技术中的用于索承网格结构索系在进行张拉和牵引施工时耗时耗力且效果不佳的技术问题。本发明的施工方法将所有牵引点划分了相互间隔分布的竖直牵引点和斜向牵引点，通过采用竖直牵引和径向牵引相配合的方式进行施工，一方面降低了钢结构支撑架的安全风险，大幅度的降低了各牵引点的牵引力值，也能够人为的避开离径向索过近的支撑架；另一方面使得索网位形更加直观；使得牵引效率倍增，施工工期更加可控。

Description

一种索承网格结构索系牵引张拉一体化施工方法及设备

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及一种索承网格结构索系牵引张拉一体化施工方法及设备。

背景技术

目前在体育场馆建设过程中体育馆的钢结构形式有的采用大开口车辐式索承网格结构，索承网格结构是一种新型杂交预应力空间结构体系。这种结构是在单层网壳的基础上改进形成的，既保留了单层网壳性能及结构形式上的优点，又吸收了张拉整体结构思想的净化。整个结构由单层球面网壳、撑杆及预应力索系构成。由于体育馆跨度较大，体育馆屋盖需要采用钢结构支撑架进行支撑，以便保证整体结构的稳定性。预应力索系包括环索和与环索相连接的径向索，施工时，在地面上将环索和径向索进行拼装然后利用牵引设备将索系牵引至安装位置进行就位，然后再完成索系的张拉成型即可。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有的索系整体牵引施工的方法一般是采用全部垂直牵引或全部径向索斜向牵引。竖直牵引的牵引点布置在环索的正上方，固定着力点布置在钢结构屋盖的正上方的相应位置，然后利用工装索(钢绞线)牵引环索就位安装。斜向提升固定着力点布置在径向索就位耳板处，利用工装索(钢绞线)牵引径向索就位安装，因径向索与环索连接，环索也就完成了就位安装。

但是目前采用全径向牵引的缺点是：由于是斜向牵引，因斜向的竖直分力需与环索重量平衡，导致需要较大的牵引力值；对牵引设备要求较高；由于牵引力值较大，在牵引路线上发生碰撞钢结构支架的风险较大；所有牵引点均参与索的位形控制，从而对牵引的同步性要求较高；而且整个径向牵引过程对施工精度要求较高，工期较长。

全竖直牵引的缺点是：所有牵引点均采用竖直提升，无法控制索系往中心收拢的自然特性，若索系收拢方向上有钢结构支撑架，会出现碰撞造成事故，因此，在全竖直牵引过程中需要投入人为因素的干预，造成耗时耗力且有效不佳。

另外，在现有的牵引就位阶段如果需要的牵引力值较小，用于牵引设备的液压泵可以使用低压力的电磁换向阀，实现整个牵引阶段的计算机控制；而在张拉成型阶段，张力值增大，液压泵必须改用手动换向阀，才能实现张拉形成，因此，在牵引和张拉这两个阶段，使用了两种设备，施工期间需要进行设备的拆卸及替换，导致施工成本较高，效率低，工期长，施工阶段不能连接的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种索承网格结构索系牵引张拉一体化施工方法及设备，以解决现有技术中的用于索承网格结构索系在进行张拉和牵引施工时耗时耗力且效果不佳的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种索承网格结构索系牵引张拉一体化施工方法，其特征在于，所述索承网格结构包括环形设置的支撑架、设置在所述支撑架上部的屋盖网格结构以及设置在所述屋盖网格结构下方的索系结构，其中，所述索系结构包括环向索以及与所述环向索相连接的径向索，在将所述支撑架和所述屋盖网格结构安装完成后，将所有所述索系结构在地面上完成拼装，再对拼装完成的所有索系进行牵引张拉成型施工，其中，所述施工方法还包括如下步骤：

将所述径向索围绕所述环向索的周向设置成沿所述环向索径向向外延伸的车辐式结构；所述径向索的端部与所述环向索相铰接；

在所述环向索上设置两组牵引点，其中，第一组牵引点为在所述环向索上每两个相邻的所述径向索之间设置的竖直牵引点；第二组牵引点为在所述径向索与所述环向索的连接点处设置的斜向牵引点；并且所述第一组牵引点与所述第二组牵引点相互间隔布置。

