索桁架固定千斤頂斜向牽引整體提升的無支架施工方法

2023-09-16 17:32:15 5

專利名稱：索桁架固定千斤頂斜向牽引整體提升的無支架施工方法
技術領域：
本發明公開了一種用於土木建築工程中對預應力索桁架結構在無支架條件下進行施工的方法，屬於土木建築工程中索結構施工技術領域。
背景技術：
索桁架僅由拉索和壓杆構成，屬於張力結構類型，其構件的幾何拓撲關係類似於鋼桁架，但與普通鋼桁架不同，其上弦和下弦的杆件替換為拉索，腹杆則根據內力狀況分別替換為吊索或者壓杆，並通過施加合理的預應力建立結構剛度和維持結構形狀。常規工程中，索桁架的平面布置有單向、雙向和輪輻多向。單向和雙向布置的索桁架為整跨，由上弦索、下弦索、吊索或壓杆構成，適用於外形為矩形或近似於矩形的屋蓋；輪輻布置的索桁架為半跨，由上弦索、下弦索、吊索或壓杆、(上/下)內環索構成，適用於多邊形、圓形或橢圓形的屋蓋。索桁架的上弦索和下弦索是存在曲率的，且兩者曲率相反。一般情況下，正曲率 (下凹)的弦索稱為承重索，主要承受恆載、屋面活載等向下的荷載；負曲率(上凸)的弦索稱為穩定索，主要承受風吸力等向上的荷載。承重索和穩定索可分別位於上弦或下弦，甚至可交叉，因此索桁架的形式多樣而美觀。索桁架為張力結構，僅由拉索和壓杆構成。索桁架在未張拉前，既沒有整體結構剛度，也沒有局部剛度，無法自立。若採用滿堂支架的方法，即在索桁架下方搭設滿堂支架作為索杆系高空組裝的操作平臺，並承受索杆系自重和施工荷載，則該方法傳統、簡單，但是滿堂支架的重量往往超過了索桁架結構重量，施工措施費用高，佔用較長工期；高支架自身存在較大的安全問題；將盤卷的拉索吊至高空支架上進行展開，對吊機性能要求高，因此該施工方法並不適合張力結構的廣泛應用和長期發展，不符合綠色施工的目標。而在無支架條件下，索桁架施工的關鍵難點是在結構張拉形成整體結構剛度之前，如何將松垮的索杆系安裝至高空設計位置，並保證安裝過程中松垮狀態下索杆系的幾何穩定性。受理髮明專利一 「雙層雙向預應力索桁架及其施工方法」(申請號 201110002737. 3)中的方法為搭設腳手架同時將拉索在地面縱橫放開，在拉索上標註出鋼撐杆下節點的安裝位置標記；在各鋼撐杆的上端分別穿置上弦縱、橫兩根拉索，在各鋼撐杆的下端分別穿置下弦縱、橫兩根拉索，並使拉索上的標記位於相應的鋼撐杆上；對各拉索張拉，並將拉索兩端分別與環形架固定連接；最後將整個雙層雙向預應力索桁架舉升至屋頂安裝位置固定。可見，該施工方法主要為「在低空搭設支架組裝索杆系和邊環桁架並進行拉索張拉，然後將索桁架和邊環桁架整體頂升至設計位置」。深圳寶安體育場輪輻索桁架挑篷結構，由正曲率上弦索、負曲率下弦索、吊索、上環索、下環索、壓杆構成，其索桁架施工步驟為①地面組裝下環索；②地面組裝上環索；③ 在看臺上組裝上弦索；④牽引提升上弦索和上環索至半空；⑤安裝上環索和下環索之間的壓杆；⑥繼續牽引張拉上弦索與邊環梁連接就位；⑦牽引張拉下弦索與邊環梁連接就位； ⑧用吊機高空逐根安裝上弦索和下弦索之間的吊索。可見，該工程施工方法沒有採用支架， 上弦索和下弦索分別牽引張拉就位，吊索最後吊裝；另外，該工程實施中千斤頂放置在上弦索和下弦索的邊索頭上，通過工裝索將千斤頂的張拉力反作用在邊環梁上，在提升和張拉過程中千斤頂的空間位置隨上弦索和下弦索的索頭位置而在空中移動，從看臺上向最終索頭錨固的邊環梁上逐漸靠近。

發明內容
