CN109750782A - 一种体育场车幅式索承结构施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种体育场车幅式索承结构施工方法，包括如下步骤：（1）利用计算机进行整体建模和找型计算，确定索系的环索的位置和数量，根据索系的轴线位置确定径向索的位置和数量，并对每道径向索所对应轴线标号；（2）施工前设计施工器具并完成工具制作；（3）在体育场看台上搭设环索胎架平台；（4）展索施工：（5）索系地面拼装（6）提升施工；（7）张拉施工。本发明采用垂直提升与斜向提升相结合的施工方法，以保证施工的安全性和可控性；同时，本发明中在看台梁上根据环索成型后的索型搭设一圈环索支撑架，以保证提升过程中不会与二层悬挑看台碰撞。

Description

一种体育场车幅式索承结构施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，具体涉及一种体育场车幅式索承结构施工方法。

背景技术

随着大型体育场馆在国内的迅速发展，车幅式索承结构施工技术将会有越来越广泛的应用前景。现在国内大型场馆类建筑普遍都大量使用钢结构施工，在钢结构中使用车幅式索承施工可以大幅度减少钢材使用量，符合当下节能减排、绿色施工的建筑理念。因此车幅式索承结构施工技术的研究和开发对我公司未来在大型场馆拉索施工领域的发展具有重大影响。

车辐式索承网格结构中，索系使用量巨大，且是结构主要承重构件。索系常规的提升方法主要有全部斜向提升和全部垂直提升两种，钢结构单位先前设立的支撑胎架有高、低区两排，如果采用斜向提升则高区的胎架与径向索只有20 cm的距离，容易与径向索碰撞；若采用垂直提升方法，低区的胎架与环索距离最小的只有50cm，有环索撞胎架的风险，环索、径向索、索夹自重非常高，一旦与胎架碰撞有可能会形成多米诺骨牌效应，严重影响施工的安全性。

此时，体育场二层悬挑看台影响环索的斜向提升，因此在索系提升过程中还要考虑这一影响因素。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种体育场车幅式索承结构施工方法，减少索系整体提升过程中碰撞胎架的风险，确保索系受力符合设计和监控要求，进而保证索系施工的顺利进行。

技术方案：本发明所述体育场车幅式索承结构施工方法，包括如下步骤：

（1）利用计算机进行整体建模和找型计算，确定索系的环索的位置和数量，根据索系的轴线位置确定径向索的位置和数量，并对每道径向索所对应轴线标号；

（2）施工前设计施工器具并完成工具制作；

（3）在体育场看台上搭设环索胎架平台；

（4）展索施工：首先进行环索展索，在体育场的通道口处设置临时支撑平台，将展索盘放至临时支撑平台上，用卷扬机牵引索头，索头放在放索小车上，将钢索在看台台阶上展开，并挪动至胎架位置；再进行径向索展索，将各径向索盘索吊运至对应轴线附近，吊起索头，将径向索在空中展开，释放残余应力，同时牵动径向索索头移动，铺放在看台上；

（5）索系地面拼装：在环索和径向索展索完成后，在环索上确定的轴线位置处安装环索索夹，同一环索多段之间通过环索接头连接；然后将需进行径向斜提的径向索与环索索夹连接，再将需进行径向斜提的径向索的另一端索头与工装索连接，完成索系地面拼装；

（6）提升施工：首先布置吊点，吊点分为垂直吊点和径向斜提点，选取偶数轴线号所对应的环索索夹作为垂直提升吊点，另外轴线号所对应的环索索夹作为径向斜提点；具体的提升步骤为：

a、将要提升的径向索和工装索一端进行连接，工装索另一端与提升孔连接，在工装索上做好起始点的标记，并将要提升的环索索夹与已经连接好工装索的工装件进行连接；

b、检查各提升点设备、工装件连接和控制系统连接可靠后，保证环索索夹不脱离胎架前提下，对各工装索按照力值或者距离进行预紧；

c、进行预提升，预提升力控制在初步提升力的25%-35%，持续至少半小时，以环索不脱离胎架为准；

d、预提升完毕并检查各设备工作正常，开始正式提升作业，正式提升作业分为若干段进行，每提升一段后调整各提升点至同步，确保下一段提升时同步开始；径向索头、环索索夹全部就位后，提升工作结束；

