CN115142728B - 一种预应力拉索塔尖结构的安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力拉索塔尖结构的安装方法，该预应力拉索塔尖包括塔基张弦梁、中心桅杆、水平环梁、刚性杆、竖向、水平及斜向拉索等。本发明在塔基张弦梁、刚性杆和斜向拉索初张拉安装的基础上，水平环梁采用分阶段串连式牵引提升安装，在此过程中穿插安装中部和上部桅杆、由上至下张拉水平拉索、竖向拉索和斜向拉索至设计索力。本发明在塔尖安装过程中无临时支撑，科学控制的张拉索力，保证塔尖成形状态与设计要求的索力和形变基本一致，安装方法新颖、高效、绿色和安全。

Description

一种预应力拉索塔尖结构的安装方法

技术领域

本发明涉及钢结构建筑技术领域，更具体涉及一种预应力拉索塔尖结构的安装方法，尤其涉及到水平环梁由竖向索和水平索自平衡支承的结构张拉施工方法。

背景技术

近几年来越来越多的高层建筑顶部设计桅杆塔尖结构，它一方面作为信号塔、避雷及增加高度等建筑功能，另一方面作为建筑的标志物和建筑元素。传统主塔塔尖结构采用框架格构式和重型桅杆式等。

在现代塔尖的建筑结构设计中，对其造型、高度及功能等方面的要求也不断提高，预应力拉索塔尖结构是由塔基张弦梁、中心桅杆、水平环梁、刚性杆、竖向拉索、水平索及斜向拉索构成的一种空间桅杆结构形式，属于张弦类结构。其中水平环梁的竖向荷载和水平荷载由竖向索与刚性杆形成的自平衡结构支承；水平索连接水平环梁和中心桅杆，增加水平环梁水平向刚度。

传统主塔塔尖的安装方法已经不适用了，有必要提供一种该类预应力拉索塔尖结构的安装方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种预应力拉索塔尖结构的安装方法，针对新型预应力塔尖结构，考虑省略水平环梁的临时支撑措施，分阶段串连式牵引提升水平环梁，在此过程中穿插安装中部和上部桅杆、由上至下张拉水平拉索、竖向拉索和斜向拉索至设计索力，安装方法高效、绿色和安全。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种预应力拉索塔尖结构的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，下部水平环梁在其投影正下方的塔基张弦梁结构上堆叠拼装并临时固定；下部中心桅杆和第一道刚性杆整体吊装就位；塔基张弦梁和下部斜向拉索安装及第一级张拉；

步骤二，下部的水平拉索、竖向拉索与水平环梁穿索安装，在第一道刚性杆上设置张拉设备，同步牵引钢丝绳将下部的竖向拉索向上提升安装；下部竖向和水平拉索第一级张拉；

步骤三，中部需提升的水平环梁和水平拉索临时固定在第一道刚性杆正上方；

步骤四，吊装中部中心桅杆与下部中心桅杆焊接连接；

步骤五，上部塔尖在地面整体拼装，并完成竖向拉索张拉，整体吊装与中部中心桅杆焊接固定；下部斜向拉索第二级张拉；

步骤六，同上述步骤二，完成中部水平环梁和拉索牵引提升就位；

步骤七，由上至下部将预应力拉索张拉至设计索力的100%；

步骤八，塔尖整体结构测量复核，完成塔尖安装。

进一步，步骤一，下部第一节中心桅杆与塔基张弦梁同步安装，下部第二节中心桅杆和第一道刚性杆整体吊装与第一节中心桅杆焊接连接；塔基张弦梁斜向拉索和下部斜向拉索安装后，第一次对称张拉至设计索力的10~20%。

进一步，步骤二具体步骤如下，

步骤P2.1，水平拉索与中心桅杆相连的另一端采用钢丝绳环向连接，竖向拉索上测量放样出与水平环梁连接固定位置并做标记，螺旋铺设在塔基结构上方；

步骤P2.2，采用牵引钢丝绳同步向上牵引下部竖向拉索至水平环梁连接位置时，将其连接固定测量校正后，继续向上牵引提升，同序完成下部水平环梁、水平、竖向拉索牵引提升就位；

