[发明专利]双层双向预应力索桁架及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及大跨度的场馆及会展中心顶部施工技术领域。

背景技术

建筑物的顶部通常采用纵、横交错的全钢管构成，不但自重很重，而且耗用大量的钢材。预应力索桁架结构是近年来发展起来的一种新型的适用于大跨度的场馆或会展中心顶部施工预应力钢结构。

现有的预应力索桁架结构通常是：在一根钢管上通过钢性撑杆支撑钢索，通过对钢索进行预应力牵拉后安装在建筑顶部的环桁梁上。可以节约全钢管用材，也使顶部整体重量大大降低。

发明内容

本发明目的是发明一种可进一步节约顶部自重、节约用材的双层双向预应力索桁架的施工方法。

本发明设有双向布置的上、下弦，上、下弦分别采用预应力钢索，在上、下弦之间用钢撑杆连接。

本发明形成的双层双向预应力索桁架结构，适用于大跨度建筑屋顶的预应力施工。相对普通钢桁架或钢网架，双层双向预应力索桁架结构跨度大，结构受力合理，各种材料均充分发挥作用，自重轻，即大大节省了钢材又具有很好的整体刚度，美观经济，是一种新型的空间结构形式，代表了当今世界空间结构的发展水平，具有良好应用价值和前景的新型结构形式。

本发明还提出了具有以上特点的双层双向预应力索桁架的施工方法：

搭设脚手架同时将拉索在地面纵横放开，在拉索上标注出钢撑杆下节点的安装位置标记；在各钢撑杆的上端分别穿置上弦纵、横两根拉索，在各钢撑杆的下端分别穿置下弦纵、横两根拉索，并使拉索上的标记位于相应的钢撑杆上；对各拉索张拉到设计张拉力的100～105%，并将拉索两端分别与环形架固定连接；最后将整个双层双向预应力索桁架举升至屋顶安装位置固定。

本发明的施工方法简单、占地面积小，工程安全、快速，工程质量好，稳定性高。

具体实施方式

一、某工程概况

某游泳跳水馆屋面结构C-G轴/9-17轴区域采用双向预应力索桁架结构，平面投影为33m×56m的异型圆弧。索网短向主要受力构件为12榀互相联系的索桁架。索桁架的上弦、下弦均采用钢索5×55(5根55的钢丝束，钢丝束截面积1080mm)，每两榀之间的间距为4.5m。12榀之间联系的稳定索上下弦均为为钢索5×7(5根7的钢丝束)，稳定索各榀之间的间距约为3.5m~4.5m。

二、施工步骤

1、脚手架搭设同时将拉索在地面放开。

2、在拉索上标注出每个钢撑杆下节点的安装位置标记。

3、在各钢撑杆的上端分别穿置上弦纵、横两根拉索，在各钢撑杆的下端分别穿置下弦纵、横两根拉索，并使拉索上的钢撑杆下节点的安装位置标记位于相应的钢撑杆上。

4、正式张拉前对结构的变形、稳定性和预应力张拉过程进行计算机仿真模拟，经计算分析，确定各个张拉阶段的主要控制点和相应的理论数值，得出每一步张拉各榀之间相互影响的关系和规律，给出预应力损失的数值，并最终得出每榀需要张拉的力，形成完整的张拉和监控方案，对张拉过程中可能出现的差异情况，编制合理的预控方案和处理方法。

对各拉索张拉到设计张拉力的100～105%，正式张拉时同时张拉2个轴线2根索，每根是中间调节套筒张拉，因此共采用了4台25T千斤顶同时进行张拉。并将拉索两端分别与环形架固定连接。

5、将整个双层双向预应力索桁架举升至屋顶安装位置固定。

三、操作要领

1、深化设计：根据设计及预应力工艺要求，计算出钢索的下料长度，以及索体上撑杆节点的安装位置标记点。完成钢撑杆上、下节点和桁架张拉端节点的加工图设计。

2、施工仿真计算

针对具体工程建立结构整体模型，进行施工仿真模拟计算，得出如下结果：

1）根据设计要求的撑杆的垂直状态，给出撑杆节点位置的标记力；

2）验证张拉施工方案的可行性，确保张拉过程的安全；

3） 给出每张拉步张拉力的大小，为实际张拉时的张拉力值的确定提供理论依据；

4）给出每张拉步结构的变形及应力分布，为张拉过程中的变形监测及索力监测提供理论依据；

5）根据计算出来的张拉力大小，选择合适的张拉机具，并设计合理的张拉工装。

3、钢索制作

按照深化设计计算出的下料长度进行钢索制作。制作完成的钢索在工厂内要进行预张拉，预张拉力为设计索力的1.2～1.4倍，并在预张拉力等于设计索力的情况下，在索体上标注出每个钢撑杆下节点的安装位置。为便于施工，要求每根索体都单独成盘出厂。

4、安装缆索

1）对结构施工脚手架搭设的要求