專利名稱：大跨度雙向張弦桁架帶索累計滑移施工方法
技術領域：
本發明涉及一種大跨度預應力張弦鋼桁架的高空就位施工方法。
背景技術：
國家體育館是奧運會主場館之一，其屋蓋結構呈波浪形曲線，鋼屋架為單曲面雙向張弦桁架鋼結構，鋼屋架平面投影為兩個矩形，縱向長195.5m，橫向寬114m。其上弦為正交正放的平面桁架，橫向18榀，縱向14榀，網格間距為8.5m，鋼屋架上弦的結構高度為1.518～3.973m。鋼屋架下弦為雙向預應力空間張拉索網，橫向14榀，縱向8榀帶索，橫向為雙索，縱向為單索。整個桁架通過角部八個三向固定球鉸支座、六個雙向滑動球鉸支座和七十個單向滑動球鉸支座支承在周邊勁性鋼筋混凝土柱頂。由于比賽館跨度超大，鋼屋架超長、超寬、超重，還由于比賽館四周有多層已先期施工的勁性鋼筋混凝土框架看臺，工期緊張，施工總體安排需要組織立體交叉施工，因此，如何最大限度地減少對看臺和其它后續工程的影響，省工省時地將屋架和雙向預應力空間張拉索網安裝在體育館的承重結構之上，是施工中的技術難題。傳統的施工方法有以下幾種1、高空散裝方案即在屋蓋高度搭設支撐及操作腳手架，根據吊裝設備能力將屋蓋結構分成小榀單元，吊至高空拼裝的方法，施工簡單，質量容易保證，尤其對于雙向結構更易保證各向桁架的拼裝精度和質量。但由于本工程有地下室，空間高度大，四周有看臺，所以腳手架的搭設，樓板的支頂，不僅困難，而且工程量龐大；滿堂腳手架也不利于交叉施工，所以高空散裝方案會嚴重影響工期和成本。
2、整體提升方案是利用場地條件，場區中心采用整體提升方法，看臺上部高空拼裝；整體提升與散裝方法相比，可以減少腳手架及拼裝平臺的高度，減少高空作業量，加快施工進度，提高安全度。但地面低拼裝平臺的搭設同樣因周邊看臺結構的存在受限而變得困難，且很難做到一次拼裝到位提升，于是需要較多的高空補拼。此方案腳手架照常存在，同時仍需要部分高空拼裝。
3、高空滑移方案即在跨端搭設高空拼裝平臺，然后將屋蓋逐步滑移到位，滑移到位后再進行索體安裝的方案，通常的滑移方法是沿建筑物的長軸方向縱向滑移，但因本工程的屋架為曲面形狀，縱向支座標高不同高，且呈豎曲線分布，所以沿縱向滑移就變成了曲線滑移，滑移時桁架受力狀態隨屋架坡度變化，如此只能是單榀滑移，由于該屋蓋是雙向結構，所以滑移到位后另一方向的結構補拼也將是非常困難的，所以此方法難以實施。
另外，根據工程的具體情況，比賽館四周有多層已先期施工的看臺斜梁，看臺結構是主體型鋼混凝土框架的一部分，由于工期緊張，施工總體安排需要組織立體交叉施工，因此屋架施工方法的另一難點是必須找到一種能最大限度地減少對其他后續工程影響的施工方法。
(三)本發明內容本發明的目的是提供一種大跨度雙向張弦桁架帶索累計滑移施工方法，主要解決使曲面大跨度雙向張弦鋼桁架省工省時安全地帶索累計滑移就位的技術問題，并同時解決減少工時、縮短工期、減少對看臺等其它工程施工影響、實現立體交叉施工的技術問題。