技術問題本發明的目的是針對土木建築工程中的索桁架結構，提供一種固定千斤頂斜向牽引整體提升的無支架施工方法，實現在無支架條件下，索桁架的索杆系在地面低空位置組裝，採用固定連接在索桁架周邊錨固節點處的千斤頂將索杆系通過斜向牽引整體提升至高空，最後通過主動張拉下弦索，使結構整體張拉成型。技術方案本發明的索桁架固定千斤頂斜向牽引整體提升的無支架施工方法採用以下步驟
步驟1 在索桁架下方的低空位置，在無應力狀態下組裝上弦索、下弦索、上環索、下環索和壓杆；
步驟2:在上弦錨固節點上固定安裝牽引提升用千斤頂，在上弦索的邊索頭上安裝反力架，在千斤頂和反力架之間安裝上弦牽引工裝索，並預緊；
步驟3 千斤頂牽引提升初始工作，將上弦索逐漸提升脫離地面一定距離； 步驟4:在上弦索的邊索頭和下弦索的邊索頭之間安裝下弦連接工裝索，使下弦索的邊索頭通過下弦連接工裝索掛在上弦索的邊索頭上； 步驟5 安裝上弦索和下弦索之間的吊索；
步驟6 起動固定在上弦錨固節點上的千斤頂，斜向牽引整體提升索杆系至高空； 步驟7 將上弦索的邊索頭與上弦錨固節點連接就位，逐個撤去千斤頂、反力架和上弦牽引工裝索；
步驟8:逐個在下弦錨固節點上固定安裝張拉用千斤頂，在下弦索的邊索頭上安裝反力架，在千斤頂和反力架之間安裝下弦張拉工裝索並預緊，撤去下弦連接工裝索；
步驟9 起動固定在下弦錨固節點上的千斤頂，同步張拉下弦工裝索，將下弦索的邊索頭與下弦錨固節點連接就位，結構整體張拉成型。所述的斜向牽引整體提升索杆系至高空的方法為在正式牽引提升前，整個索杆系在地面低空位置組裝連接就位，而下弦索的邊索頭通過下弦連接工裝索掛在上弦索的邊索頭上；通過斜向牽引上弦工裝索，將整個索杆系提升至高空，直至上弦索與錨固節點連接就位。所述的在上弦錨固節點上固定安裝牽引提升用千斤頂和在下弦錨固節點上固定安裝張拉用千斤頂的方法為在周邊結構的拉索錨固節點處，安裝工裝耳板；將牽引提升或張拉用的千斤頂放置在工具掛架的前部，而掛架後端通過銷軸與工裝耳板連接；反力架固定安裝在拉索的索頭上；在千斤頂和反力架之間連接有工裝索；在牽引提升和張拉過程中，反力架在空中移動，而千斤頂則固定連接在周邊結構上隨之轉動。所述的將上弦索的邊索頭與上弦錨固節點連接就位，以及將下弦索的邊索頭與下弦錨固節點連接就位的方法為與周邊結構錨固節點直接連接的邊索頭，在地面低空位置組裝索杆系時，邊索頭的調節裝置和連接件預先不安裝，待邊索頭靠近錨固節點時再安裝； 在工裝耳板上留設穿銷孔，當索頭的連接件與錨固節點的耳板對位後，將銷軸從工裝耳板的外側穿過穿銷孔安裝就位，從而方便安裝銷軸，減小工裝耳板的間距和反力架的尺寸，從而減輕牽引提升和張拉過程中邊索頭的尺寸和重量，實現工裝輕型化。所述的整個索杆系在地面低空位置組裝連接就位的方法為制索時，按照設計索力條件下的製作長度進行製作，進行預張拉以消除非彈性變形，在設計索力條件下在索體表面標記索夾位置、在索頭調節裝置上標記與設計製作長度相對應的調節位置、在索體上通長標記一條直標線；在地面低空位置組裝索杆系時，拉索沿索體表面上的直標線展開，保證索體不扭轉；索夾嚴格按照索體表面的索夾標記和直標線進行安裝，保證索夾在索體長度方向的位置及相對索體的轉角是正確的；根據索長製作誤差和周邊節點安裝誤差，通過索頭調節裝置來調整索長。有益效果本發明提供的索桁架施工方法，無需搭設滿堂支架，在地面低空整體組裝索杆系；利用固定在上弦錨固節點上的千斤頂和工裝索斜向牽引整體提升索杆系至高空，將上弦索與上弦錨固節點連接就位；利用固定在下弦錨固節點上的千斤頂和工裝索張拉下弦索，將下弦索與下弦錨固節點連接就位，整體結構張拉成型。1)在地面低空位置整體組裝索杆系無需搭設高空支架，大大節省支架搭設工期和費用，避免了高空支架帶來的安全風險；在展開拉索和組裝索杆系方面，地面具有高空支架平臺無比的優勢，大大降低對吊機設備的要求和施工人員的安全風險，提高工作效率。