步骤P2.3，先对下部竖向拉索上下两端张拉至设计索力10~20%后临时连接固定，再进行水平拉索与中心桅杆张拉至设计索力40~60%后临时连接固定。

进一步，步骤五具体步骤如下，

步骤P5.1，上部塔尖包括：中心桅杆、水平环梁、第二和第三道刚性杆、水平钢拉杆及竖向拉索，在地面完成整体拼装；

步骤P5.2，先后分别对上部水平钢拉杆和竖向拉索穿索并对称分级张拉至设计索力的100%；

步骤P5.3，上部塔尖整体吊装与中部中心桅杆对接焊接后；

步骤P5.4，第二级张拉下部斜向拉索至设计索力的70~90%。

进一步，步骤七具体步骤如下，

步骤P7.1，分别先后对称分级张拉中部竖向和水平拉索至设计索力的100%；

步骤P7.2，分别先后对称分级张拉下部竖向和水平拉索至设计索力的100%；

步骤P7.3，对称分级张拉塔基张弦梁斜向拉索至张拉索力的100%，考虑到施工及使用过程中产生的预应力损失，第三次对称张拉下部斜向拉索至设计索力的105%，其他索力均被动张拉到设计索力的103~105%。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

（1）利用刚性杆作为牵引提升的作用点，采用分阶段串连式牵引提升水平环梁至设计标高，并张拉形成自平衡体系，水平环梁的安装过程无需搭设临时支撑，大量拼装和焊接工作在塔基和地面完成，减少高空作业、保证拼装精度和、焊接质量和人员安全；

（2）科学控制安装过程中各类索的张拉顺序和数值，降低水平拉索、竖向拉索及斜向拉索在安装过程中的相互影响，保证塔尖安装过程中安全稳定性、塔尖成型状态与设计要求的目标索力和形变精度要求一致。

附图说明

图1为一种预应力拉索塔尖结构的三维示意图；

图2是中心桅杆分节吊装且与刚性连接水平环梁整体吊装图；

图3是安装方法中步骤一工况说明图；

图4是安装方法中步骤二工况说明图；

图5是安装方法中步骤三工况说明图；

图6是安装方法中步骤四工况说明图；

图7是安装方法中步骤五工况说明图；

图8是安装方法中步骤六工况说明图；

图9是安装方法中预应力索张拉工艺及顺序说明图；

图10是塔尖结构安装完成态，经MidasGen软件计算变形结果图；

图11是塔尖结构安装完成态，经MidasGen软件计算应力结果图；

图12是塔尖结构安装完成态，经MidasGen软件计算索力结果图。

具体实施方式

参照图1至图12对本发明一种预应力拉索塔尖结构的安装方法的具体实施方式作进一步的说明。

一种预应力拉索塔尖结构工程实例特点简介：

1）．中心桅杆为直径1.5m的钢圆管，其高度达45m，壁厚由底部50mm降至顶部35mm；

2）．环钢沿塔尖高度方向断面呈三次收进布置，其直径分别为10m、5.5m及2.8m，共计十五道环钢，截面规格为直径0.5m的钢圆管。第六道水平环梁、第十道水平环梁及第十五道水平环梁与中心桅杆通过刚性杆连接。顶部第十一至第十四道水平环梁由于直径为2.8m，与中心桅杆净距离仅有0.3m，无法保证张拉索空间，即采用钢拉杆与中心桅杆铰接连接。其他水平环梁与中心桅杆通过水平预应力拉索连接；

3）．钢拉索分为水平钢拉杆、水平拉索、竖向拉索、塔基张弦梁和下部斜向拉索；两端均采用销轴连接，竖向拉索与水平环钢四周采用索夹固定；水平拉索直径为15mm，竖向拉索、塔基张弦梁和下部斜向拉索直径为50mm；

4）．钢拉杆和水平拉索将中心桅杆与水平环钢水平连接固定，竖向拉索在刚性杆处被断开连接；

5）．塔尖整体结构稳定性由塔基张弦梁和下部斜向拉索提供保证，请参见图1所示。

具体实施方式如下。

一、如图3～7所示，对具体实施方式作进一步详细描述。

步骤一，下部水平环梁4.1在其投影正下方的塔基张弦梁1结构上堆叠拼装并临时固定；下部中心桅杆2.1、2.2和第一道刚性杆3.1吊装就位；塔基张弦梁1和下部斜向拉索6安装及第一级张拉；参见图3所示；