本發明的目的是這樣實現的這種大跨度雙向張弦桁架帶索累計滑移施工方法，其特征在于分為鋼桁架地面分段組裝和滑移支撐系統搭設、高空整榀拼裝及掛索、同步帶索累計滑移、雙向預應力索分步對稱張拉四個階段；(1)、第一階段施工步驟如下鋼桁架的構件從工廠運至施工現場后在地面組成分段吊裝單元；沿建筑物一側滑移初始位置架設用于拼裝鋼桁架的高空拼裝平臺，高空拼裝平臺為兩個柱距寬，在高空拼裝平臺的外側相對于橫向索延長線的地面位置安裝橫向索盤；在高空拼裝平臺上架設沿滑移方向的短滑道，短滑道懸挑出高空拼裝平臺的內沿；緊鄰高空操作平臺的內邊搭設高度低于高空拼裝平臺的掛索操作平臺，在掛索操作平臺的一端外側設置縱向索盤平臺，在縱向索盤平臺另一端上面設置卷揚機；在建筑物兩跨端沿滑移軸向的柱頂部搭設邊滑道；在兩跨中間、沿滑移方向自第三根柱至倒數第二根柱之間搭設支撐中滑道的固定支撐架，中滑道架設在固定支撐架上，中滑道的高度低于邊滑道，在中滑道與鋼桁架之間由滑移胎架支撐；(2)、第二階段施工步驟如下a將第一、二榀鋼桁架吊裝至高空拼裝平臺，在第一、二榀鋼桁架之間連接桁架間桿件；b然后使前兩榀鋼桁架向前滑移一個柱距，同時吊裝第三榀鋼桁架；c在第二、三榀鋼桁架之間連接桁架間桿件，拼裝好三榀鋼桁架；將第一榀鋼桁架滑移出高空拼裝平臺至短滑道的懸挑處，將橫向索的索端牽引到第一榀鋼桁架相應的鑄鋼節點處，將橫向索的索端與相應的鑄鋼節點固定連接；
d將前三榀鋼桁架向前滑移一個柱距，同時吊裝第四榀鋼桁架，在第三、四榀鋼桁架之間連接桁架間桿件；e當第三榀鋼桁架滑出短滑道后，在該榀鋼桁架的鑄鋼節點處向下垂直安裝掛索鋼撐桿；f穿橫向索，將橫向索與索夾節點連接；(3)、第三階段施工步驟如下當第四榀鋼桁架滑出短滑道，安裝鋼撐桿后，先安裝縱向索及上部索夾節點，再安裝橫向索及下部索夾節點。
使縱向索索端與索夾節點連接牢固，并進行縱向索預緊，隨后進行鋼桁架帶索累計滑移，如此循環，依次帶索滑移后續的鋼桁架；當鋼桁架滑移到距滑移終端一個柱距時，將荷載轉移至中滑道兩側的轉換滑道和轉換牛腿上支撐；拆除第一榀鋼桁架下面的滑移胎架，繼續滑移，直至就位；(4)、第四階段施工步驟如下當鋼桁架整體滑移到位后，用千斤頂多點同時頂升鋼鋼桁架，在支座位置割除滑移軌道，填塞支座的方法安裝支座，完成鋼桁架四周各鑄鋼節點與滑動支座的焊接；在滑移初始位置上的兩榀鋼桁架底部安裝支座，進行原位拼裝，并將橫向索端部分別固定在四周的固定支座上，并預緊；實現整個鋼桁架合攏，完成鋼鋼桁架帶索累計滑移施工。
優選的技術方案上述橫向索經滾筒被牽引到第一榀鋼桁架相應的鑄鋼節點處。
上述縱向索預緊的預緊力為設計索力的20％。
發明具有以下有益效果通過合理假定、穩定分析、整體有限元分析及合理設置液壓爬向器的位置，改善滑移胎架的受力狀態等方法，保證了滑移胎架的安全；解決了滑移過程中推力的傳遞及滑動胎架的穩定性、方便撐桿、雙向預應力索安裝及拼裝固定支撐架向滑動胎架的轉換等一系列難題。本發明采用縱向桁架沿橫向累計滑移，然后張拉的技術路線。即縱向桁架先在地面分段拼裝，然后在高空組裝平臺上拼成整榀；組拼兩榀后開始拼裝節間橫向桁架構成滑移單元；向前滑移一個柱距。依次往復，逐跨組裝縱、橫向桁架，逐跨推進，直至滑移到位，最后進行預應力索張拉。這種方法對吊裝設備要求不高，減少了大量散拼臨時支撐架；減少大型機械設備使用數量，不需要滿堂腳手架，縮小了高空作業范圍，安全性較好，且能最大限度地減少對屋蓋下面施工作業面的影響，為交叉施工創造有利條件，可以使體育館機電管線安裝、看臺板施工與鋼屋蓋施工同步進行。