索杆系整體被斜向牽引提升至高空通過下弦連接工裝索將下弦索的邊索頭掛在上弦索的邊索頭上，有利於控制下弦索的線形，使下弦索和下環索通過下弦連接工裝索、吊索或壓杆掛在上弦索和上環索的下面，隨上弦工裝索的斜向牽引而整體提升至高空，大大提高效率。儘管相對分批牽引提升，整體牽引提升的載荷更加大，但上弦牽引提升用的千斤頂和下弦張拉用的千斤頂一般是共用的，而張拉力大於牽引力，千斤頂額定噸位的選擇實際是由張拉力來控制的，因此整體牽引提升更能發揮千斤頂的工作能力。通過張拉下弦索將結構整體張拉成型作為張力結構形式之一的索桁架，其內力和位形是對應的，內力是在相應的位形上的平衡；選擇一部分拉索作為主動張拉索系，其它作為被動張拉索系，通過張拉主動索系而在被動索系中也建立平衡的預應力；索桁架的基本位形是由其拉索的無應力長度所決定，而拉索無應力長度是在地面組裝時即以確定，而無應力索長組裝精度通過在制索時在有應力條件下定長、標記索夾位置、預張拉以及在組裝索時在無應力條件下調節誤差、嚴格控制誤差等措施來保證；選擇張拉力相對較小而又便於張拉的下拉索作為主動索系，而其它作為被動索系；在組裝時嚴格控制被動索系的無應力長度，在張拉時嚴格控制主動索系的張拉力，提高了張拉效率，又保證了整體結構的位形和索力。千斤頂固定在拉索的錨固節點處相對千斤頂固定在拉索的邊索頭上，這極大便利了千斤頂的安裝、工作、控制和維修，減小了邊索頭處的集中載荷和工裝尺寸，實現工裝的輕型化。牽引提升和張拉過程中預先拆除邊索頭上的調節裝置和連接件可減小牽引提升和張拉過程中邊索頭處的尺寸和重量，從而減小反力架的尺寸，避免過長和過重的索頭引起反力架扭轉和錨具處索體彎折。在工裝耳板上留設穿銷孔在方便安裝銷軸的同時，有利於減小工裝耳板的間距和反力架的尺寸。


圖1是某體育場環形輪輻式索桁架結構剖面圖。圖2是索桁架在地面和看臺低空位置組裝的立面圖。圖3是通過固定在上弦錨固節點上的千斤頂和上弦牽引工裝索斜向牽引整體提升索桁架立面圖。圖4是索桁架的上弦索與上弦錨固節點連接就位立面圖。圖5是通過固定在下弦錨固節點上的千斤頂和下弦張拉工裝索張拉索桁架立面圖。圖6是索桁架的下弦索與下弦錨固節點連接就位、結構張拉成型立面圖。圖7是上弦牽引提升或下弦張拉時千斤頂和工裝的平面圖。圖8是上弦牽引提升或下弦張拉，當索頭靠近錨固節點時安裝索頭的調節裝置和連接件的平面圖。圖9是上弦牽引提升或下弦張拉，索頭連接件與錨固節點連接的平面圖。圖10是上弦牽引提升或下弦張拉完畢，撤去千斤頂和工裝的平面圖。圖11是本發明施工方法流程圖。圖中有上弦索1，下弦索2，吊索3，壓杆4，上環索5，下環索6，周邊結構7，上弦錨固節點8，下弦錨固節點9，上弦牽引工裝索10，下弦連接工裝
索11，下弦張拉工裝索12，上弦索邊索頭13，下弦索邊索頭14，千斤頂15，掛架16，錨固節點耳板17，工裝耳板18，固定在索頭上的反力架19，索頭上的錨具20，索頭上的調節裝置21，索頭上的連接件22。
具體實施例方式以某體育場的環形輪輻式索桁架挑篷為例，具體實施步驟和方式如下