（7）张拉施工：以体育场混凝土柱为支撑搭设张拉平台，在张拉平台上对径向索和环索进行张拉，在径向索张拉中，将若干径向索对称分为多个批次，分批次依次张拉。

本发明进一步优选地技术方案为，步骤（2）中施工前设计和制作的施工器具包括环索提升节点支架、径向索张拉着力架和反力架、展索盘和各类索夹具。

优选地，步骤（3）中环索胎架平台高于1.5米的采用普通脚手架搭设，低于1.5米的采用角钢搭设，环索胎架平台的四周设置缆风绳和锚栓固定。

优选地，步骤（4）中环索展索时，首先铺放最内侧环索，再铺放其余环索，各环索上与步骤（1）确定的轴线交接处设置标记点，环索铺放过程中需要将各环索的标记点对齐；在环索与步骤（1）确定的轴线处设置滚筒，维持环索线型。

优选地，环索展索在展开的索下每隔5～6m放置小车；径向索展索时在看台上设置钢丝绳或吊装带牵引索头；展索中需要翻墙时，采用牵引架提住索头进行翻越。

优选地，步骤（5）的索系地面拼装的具体顺序依次为：下层环索铺放、环索索夹安放、下层环索索头连接、上层环索铺放、环索索夹盖板安装、上层环索索头连接、提升径索与环索索夹连接以及提升径索与工装索连接。

优选地，步骤（6）中正式提升作业前还需要进行悬停作业，将环索提升至脱离胎架，持续1天，悬停期间查看各工装设备和控制系统工作状态，检查连接螺栓、焊缝以及临时支撑架。

优选地，步骤（6）的正式提升作业分为四段进行，第一段是将环索从预紧状态提升到全部脱架状态；第二段是将环索全部脱架至脱架4.3米；第三段是环索索夹脱架4.3米至环索索夹脱架8米；第四段环索索夹脱架8米至环索索夹就位，提升过程中，将各提升点对称分为两个组，两组循环对称提升，每次循环提升行程为半米，每个轴线，每次出缸行程定位150mm，过程中根据径向索碰撞情况进行局部微调。

有益效果：本发明采用垂直提升与斜向提升想结合的施工方法，以保证施工的安全性和可控性，使用液压同步提升技术，不同于传统的安装方法，采用柔性钢绞线或钢性立柱承重，提升器集群，计算机控制，液压同步提升新原理，结合现代化施工工艺，将成千上万吨的构件在地面拼装后，整体提升到预定高度安装就位，实现大吨位、大跨度、大面积的超大型构件超高空整体同步提升；同时，本发明中在看台梁上根据环索成型后的索型搭设一圈环索支撑架，以保证提升过程中不会与二层悬挑看台碰撞。

附图说明

图1为本发明的施工流程图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：本实施例一某体育场的车幅式索承结构为例。首先利用MIDAS建模计算和ansys有限元分析软件对该模型进行整体建模和找型计算，同时考虑温度对线型的变化，确保索型的精确度。计算结果，整个索系由6根环索和72根径向索组成。采用整体提升方案，通过垂直提升与斜向提升结合的方法，在提升施工中利用三维激光扫描仪进行调整和观测。采用柔性钢绞线或钢性立柱承重，提升器集群，计算机控制，液压同步提升新原理，结合现代化施工工艺，构件在地面拼装后，整体提升到预定高度安装就位，实现大吨位、大跨度、大面积的超大型构件超高空整体同步提升。