步骤二，下部的水平拉索8.1、竖向拉索7.1与水平环梁4.1穿索安装，在第一道刚性杆3.1上设置张拉设备，同步牵引钢丝绳11将下部的竖向拉索7.1向上提升安装；下部竖向拉索7.1和水平拉索8.1第一级张拉；参见图4所示；

步骤三，中部需提升的水平环梁4.2和水平拉索8.2临时固定在第一道刚性杆3.1正上方；参见图5所示；

步骤四，吊装中部中心桅杆2.3与下部中心桅杆2.2焊接连接，参见图6所示；

步骤五，上部塔尖在地面整体拼装，并完成竖向拉索7.3张拉，整体吊装与中部中心桅杆2.3焊接固定，下部斜向拉索6第二级张拉，参见图7所示；

步骤六，同上述步骤二，完成中部水平环梁4.2和拉索牵引提升就位，参见图8所示；

步骤七，由上至下部将预应力拉索张拉至设计索力的100%，参见图9所示；

步骤八，塔尖整体结构测量复核，完成塔尖安装。

本实施例优选地，步骤一，下部第一节中心桅杆2.1与塔基张弦梁1同步安装，下部第二节中心桅杆2.2和第一道刚性杆3.1整体吊装与第一节中心桅杆2.1焊接连接；塔基张弦梁斜向拉索5和下部斜向拉索6安装后，第一次对称张拉至设计索力的10~20%。

本实施例优选地，步骤二具体步骤如下：

步骤P2.1，水平拉索8.1与中心桅杆2.1、2.2相连的另一端采用钢丝绳10环向连接，竖向拉索7.1上测量放样出与水平环梁4.1连接固定位置并做标记，螺旋铺设在塔基张弦梁1结构上方。

步骤P2.2，采用牵引钢丝绳11同步向上牵引下部竖向拉索7.1至水平环梁4.1连接位置时，将其连接固定测量校正后，继续向上牵引提升，同序完成下部水平环梁4.1、水平拉索8.1、竖向拉索7.1牵引提升就位。

步骤P2.3，先对下部竖向拉索7.1上下两端张拉至设计索力10~20%后临时连接固定，再进行水平拉索8.1与下部中心桅杆2.1、2.2张拉至设计索力40~60%后临时连接固定。

本实施例优选地，步骤五具体步骤如下：

步骤P5.1，上部塔尖包括：中心桅杆2.4、水平环梁4.3、第二和第三道刚性杆3.2、3.3、水平钢拉杆9及竖向拉索7.3，在地面完成整体拼装；

步骤P5.2，先后分别对上部水平钢拉杆9和竖向拉索7.3穿索并对称分级张拉至设计索力的100%；

步骤P5.3，上部塔尖整体吊装与中部中心桅杆2.3对接焊接后；

步骤P5.4，第二级张拉下部斜向拉索6至设计索力的70~90%。

本实施例优选地，步骤七具体步骤如下：

步骤P7.1，分别先后对称分级张拉中部竖向拉索7.2和水平拉索8.2至设计索力的100%；

步骤P7.2，分别先后对称分级张拉下部竖向拉索7.1和水平拉索8.1至设计索力的100%；

步骤P7.3，对称分级张拉塔基张弦梁斜向拉索4至设计索力的100%，考虑到施工及使用过程中产生的预应力损失，第三次对称张拉下部斜向拉索6至设计索力的105%，其他索力均被动张拉到设计索力的103~105%。

二、如图8所示，对具体预应力索张拉工艺及顺序实施方式作进一步详细描述。

预应力索张拉工艺：水平拉索8.1、8.2直径为15mm一次性分两级张拉至设计索力；竖向拉索7.1、7.2、7.3和斜向拉索5、6直径为50mm，均分三级张拉至设计索力，各部竖向拉索7.1、7.2、7.3采用两次性张拉，下部斜向拉索6采用三次性张拉，塔基张弦梁斜向拉索5采用两次性张拉；均采用一端对称张拉。