2)製作拉索時，應按照設計索力條件下的製作長度進行製作；拉索應進行預張拉，以消除非彈性變形；拉索應在設計索力條件下，在索體表面標記索夾位置、在索頭調節裝置上標記與設計製作長度相對應的調節位置，在索體上通長標記一條直標線。3)安裝索桁架周邊結構，在拉索錨固節點處安裝工裝耳板。4)整理地面和看臺面；拉索運至施工現場，應沿索體表面上的直標線展開，從而保證索體不扭轉。5)在地面和看臺上無應力狀態下組裝下弦索、上弦索、下環索、壓杆、上環索及連接節點；索夾應嚴格按照索體表面的索夾標記和直標線進行安裝，從而保證索夾在索體長度方向的位置及相對索體的轉角是正確的；應根據索長製作誤差和周邊節點安裝誤差，通過索頭調節裝置來調整索長；上弦索和下弦索的邊索頭上的調節裝置和連接件預先不安裝。6)在上弦錨固節點處安裝千斤頂及掛架；在上弦索的邊索頭上安裝反力架；在千斤頂和反力架之間安裝上弦牽引工裝索，並預緊。7)千斤頂牽引提升初始工作，將上弦索逐漸提升離開地面和看臺面一定距離；安裝上弦索和下弦索之間的吊索和下弦連接工裝索，使下弦索掛在上弦索之下。
8)千斤頂正式牽引提升工作，將整個索杆系逐漸提升至高空；待上弦索的邊索頭靠近上弦錨固節點，安裝調節裝置和連接件；繼續牽引提升，將上弦索與上弦錨固節點連接就位。9)卸除掛架、千斤頂、反力架和上弦牽引工裝索，轉移至下弦。10)在下弦錨固節點處安裝千斤頂及掛架；在下弦索的邊索頭上安裝反力架；在千斤頂和反力架之間安裝下弦張拉工裝索，並預緊；卸除下弦連接工裝索。11)千斤頂正式張拉工作；待下弦索的邊索頭靠近下弦錨固節點，安裝調節裝置和連接件；繼續張拉，將下弦索與下弦錨固節點連接就位；卸除掛架、千斤頂、反力架和下弦張拉工裝索；索桁架整體張拉成型。12)安裝屋面系統等。所述的在上弦和下弦的錨固節點處安裝千斤頂的方法為在錨固節點耳板的兩側預先對稱安裝兩塊工裝耳板；每個錨固點上設置兩臺牽引提升用千斤頂，每臺千斤頂對應一塊工裝耳板；千斤頂擱置在由螺杆和鋼板構成的工具掛架的前半部，掛架的後半部空間作為牽引工裝索的退出區域，掛架的後端通過銷軸與工裝耳板連接，從而保證在牽引提升和張拉過程中掛架和千斤頂的空間角度隨上弦索或下弦索而轉動。拉索由索體和索頭兩部分構成，其中索頭由錨具、調節裝置和連接件構成。除錨具與索體在出廠前已經錨固為一體外，索頭的調節裝置和連接件一般均通過
螺牙連接，可拆卸和組裝。為減小牽引提升和張拉過程中邊索頭的重量，可將邊索頭上的調節裝置和連接件預先拆除，待邊索頭靠近錨固節點，再將調節裝置和連接件安裝至索頭上。若索頭的連接件與錨固節點的耳板通過銷軸連接，為便於插入銷軸，在工裝耳板上留設穿銷孔。當索頭的連接件與錨固節點的耳板對位後，將銷軸從工裝耳板的外側穿過穿銷孔安裝就位。穿銷孔和銷軸應在同一軸線上。
權利要求
1.一種索桁架固定千斤頂斜向牽引整體提升的無支架施工方法，其特徵在於該方法包括以下步驟步驟1 在索桁架下方的低空位置，在無應力狀態下組裝上弦索(1)、下弦索(2)、上環索(5)、下環索(6)和壓杆(4)；步驟2:在上弦錨固節點(8)上固定安裝牽引提升用千斤頂(15)，在上弦索的邊索頭(13)上安裝反力架(19)，在千斤頂(15)和反力架(19)之間安裝上弦牽引工裝索(10)，並預緊；步驟3 千斤頂(15)牽引提升初始工作，將上弦索(1)逐漸提升脫離地面一定距離； 步驟4 在上弦索的邊索頭(13)和下弦索的邊索頭(14)之間安裝下弦連接工裝索 (11)，使下弦索的邊索頭(14)通過下弦連接工裝索(11)掛在上弦索的邊索頭(13)上； 步驟5 安裝上弦索(1)和下弦索(2)之間的吊索(3)；步驟6:起動固定在上弦錨固節點(8)上的千斤頂(15)，斜向牽引整體提升索杆系至高空；步驟7:將上弦索的邊索頭(13)與上弦錨固節點(8)連接就位，逐個撤去千斤頂(15)、 反力架(19)和上弦牽引工裝索(10);步驟8 逐個在下弦錨固節點(9)上固定安裝張拉用千斤頂(15)，在下弦索的邊索頭(14)上安裝反力架(19)，在千斤頂(15)和反力架(19)之間安裝下弦張拉工裝索(12)並預緊，撤去下弦連接工裝索(11);步驟9:起動固定在下弦錨固節點(9)上的千斤頂(15)，同步張拉下弦工裝索(12)，將下弦索的邊索頭(14)與下弦錨固節點(9)連接就位，結構整體張拉成型。