具体步骤如下：

A、施工前设计施工器具并完成工具制作，包括：

a、环索提升节点支架设计与制作；

b、径向索张拉着力架和反力架：径向索的张拉，径向索的规格尺寸为φ95、75的钢索。

c、展索盘的设计与制作；

d、各类索夹具等。

B、在体育场看台上搭设环索胎架平台：

环索胎架高于1.5米的采用普通脚手架搭设，低于1.5米的采用角钢搭设。四周设置缆风绳和锚栓来维持稳定性；胎架平面尺寸为1.5×2.5米。

C、展索施工：

1、环索展索：

1）、铺放最内侧环索

2）、一次铺放其他位置的环索，铺放过程中需要将6环索的标记点对齐。对齐的方法为在用吊车进行环索铺放的时候，每铺10米，用一个2t的手拉葫芦对钢索的位置进行调整，直到标记点对齐后临时固定，配合调平千斤顶，使环索对接头在同一标高上。

展索施工中要求为：

a、拉索展索过程中先在两个通道口处做个临时支撑平台，平台尺寸6m×6m，将展索盘放至平台上，为了躲开支撑架，选择用卷扬机展索，用塔吊将卷扬机吊至台阶上指定位置后，用卷扬机牵引索头，索头放在放索小车上，将钢索在台阶上慢慢展开，挪动至胎架附近位置，由于环索比较重，必要时可以通过动滑轮来降低对卷扬机的要求。

b、每个轴线转折点处设置一个滚筒，保证基本线型。

c、为避免展开的预应力钢索与地面摩擦而损坏钢索，在展开的索下每隔5～6m放置小车。

d、过程中若有需要翻墙的，可以用把杆牵引架提住索头进行翻越。

2、径向索展索施工：径向索的展索施工，用吊车将成盘的索吊至展索范围，然后用汽车吊吊起，在空中展开后缓缓落在混凝土锯齿梁上的方法，汽车吊够不到的用卷扬机展索。具体步骤如下：

1）、径向索成盘索的倒运，用25T吊车将成盘索倒运至每个轴线附近。

2）、用汽车吊牵起索头，将径向索在空中展开，释放残余应力。

3）、汽车吊吊住径向索索头移动，平稳铺放在看台上，看台上设置钢丝绳或吊装带牵引住索头，保持径向索的稳定，防止径向索与看台摩擦，产生跳丝现象。

D、索系地面拼装：

1、索系地面拼装施工的流程

索系地面拼装施工的主要顺序如下：环索、径索展索→下层环索铺放→环索索夹安放→下层环索索头连接→上层环索铺放→环索索夹盖板安装→上层环索索头连接→提升径索与环索索夹连接→提升径索与工装索连接→索系地面拼装完成。

2、环索索夹胎架就位

1）由于环索索夹较重约为2t，故需要25T吊车配合把环索索夹吊装到胎架上去，排放索夹的位置处的胎架所需的脚手架需要加密，以确保索夹放上去后胎架不会失稳。

2）索夹就位后进行索道对位与调整，按照标记点进行索夹与拉索的固定。所有的环索索夹完成位置的调整和与6根环索的固定后安装上层索夹盖板，上层环索全部调整对位后，安装上层索夹盖板，并将盖板螺栓拧至设计力值，环索索夹安装完毕。

3）索夹与拉索完成固定后，将索夹就位至指定位置，展索时候环索有初始内力，选择先固定一个环索索夹，相邻的两个环索索夹用吊链来施加内力来就位相邻索夹的位置。

4）就位难度，环索索夹就位时，索体内有内力，可以看到中环索的差值最小的只有8mm，内侧环索差值更小，只有1mm。连接完环索后最大拉力值为100KN。

3、环索索头的拼接

环索有六根分上下两排每排三根，每根分四段，共24段，在看台上选择拼接三段，因为处于松弛状态，直接用吊链吊着，工装对接即可。每根环索的最后一段选择在胎架上对接，固定好最后一段相邻两索夹，中间用对接工装进行施加内力的对接。

对接过程和原理：在每个接头下面设置两个千斤顶，通过环索接头对接装置，确保两个对接索头同轴、同心，环索索头对接装置由四个竖向千斤顶和2个侧向千斤顶组成，该装置能够调节两个索具的竖向和横向位置。