本發明是一種沿建筑物短軸方向橫向滑移的施工方法，即以建筑物的縱向(144.5m)為跨度方向組裝、滑移。滑移跨度大，滑移次數少，可以解決本工程曲面鋼桁架滑移的特殊情況，滑移軌道變成了水平、直線，可以由逐條滑移改為累計滑移。在平臺上能先組成雙向結構，滑移時更接近設計狀態；減少了滑移后的高空作業量，達到減少對其他工序的影響，并能達到組織交叉施工的目的。
本發明為最大限度減少屋蓋施工對其他工序的影響，桁架滑移采取了帶索滑移的方法，縱向索適度張拉可提高滑移時桁架的剛度，對滑移有利，但帶索給滑移增加了難度和工作量。首先要增加安裝撐桿和穿索的操作平臺，本工程是在拼裝平臺的前面設置的。安裝鋼撐桿和穿索需在桁架滑移出拼裝平臺后進行。因為鋼撐桿和索的存在，中間滑道要降低，所以又需要采用滑移胎架。預應力索鋼撐桿最長為9.248m，滑移胎架的高度定為11m。這樣中間支撐變成了由26m高的滑道支撐架和11m高的滑移胎架兩部分組成。由于中間滑道降低11m，使本工程的滑移軌道為26.754m(北)、26.1m(中)、33.85m(南)三個不同標高，且差別很大。軌道標高的不同及高滑移胎架的出現給滑移增加了很多困難。在中滑道，爬行器推力作用點的標高為26.1m，拼裝平臺上對應支撐點(短滑道)的標高為36.949m，很顯然在滑移時存在令桁架轉動的力偶。本工程為解決這一難題，首先是增加了輔助滑移胎架，并加強前部幾個滑移胎架的縱向整體剛度，使其能較好地向上傳遞水平推力，同時在組裝平臺處增加了同步助推千斤頂，有效地避免了滑移中的上翹，保持滑移的穩定。
體育館屋蓋因為滑移軌道標高不等，桁架不對稱，所以滑移保持同步比較困難。本發明采用了計算機控制液壓滑移設備，液壓牽引作業由計算機通過行程傳感器進行閉環控制，實現牽引的同步和負載的均衡。在滑移過程中出現滑道不同步時，通過單獨加壓頂推滯后滑道的控制油泵方法，確保滑移至預定距離時，最大不同步距離控制在5mm以內；另外為防止桁架結構側向位移，將滑靴與南、北軌道間的擋塊間隙控制在10mm以內。
可實現對不等高，不對稱桁架屋蓋和雙向預應力索體一步就位，同步控制，同時施工，避免了鋼桁架與索體分步施工，減少了工時，縮短了工期，減少了工程造價和施工成本。
圖1是實施例高空整榀拼裝的鋼桁架形狀示意圖；圖2是滑移支撐體系及滑道的平面結構示意圖；圖3是在中滑道處滑移支撐體系立面結構示意圖。
圖4是掛索的示意圖。
圖5是中滑道和滑移胎架位置的立體示意圖。
圖6是本發明第二階段施工步驟a的示意圖；圖7是本發明第二階段施工步驟b的示意圖；圖8是本發明第二階段施工步驟b的示意圖；圖9是本發明第二階段施工步驟d的示意圖；圖10是本發明第二階段施工步驟d的示意圖。
圖中1-高空拼裝平臺、2-短滑道、3-檢修平臺、4-邊滑道、5-中滑道、6-橫向索盤、7-掛索操作平臺、8-轉換滑道、9-轉換牛腿、10-縱向索盤平臺、11-卷揚機、12-滑移胎架、13-固定支撐架、14-橫向索、15-縱向索、16-柱、17-看臺、18-滾筒、19-鋼桁架、20-焊接球節點、21-鑄鋼節點、22-掛索鋼撐桿、23-索夾節點。
具體實施方式