根据本发明的一种优选实施方式，所述施工方法还包括：将所述第一组牵引点布置在所述环向索的正上方，并在所述环向索正上方对应的屋盖网格结构的相应位置布置所述第一组牵引点的竖直牵引固定着力点；

在所述径向索的就位耳板处安装所述第二组牵引点的斜向牵引固定着力点。

本发明还提供了一种索承网格结构索系牵引张拉一体化设备，所述设备用于完成前述的施工方法，所述设备至少包括工装索、用于固定所述工装索的牵引固定件以及设置在所述工装索的远离所述牵引固定件一端的起重牵引装置，其中，所述牵引固定件能够固定至所述竖直牵引固定着力点和所述斜向牵引固定着力点。

根据本发明的一种优选实施方式，被牵引索设置在至少两个所述工装索之间，并通过反力架与所述起重牵引装置形成连接，所述起重牵引设备与液压泵站相连接提供动力，所述液压泵站在其内部设置的高压电磁换向阀的作用下实现对索系张拉或牵引不同阶段的换向以及动力支撑。

根据本发明的一种优选实施方式，所述被牵引索包括径向索和环向索，当所述被牵引索为环向索时，在所述起重牵引设备的底部与用于固定环向索的环索索夹相连接，通过所述起重牵引设备带动所述环索索夹运行以便对所述环向索作竖直牵引。

根据本发明的一种优选实施方式，当所述被牵引索为径向索时，所述工装索的远离牵引固定件的一端设置有反力架，所述反力架与所述被牵引索相互垂直设置；所述反力架的两侧与所述工装索相连接，所述工装索穿过所述反力架设置。

根据本发明的一种优选实施方式，在所述反力架的下方，所述工装索依次穿过力传感器和起重牵引装置，且所述力传感器的上端抵接至所述反力架的底部，所述力传感器的下端抵接至所述起重牵引装置。

根据本发明的一种优选实施方式，所述起重牵引装置包括穿心式千斤顶；所述起重牵引装置上设置有位移传感器。

根据本发明的一种优选实施方式，力传感器和/或位移传感器与控制系统通信连接，其中，所述力传感器和所述位移传感器能够将其实时采集的力值及位移数据反馈至所述控制系统。

根据本发明的一种优选实施方式，所述控制系统与液压泵站形成通信连接，所述控制系统基于有限元分析结果并结合接收的来自所述力传感器和所述位移传感器的力值及位移数据向所述液压泵站发出控制指令，控制所述液压泵站向所述起重牵引装置提供合适的动力实现对索系的牵引和/或张拉。

基于上述技术方案，本发明实施例的索承网格结构索系牵引张拉一体化施工方法至少具有如下技术效果：

本发明提供的索承网格结构索系牵引张拉一体化施工方法将牵引点划分为数量相同的第一组牵引点和第二组牵引点，第一组牵引点和第二组牵引点相互间隔分布，将第一组牵引点采用竖直牵引的方法进行牵引，将第二组牵引点采用斜向牵引的方式进行牵引，通过采用竖直牵引和径向牵引相配合的方式进行施工，一方面降低了钢结构支撑架的安全风险，大幅度的降低了各牵引点的牵引力值，也能够人为的避开离径向索过近的支撑架；另一方面使得索网位形更加直观；使得牵引效率倍增，施工工期更加可控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明适用的体育场的三维立体图；

图2是本发明的径向索和环向索的就位安装示意图；

图3是本发明的两组牵引点的模型示意图；

图4是本发明的索承网格结构索系牵引张拉一体化设备的一种优选实施方式的结构示意图。

图中：21-支撑架；22-屋盖网格结构；23-环向索；24-径向索；25-第一组牵引点；26-第二组牵引点；27-竖直牵引固定着力点；28-斜向牵引固定着力点；29-环向索就位位置；11-牵引固定件；12-被牵引索；13-反力架；14-力传感器；15-起重牵引装；16-位移传感器；17-液压泵站；18-控制系统；19-工装索；20-径向索头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

本发明的实施例1提供了一种索承网格结构索系牵引张拉一体化施工方法，如图1-图3所示。其中，图1示出了本发明适用的体育场的三维立体图。索承网格结构包括环形设置的支撑架21、设置在支撑架21上部的屋盖网格结构22以及设置在屋盖网格结构22下方的索系结构。优选的，支撑架21为钢结构支撑架。其中，索系结构包括环向索23以及与环向索23相连接的径向索24，在将支撑架21和屋盖网格结构22安装完成后，将所有索系结构在地面上完成拼装，再对拼装完成的所有索系进行牵引张拉成型施工，其中，施工方法还包括如下步骤：