4、提升工装索的连接

径向索一共72根，需进行径向斜提的径向索一共36根，具体的安装步骤如下：

1）用汽车吊倒运工装索，用汽车吊或者卷扬机辅助完成工装索一端和销轴孔的连接。

2）径向索的索头很重，用导链或者吊车辅助完成索头与工装索的连接。

3）依次完成提升所用36根径向索与工装索的连接。

E、提升施工：

提升施工的具体步骤如下：

1）将工装设备，配件，传感器等等通过卷扬机或者导链吊上环梁与径向桁架和环向桁架连接的部位，并与工装索连接好；

2）将要提升的径向索和工装索一端进行连接，非提升径向索先不连，工装索另一端与提升孔连接，另外在工装索上做好起始点的标记；另外将要提升的环索索夹与已经连接好工装索的工装件进行连接。

环索垂直提升吊点的选取：北半区（轴线37~72），选取偶数轴线号所对应的环索索夹作为提升吊点；南半区（轴线1~36），选取奇数轴线号所对应的环索索夹作为提升吊点。其余轴线号所对应的环索索夹点采用径向斜提的方式。

3）检查各提升点设备、工装件连接和控制系统是否连接可靠，同步提升系统的控制键是否正常，并进行预紧，72个点的工装索按照力值或者距离进行预紧；工装索的预紧分为36根斜拉索与36根垂直提升索，提升前注意72根索一定要预紧，控制在环索索夹将动未动的情况，垂提以工装索绷上力，环索索夹将动未动，不脱离胎架为准。

4）进行预提升，预提升是对设备在负荷状态下的检查，是设备检查的工作的延续。预提升力控制在初步提升力的30%左右，一般持续半小时左右，以环索不脱离胎架为准，预提升准备提升短轴向的35-38轴，长轴向的53-57轴；

5）预提升完毕并检查各设备工作正常，开始正式提升作业第一步--悬停，悬停作业是指将环索提升至脱离胎架一定高度，一般控制在1m左右，持续时间为1天，悬停期间需要查看各工装设备、控制系统工作是否正常外，还要查看钢构的工作状态，包括连接螺栓、焊缝以及临时支撑架的情况等，如有异常情况出现则立即停止提升作业，排除不利因素后再进行施工。

6）提升分为六个提升阶段，每个提升大步的作用是调整提升的不均匀偏差，采集提升监测数据；在提升过程中，按照行程将提升过程分为以下几段：

a从预紧状态到全部脱架状态（垂提索夹已离开胎架2.1米，斜提索夹刚脱架）；

b环索全部脱架至脱架4.3米；

c环索索夹脱架4.3米至环索索夹脱架8米；

d环索索夹脱架8米至环索索夹就位；

另外在提升过程中，由于每次千斤顶的出缸行程最长为200mm，故将所有的大提升步分为若干小的提升步；将72个提升点分为两个组（1-36轴和37-72轴）每组6个操泵手，进行循环对称提升，每个循环提升行程为半米左右，每个轴线，每次出缸行程定位150mm，过程中根据径向索碰撞情况进行局部微调。提升过程中每个大步约为3米，每次小步出三缸提升高度约0.5米，故每个大步约为6个小步。

径向索头、环索索夹全部就位后，提升工作全部结束。

F、张拉施工：

1、张拉操作平台准备

提升和张拉操作平台采用脚手管搭设，抱住混凝土柱子，形成有效连接，由混凝土梁生根，往上逐渐扩大，在顶部形成3m×4m的平台，平台上设置护栏，保证人员操作安全。

2、张拉施工

索结构除了构件自身的几何参数和力学特性、构件之间的几何拓扑关系和连接节点之外，预应力也是结构构成的重要内容。索结构结构的“力”和“形”是统一的，“力”是在对应的“形”上平衡。因此，索结构施工要对“力”和“形”实行双控，即控制索力和结构状况。施工时的张拉特点是：通过张拉径向索来达到结构“形”的控制，建立与设计相符的“力”和“形”的统一。