2.根據權利要求1所述的索桁架固定千斤頂斜向牽引整體提升的無支架施工方法，其特徵在於所述的斜向牽引整體提升索杆系至高空的方法為在正式牽引提升前，整個索杆系在地面低空位置組裝連接就位，而下弦索的邊索頭通過下弦連接工裝索掛在上弦索的邊索頭上；通過斜向牽引上弦工裝索，將整個索杆系提升至高空，直至上弦索與錨固節點連接就位。
3.根據權利要求1所述的索桁架固定千斤頂斜向牽引整體提升的無支架施工方法，其特徵在於所述的在上弦錨固節點上固定安裝牽引提升用千斤頂和在下弦錨固節點上固定安裝張拉用千斤頂的方法為在周邊結構的拉索錨固節點處，安裝工裝耳板；將牽引提升或張拉用的千斤頂放置在工具掛架的前部，而掛架後端通過銷軸與工裝耳板連接；反力架固定安裝在拉索的索頭上；在千斤頂和反力架之間連接有工裝索；在牽引提升和張拉過程中，反力架在空中移動，而千斤頂則固定連接在周邊結構上隨之轉動。
4.根據權利要求1所述的索桁架固定千斤頂斜向牽引整體提升的無支架施工方法，其特徵在於所述的將上弦索的邊索頭與上弦錨固節點連接就位，以及將下弦索的邊索頭與下弦錨固節點連接就位的方法為與周邊結構錨固節點直接連接的邊索頭，在地面低空位置組裝索杆系時，邊索頭的調節裝置和連接件預先不安裝，待邊索頭靠近錨固節點時再安裝; 在工裝耳板上留設穿銷孔，當索頭的連接件與錨固節點的耳板對位後，將銷軸從工裝耳板的外側穿過穿銷孔安裝就位，從而方便安裝銷軸，減小工裝耳板的間距和反力架的尺寸，從而減輕牽引提升和張拉過程中邊索頭的尺寸和重量，實現工裝輕型化。
5.根據權利要求2所述的斜向牽引整體提升索杆系至高空的方法，其特徵在於所述的整個索杆系在地面低空位置組裝連接就位的方法為制索時，按照設計索力條件下的製作長度進行製作，進行預張拉以消除非彈性變形，在設計索力條件下在索體表面標記索夾位置、在索頭調節裝置上標記與設計製作長度相對應的調節位置、在索體上通長標記一條直標線；在地面低空位置組裝索杆系時，拉索沿索體表面上的直標線展開，保證索體不扭轉； 索夾嚴格按照索體表面的索夾標記和直標線進行安裝，保證索夾在索體長度方向的位置及相對索體的轉角是正確的；根據索長製作誤差和周邊節點安裝誤差，通過索頭調節裝置來調整索長。
全文摘要
本發明是一種索桁架固定千斤頂斜向牽引整體提升的無支架施工方法。在地面低空位置組裝索桁架的索杆系，通過下弦連接工裝索將下弦索的邊索頭掛在上弦索的邊索頭上；在周邊結構錨固節點處安裝工裝耳板，將千斤頂通過掛架銷接在工裝耳板上，將反力架固定在上弦索的邊索頭上，在千斤頂和反力架之間設置牽引工裝索；千斤頂連續工作，斜向牽引工裝索，整體索杆系隨之提升至高空，將上弦索的邊索頭與上弦錨固節點連接就位；而後將千斤頂、掛架、反力架、工裝索轉移至下弦，撤去下弦連接工裝索；對下弦索進行張拉，直至下弦索的邊索頭與下弦錨固節點連接就位，整體索桁架張拉成型。該方法利用固定在周邊結構錨固節點處的千斤頂，採用斜向牽引來整體提升在地面低空位置組裝的索杆系，節省了搭設支架的費用和工期，實現工裝輕型化，提高了施工效率。
文檔編號E04G21/14GK102493664SQ201110430248
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者仇榮根, 楊小飛, 羅斌, 郭正興, 高飛 申請人:東南大學