将径向索24围绕环向索23的周向设置成沿环向索23径向向外延伸的车辐式结构；径向索24的端部与环向索23相铰接；

在环向索23上设置两组牵引点，其中，第一组牵引点25为在环向索23上每两个相邻的径向索24之间设置的竖直牵引点；第二组牵引点26为在径向索24与环向索23的连接点处设置的斜向牵引点；并且第一组牵引点25与第二组牵引点26相互间隔布置。如图3所示，图3示出了本发明的两组牵引点的模型示意图。即，经环向索23上相互间隔的设置两组牵引点，其中，第二组牵引点恰好为环向索与径向索的铰接点，第一组牵引点设置在两个相邻的铰接点之间。从而使得本发明的索系可以采用竖直牵引和斜向牵引相互配合的方式进行索系的牵引张拉成型。

优选的，施工方法还包括：将第一组牵引点25布置在环向索23的正上方，并在环向索23正上方对应的屋盖网格结构22的相应位置布置第一组牵引点25的竖直牵引固定着力点27；利用工装索牵引环向索就位安装。在径向索24的就位耳板处安装第二组牵引点26的斜向牵引固定着力点28。利用工装索牵引径向索就位安装，因径向索与环向索相连接，环向索也可以完成就位安装。如图2所示，图2示出了本发明的径向索和环向索的就位安装示意图。其中，竖直牵引固定着力点27设置在环向索就位位置29的正上方。

本发明的施工方法采用竖直牵引和径向牵引结合牵引的方式具有如下有益技术效果：

1、能够降低钢结构支撑架的安全风险：a)大幅度降低了各牵引点的牵引力值，将竖直牵引与径向牵引结合的牵引方法，竖直牵引点位移变化较小主要用于负重，径向牵引点能直观的辅助控制索形，另外，力值较小对支撑架的影响较小，保证了施工的安全性。b)能够人为的避开离径向索过近的支撑架，竖直牵引点与径向牵引点可以根据现场的支撑架布置情况进行布置，因此可以将离支撑架过近的牵引点改为竖直牵引，规避风险。

2、索网位形的控制更加直观：采用竖直牵引和径向牵引结合的牵引方案，竖直牵引点主要用于负重，径向牵引点用于控制索形，分工明确。与原牵引方案相比，竖直牵引和径向牵引搭配的方法中径向索的索力较小，若在牵引过程中出现径向索离支撑架过近的情况，可以通过调节局部径向牵引力值来调整索系形状，在实际工程施工调节的效果显著。无需通过手拉葫芦、吊车等传统的人为干预手段辅助进行索网形状的控制。

3、牵引效率增倍，工期更加可控：采用竖直牵引和径向牵引配合的方式，竖直牵引点和径向牵引点的同步性要求得到降低，另外径向牵引点对索的位形控制更加的直观有效，大大增加了牵引效率，缩短了工期并降低了成本。

实施例2

本发明实施例2提供了一种索承网格结构索系牵引张拉一体化设备，如图4所示，图1示出了本发明的索承网格结构索系牵引张拉一体化设备的结构示意图。本发明的一体化设备至少包括工装索19、用于固定工装索19的牵引固定件11以及设置在工装索19的远离牵引固定件11一端的起重牵引装置15，其中，牵引固定件11能够固定至竖直牵引固定着力点27和斜向牵引固定着力点28。

其中，被牵引索12设置在至少两个工装索19之间，并与起重牵引装置15形成连接，起重牵引设备15与液压泵站17相连接提供动力，液压泵站17在其内部设置的高压电磁换向阀的作用下实现对索承网格结构张拉或牵引不同阶段的换向以及动力支撑。因此，本发明的起重牵引装置15能够在液压泵站的作用下实现对索承网格结构索系的张拉或牵引，而且由于本发明在液压泵站内采用了高压电磁换向阀，因此在需要不同张力值的张拉和牵引阶段，无需更换设备，本发明的一体化设备能够连续完成，降低了施工成本，提高了施工效率，缩短了施工工期。