预应力钢索为柔性结构，有“牵一发而动全身”的特点，张拉施工是预应力钢索结构施工的关键。本工程拉索的张拉按照分批分级的形式进行。拉索张拉分为6个阶段（预紧10%—>30%—>50%—>70%—>90%—>100%）和4个批次循环张拉。

根据结构X轴对称的特性，拉索张拉时分批次的划分也要严格按照单轴对称的原则。

第1步：径向索全部预紧10%；

第2步：张拉第一批径向索至30%；

第3步：张拉第二批径向索至30%；

第4步：张拉第三批径向索至30%；

第5步：张拉第四批径向索至30%；

第6~9步：依次张拉第四、三、二、一批径向索至50%；

第10步：钢结构支架脱开；

第11~14步：依次张拉第一、二、三、四批径向索至70%

第15~18步：依次张拉第四、三、二、一批径向索至90%；

第19~22步：依次张拉第一、二、三、四批径向索至100%；

第23步：拆除全部支架，结构成型。

3、张拉原则

本索系由72根径向索和一圈D110×6环索组成，径向索数量较多，且分布在体育场四周，实现每根径向索同时张拉的难度非常大，因此采用分级、多点循环张拉的方法，以降低张拉施工对人材机的投入要求，钢索的张弦遵从同时张拉、分级张拉、对称张拉、调控结合等原则。

1）同时张拉：体育场屋盖结构整体呈现椭圆形即采用72套张拉设备，18个点一组进行循环张拉，确保预应力能较为均匀施加至结构上；

2）分级张拉：属柔性结构，预应力张拉需逐步实施，以免造成局部预应力过大，影响后续的张拉施工，同时也对结构造成不利影响，按6级张拉，然后再针对性的微调，第1级为径向索预紧至10%，第2级张拉至初拉力30%（使径向索与撑杆就位），第3级张拉至初拉力50%，第4级张拉至初拉力70%，第5级张拉至初拉力90%，第6级张拉至初拉力100%，然后再进行微调，使各索力比较均匀；

3）对称张拉：为了最大限度地降低不能同时张拉有可能对结构带来的不均匀性，张拉施工实施时，选取结构对称的张拉索进行同批次张拉施工；

4）调控结合：考虑第二批拉索张拉完成后，对第一批拉索索力的影响，对于这种情况，通过索力和变形监控，局部进行索力调整，直到每根径向拉索的索力达到设计要求状态。当张拉力值与变形监控结果不符时，张拉力值偏差在10%以内时，以控制变形为主，但超过10%时，应停止张拉查明原因再进行后续的张拉施工，总之，张拉施工以控制索力为主、监测位移为辅的原则。

对于钢索的预应力施加，根据模型仿真验算和设计相互校核得出预应力钢索的预拉力值。施加预应力的方法是：通过油泵将油压传给两个千斤顶，然后调节自身的调节套筒达到所要施加的力。

张拉设备安装：由于张拉设备组件较多，因此在进行安装时必须小心安放，使张拉设备形心与钢索重合，以保证预应力钢拉杆在进行张拉时不产生偏心；

在油泵启动供油正常后，开始加压，当压力达到钢索设计拉力时，超张拉5％左右，然后停止加压。张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种体育场车幅式索承结构施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）利用计算机进行整体建模和找型计算，确定索系的环索的位置和数量，根据索系的轴线位置确定径向索的位置和数量，并对每道径向索所对应轴线标号；

（2）施工前设计施工器具并完成工具制作；

（3）在体育场看台上搭设环索胎架平台；

（4）展索施工：首先进行环索展索，在体育场的通道口处设置临时支撑平台，将展索盘放至临时支撑平台上，用卷扬机牵引索头，索头放在放索小车上，将钢索在看台台阶上展开，并挪动至胎架位置；再进行径向索展索，将各径向索盘索吊运至对应轴线附近，吊起索头，将径向索在空中展开，释放残余应力，同时牵动径向索索头移动，铺放在看台上；