预应力索张拉张拉总体顺序为：张拉塔基张弦梁斜向拉索5和下部斜向拉索6→张拉上部塔尖预应力拉索→张拉中部塔尖预应力拉索→张拉下部塔尖预应力拉索→张拉塔基张弦梁斜向拉索5→张拉下部斜向拉索6；其中上中下三部中，均先张拉竖向拉索7，再张拉水平拉索8。

三、如图11~12所示，对具体一种预应力拉索塔尖结构的安装方法计算结果作进一步详细描述。

最大竖向位移-76.3mm，采取预向上调整措施保证拉索水平度；安装过程及完成态构件最大应力226MPa；下部斜向拉索6索力1400kN，塔基张弦梁斜向拉索5索力3860kN；施工完成态，结构位移，结构应力以及拉索索力与设计一次成型态及目标索力基本一致，满足规范、设计及安全要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种预应力拉索塔尖结构的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，下部水平环梁在其投影正下方的塔基张弦梁结构上堆叠拼装并临时固定；下部中心桅杆和第一道刚性杆整体吊装就位；塔基张弦梁和下部斜向拉索安装及第一级张拉；

步骤二，下部的水平拉索、竖向拉索与水平环梁穿索安装，在第一道刚性杆上设置张拉设备，同步牵引钢丝绳将下部的竖向拉索向上提升安装；下部竖向和水平拉索第一级张拉；

步骤P2.1，水平拉索与中心桅杆相连的另一端采用钢丝绳环向连接，竖向拉索上测量放样出与水平环梁连接固定位置并做标记，螺旋铺设在塔基结构上方；

步骤P2.2，采用牵引钢丝绳同步向上牵引下部竖向拉索至水平环梁连接位置时，将其连接固定测量校正后，继续向上牵引提升，同序完成下部水平环梁、水平、竖向拉索牵引提升就位；

步骤P2.3，先对下部竖向拉索上下两端张拉至设计索力10~20%后临时连接固定，再进行水平拉索与中心桅杆张拉至设计索力40~60%后临时连接固定；

步骤三，中部需提升的水平环梁和水平拉索临时固定在第一道刚性杆正上方；

步骤四，吊装中部中心桅杆与下部中心桅杆焊接连接；

步骤五，上部塔尖在地面整体拼装，并完成竖向拉索张拉，整体吊装与中部中心桅杆焊接固定；下部斜向拉索第二级张拉；

步骤P5.1，上部塔尖包括：中心桅杆、水平环梁、第二和第三道刚性杆、水平钢拉杆及竖向拉索，在地面完成整体拼装；

步骤P5.2，先后分别对上部水平钢拉杆和竖向拉索穿索并对称分级张拉至设计索力的100%；

步骤P5.3，上部塔尖整体吊装与中部中心桅杆对接焊接后；

步骤P5.4，第二级张拉下部斜向拉索至设计索力的70~90%；

步骤六，同上述步骤二，完成中部水平环梁和拉索牵引提升就位；

步骤七，由上至下部将预应力拉索张拉至设计索力的100%；

步骤八，塔尖整体结构测量复核，完成塔尖安装。

2.根据权利要求1所述的预应力拉索塔尖结构的安装方法，其特征在于：步骤一，下部第一节中心桅杆与塔基张弦梁同步安装，下部第二节中心桅杆和第一道刚性杆整体吊装与第一节中心桅杆焊接连接；塔基张弦梁斜向拉索和下部斜向拉索安装后，第一次对称张拉至设计索力的10~20%。

3.根据权利要求1所述的预应力拉索塔尖结构的安装方法，其特征在于：

步骤七具体步骤如下，

步骤P7.1，分别先后对称分级张拉中部竖向和水平拉索至设计索力的100%；

步骤P7.2，分别先后对称分级张拉下部竖向和水平拉索至设计索力的100%；

步骤P7.3，对称分级张拉塔基张弦梁斜向拉索至张拉索力的100%，考虑到施工及使用过程中产生的预应力损失，第三次对称张拉下部斜向拉索至设计索力的105%，其他索力均被动张拉到设计索力的103~105%。

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