优选的，工装索19可以是钢绞线。本发明的一体化设备采用1860Mpa级1×19W-28.6低松弛大直径钢绞线作为牵引工装索，其单根破断力不低于850KN。工装索的数量可以根据工程需要进行选择。相比于使用小直径钢绞线，大直径钢绞线抗拉能力更强，因此在满足工程需要的前提下，钢绞线数量可以减小，从而使得一体化设备整体规格尺寸可以设计的较小，施工更加方便，同时也可降低设备生产成本。

优选的，在本实施例中，被牵引索12包括径向索和环向索，当所述被牵引索12为环向索时，在所述起重牵引设备15的底部与用于固定环向索的环索索夹相连接，通过所述起重牵引设备15带动所述环索索夹运行以便对所述环向索23做竖直牵引。

优选的，当被牵引索12为径向索时，工装索19的远离牵引固定件11的一端设置有反力架13。反力架13与被牵引索12相互垂直设置；反力架13的两侧与所述工装索19相连接，工装索19穿过反力架13设置。

优选的，工装索19的一端与牵引固定件11形成固定连接，以便牵引固定件11将工装索19固定至索系的斜向牵引固定着力点或竖直牵引固定着力点。优选的，工装索19至少包括两根，如图4所示，两根工装索19分别穿过反力架13设置，使得反力架13位于两根工装索19之间。反力架13的两侧与工装索19相连接，工装索19穿过反力架13设置。在该实施例中所述的“反力架13的两侧”是指反力架的沿水平方向的两侧，也可以理解为，在被牵引索穿过反力架的左右两侧。

优选的，被牵引索12一端穿过反力架13与径向索头20固定连接。反力架13与被牵引索12相互垂直设置。反力架13设置在起重牵引装置15和被牵引索12之间，用于将起重牵引装置15的力转加至被被牵引索，实现牵引操作。

优选的，在反力架13的下方，工装索19依次穿过力传感器14和起重牵引装置15，且力传感器14的上端抵接至反力架13的底部，力传感器14的下端抵接至起重牵引装置15。优选的，起重牵引装置15包括穿心式千斤顶。将力传感器设置在起重牵引装置和反力架之间，使其能够实时向控制系统传输起重牵引装置的力值。

优选的，在起重牵引装置15上设置有位移传感器16。优选的，每个起重牵引装置15上均设置位移传感器。在起重牵引装置上装配位移传感器，使其实时向控制系统传输起重牵引设备的位移值。

优选的，力传感器14和位移传感器16与控制系统18通信连接。力传感器14和位移传感器16能够将其实时采集的力值及位移数据反馈至控制系统18。优选的，控制系统18与液压泵站17形成通信连接。控制系统18基于有限元分析结果整理的施工阶段数据，并结合接收的来自力传感器14和位移传感器16实时反馈的力值及位移数据向液压泵站17发出控制指令，控制液压泵站17向起重牵引装置15提供合适的动力实现对索系的牵引和/或张拉，完成工程的牵引和张拉施工。

优选的，液压泵站17的作用主要为起重牵引装置提供动力。优选的，液压泵站17采用高压电磁转向阀，在压力达到63Mpa高压的情况下，实现换向，以确保整个系统不管是在低力值的牵引阶段还是在大力值的张拉阶段都能良好运行，优选的，液压泵站17能够为多个起重牵引装置提供动力，实现液压泵站控制的多个起重牵引装置的同时运行、部分运行或单个运行。

本发明的上述一体化设备还具有如下优点：

1、本发明实施例的工装索采用大直径钢绞线作为牵引工装索，破断力更大，安全系数储备更高；在索承网格结构施工过程中，如果钢绞线数量太多，不可避免的会出现受力不均匀的情况，因此，如果受力大的钢绞线断裂后，其他钢绞线也会依次断裂，而本发明实施例采用的大直径钢绞线能够减少钢绞线数量，从而降低了风险点，保证了施工安全；