（5）索系地面拼装：在环索和径向索展索完成后，在环索上确定的轴线位置处安装环索索夹，同一环索多段之间通过环索接头连接；然后将需进行径向斜提的径向索与环索索夹连接，再将需进行径向斜提的径向索的另一端索头与工装索连接，完成索系地面拼装；

（6）提升施工：首先布置吊点，吊点分为垂直吊点和径向斜提点，选取偶数轴线号所对应的环索索夹作为垂直提升吊点，另外轴线号所对应的环索索夹作为径向斜提点；具体的提升步骤为：

a、将要提升的径向索和工装索一端进行连接，工装索另一端与提升孔连接，在工装索上做好起始点的标记，并将要提升的环索索夹与已经连接好工装索的工装件进行连接；

b、检查各提升点设备、工装件连接和控制系统连接可靠后，保证环索索夹不脱离胎架前提下，对各工装索按照力值或者距离进行预紧；

c、进行预提升，预提升力控制在初步提升力的25%-35%，持续至少半小时，以环索不脱离胎架为准；

d、预提升完毕并检查各设备工作正常，开始正式提升作业，正式提升作业分为若干段进行，每提升一段后调整各提升点至同步，确保下一段提升时同步开始；径向索头、环索索夹全部就位后，提升工作结束；

（7）张拉施工：以体育场混凝土柱为支撑搭设张拉平台，在张拉平台上对径向索和环索进行张拉，在径向索张拉中，将若干径向索对称分为多个批次，分批次依次张拉。

2.根据权利要求1所述的体育场车幅式索承结构施工方法，其特征在于，步骤（2）中施工前设计和制作的施工器具包括环索提升节点支架、径向索张拉着力架和反力架、展索盘和各类索夹具。

3.根据权利要求1所述的体育场车幅式索承结构施工方法，其特征在于，步骤（3）中环索胎架平台高于1.5米的采用普通脚手架搭设，低于1.5米的采用角钢搭设，环索胎架平台的四周设置缆风绳和锚栓固定。

4.根据权利要求1所述的体育场车幅式索承结构施工方法，其特征在于，步骤（4）中环索展索时，首先铺放最内侧环索，再铺放其余环索，各环索上与步骤（1）确定的轴线交接处设置标记点，环索铺放过程中需要将各环索的标记点对齐；在环索与步骤（1）确定的轴线处设置滚筒，维持环索线型。

5.根据权利要求4所述的体育场车幅式索承结构施工方法，其特征在于，环索展索在展开的索下每隔5～6m放置小车；径向索展索时在看台上设置钢丝绳或吊装带牵引索头；展索中需要翻墙时，采用牵引架提住索头进行翻越。

6.根据权利要求1所述的体育场车幅式索承结构施工方法，其特征在于，步骤（5）的索系地面拼装的具体顺序依次为：下层环索铺放、环索索夹安放、下层环索索头连接、上层环索铺放、环索索夹盖板安装、上层环索索头连接、提升径索与环索索夹连接以及提升径索与工装索连接。

7.根据权利要求1所述的体育场车幅式索承结构施工方法，其特征在于，步骤（6）中正式提升作业前还需要进行悬停作业，将环索提升至脱离胎架，持续1天，悬停期间查看各工装设备和控制系统工作状态，检查连接螺栓、焊缝以及临时支撑架。

8.根据权利要求1所述的体育场车幅式索承结构施工方法，其特征在于，步骤（6）的正式提升作业分为四段进行，第一段是将环索从预紧状态提升到全部脱架状态；第二段是将环索全部脱架至脱架4.3米；第三段是环索索夹脱架4.3米至环索索夹脱架8米；第四段环索索夹脱架8米至环索索夹就位，提升过程中，将各提升点对称分为两个组，两组循环对称提升，每次循环提升行程为半米，每个轴线、每次出缸行程定位150mm，过程中根据径向索碰撞情况进行局部微调。