2、钢绞线数量的减少使得起重牵引设备、反力架以及力传感器等相关设备的设计及制造更加的小巧轻便，各设备规格尺寸得到优化，重量得以减轻，方便了施工，节约了成本；

3、在以往施工过程中，牵引阶段需要的力值较小，液压泵站可以使用低压力(25Mpa)的电磁换向阀实现整个牵引阶段的计算机控制；待等到张拉成型阶段，张力值增加到很大，低压力的液压泵必须改用手动换向阀，才能实现张拉。由于这两个阶段使用两种设备，因此施工期间需要进行设备的拆卸及替换，导致工程成本高，施工效率低，工期长，施工阶段不能连续等；而本发明实施例由于采用了具有高压力电磁换向阀的液压泵站，施工的各个阶段设备无需更换，实现了牵引就位与张拉成型一体化连续完成。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种索承网格结构索系牵引张拉一体化施工方法，其特征在于，所述索承网格结构包括环形设置的支撑架(21)、设置在所述支撑架(21)上部的屋盖网格结构(22)以及设置在所述屋盖网格结构(22)下方的索系结构，其中，所述索系结构包括环向索(23)以及与所述环向索(23)相连接的径向索(24)，在将所述支撑架(21)和所述屋盖网格结构(22)安装完成后，将所有所述索系结构在地面上完成拼装，再对拼装完成的所有索系进行牵引张拉成型施工，其中，所述施工方法还包括如下步骤：

将所述径向索(24)围绕所述环向索(23)的周向设置成沿所述环向索(23)径向向外延伸的车辐式结构；所述径向索(24)的端部与所述环向索(23)相铰接；

在所述环向索(23)上设置两组牵引点，其中，第一组牵引点(25)为在所述环向索(23)上每两个相邻的所述径向索(24)之间设置的竖直牵引点；第二组牵引点(26)为在所述径向索(24)与所述环向索(23)的连接点处设置的斜向牵引点；并且所述第一组牵引点(25)与所述第二组牵引点(26)相互间隔布置。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述施工方法还包括：将所述第一组牵引点(25)布置在所述环向索(23)的正上方，并在所述环向索(23)就位位置的正上方对应的屋盖网格结构(22)的相应位置布置所述第一组牵引点(25)的竖直牵引固定着力点(27)；

在所述径向索(24)的就位耳板处安装所述第二组牵引点(26)的斜向牵引固定着力点(28)。

3.一种索承网格结构索系牵引张拉一体化设备，其特征在于，所述设备用于完成前述权利要求1或2所述的施工方法，所述设备至少包括工装索(19)、用于固定所述工装索(19)的牵引固定件(11)以及设置在所述工装索(19)的远离所述牵引固定件(11)一端的起重牵引装置(15)，其中，所述牵引固定件(11)能够将工装索(19)的一端固定至所述竖直牵引固定着力点(27)和/或所述斜向牵引固定着力点(28)。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，被牵引索(12)设置在至少两个所述工装索(19)之间，并与所述起重牵引装置(15)形成连接，所述起重牵引设备(15)与液压泵站(17)相连接提供动力，所述液压泵站(17)在其内部设置的高压电磁换向阀的作用下实现对索系张拉或牵引不同阶段的换向以及动力支撑。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述被牵引索(12)包括径向索和环向索，当所述被牵引索(12)为环向索时，在所述起重牵引设备(15)的底部与用于固定环向索的环索索夹相连接，通过所述起重牵引设备(15)带动所述环索索夹运行以便对所述环向索(23)作竖直牵引。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，当所述被牵引索(12)为径向索时，所述工装索(19)的远离牵引固定件(11)的一端设置有反力架(13)，所述反力架(13)与所述被牵引索(12)相互垂直设置；所述反力架(13)的两侧与所述工装索(19)相连接，所述工装索(19)穿过所述反力架(13)设置。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，在所述反力架(13)的下方，所述工装索(19)依次穿过力传感器(14)和起重牵引装置(15)，且所述力传感器(14)的上端抵接至所述反力架(13)的底部，所述力传感器(14)的下端抵接至所述起重牵引装置(15)。

8.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述起重牵引装置(15)包括穿心式千斤顶；所述起重牵引装置(15)上设置有位移传感器(16)。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，力传感器(14)和/或位移传感器(16)与控制系统(18)通信连接，其中，所述力传感器(14)和所述位移传感器(16)能够将其实时采集的力值及位移数据反馈至所述控制系统(18)。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述控制系统(18)与液压泵站(17)形成通信连接，所述控制系统(18)基于有限元分析结果并结合接收的来自所述力传感器(14)和所述位移传感器(16)的力值及位移数据向所述液压泵站(17)发出控制指令，控制所述液压泵站(17)向所述起重牵引装置(15)提供合适的动力实现对索系的牵引和/或张拉。