本發明的實施例參見圖1-10，這種大跨度雙向張弦桁架帶索累計滑移施工方法分為鋼桁架地面分段組裝和滑移支撐系統搭設、高空整榀拼裝及掛索、同步帶索累計滑移、支座就位及鋼桁架合攏四個階段。
(1)、第一階段施工步驟如下鋼桁架的構件從工廠運至施工現場后在地面組成分段吊裝單元。
參見圖2、3、4、5，沿建筑物一側滑移初始位置架設用于拼裝鋼桁架的高空拼裝平臺1，高空拼裝平臺1為兩個柱距寬，在高空拼裝平臺的外側相對于橫向索延長線的地面位置安裝橫向索盤6。
在高空拼裝平臺上架設沿滑移方向的短滑道2，短滑道懸挑出高空拼裝平臺的內沿。
緊鄰高空操作平臺的內邊搭設高度低于高空拼裝平臺的掛索操作平臺7，在掛索操作平臺的一端外側設置縱向索盤平臺10，在縱向索盤平臺另一端上面設置卷揚機11。
在建筑物兩跨端沿滑移軸向的柱頂部搭設邊滑道4，邊滑道4的方向為鋼桁架短軸方向。
在兩跨中間、沿滑移方向自第三根柱至倒數第二根柱之間搭設支撐中滑道的固定支撐架13，中滑道5架設在固定支撐架13上，中滑道5的高度低于邊滑道4，在中滑道5與鋼桁架19之間由滑移胎架12支撐。中滑道和滑移胎架位置參見圖5。
(2)、第二階段施工步驟如下步驟a參見圖6，將第一、二榀鋼桁架吊裝至高空拼裝平臺1，在第一、二榀鋼桁架之間連接桁架間桿件；步驟b參見圖7、8，然后使前兩榀鋼桁架向前滑移一個柱距，同時吊裝第三榀鋼桁架，在第二、三榀鋼桁架之間連接桁架間桿件，拼裝好三榀鋼桁架。
步驟c參見圖4，將第一榀鋼桁架滑移出高空拼裝平臺1至短滑道2的懸挑處，將橫向索14的索端經滾筒18牽引到第一榀鋼桁架相應的鑄鋼節點21處，將橫向索14的索端與相應的鑄鋼節點21固定連接。
步驟d參見圖9、10，將前三榀鋼桁架向前滑移一個柱距，同時吊裝第四榀鋼桁架，在第三、四榀鋼桁架之間連接桁架間桿件。
步驟e參見圖4，當第三榀鋼桁架滑出短滑道后，在該榀鋼桁架的鑄鋼節點處向下垂直安裝掛索鋼撐桿22；步驟f參見圖4，穿橫向索14，將橫向索14與索夾節點23連接。
(3)、第三階段施工步驟如下當第四榀鋼桁架滑出短滑道，安裝鋼撐桿22后，先安裝縱向索15及上部索夾節點23，再安裝橫向索14及下部索夾節點23。
使縱向索索端與索夾節點23連接牢固，并進行縱向索預緊，隨后進行鋼桁架帶索累計滑移，如此循環，依次帶索滑移后續的鋼桁架。
當鋼桁架滑移到距滑移終端一個柱距時，將荷載轉移至中滑道兩側的轉換滑道8和轉換牛腿9上支撐。
拆除第一榀鋼桁架下面的滑移胎架，繼續滑移，直至就位，完成整榀鋼桁架的拼裝，參見圖1。
(4)、第四階段施工步驟如下當鋼桁架整體滑移到位后，用千斤頂多點同時頂升鋼鋼桁架，在支座位置割除滑移軌道，填塞支座的方法安裝支座，完成鋼桁架四周各鑄鋼節點與滑動支座的焊接；在滑移初始位置上的兩榀鋼桁架底部安裝支座，進行原位拼裝，并將橫向索14端部分別固定在四周的固定支座上，并預緊；實現整個鋼桁架合攏，完成鋼鋼桁架帶索累計滑移施工。
權利要求
1.一種大跨度雙向張弦桁架帶索累計滑移施工方法，其特征在于分為鋼桁架地面分段組裝和滑移支撐系統搭設、高空整榀拼裝及掛索、同步帶索累計滑移、支座就位及鋼桁架合攏四個階段；(1)、第一階段施工步驟如下鋼桁架的構件從工廠運至施工現場后在地面組成分段吊裝單元；沿建筑物一側滑移初始位置架設用于拼裝鋼桁架的高空拼裝平臺，高空拼裝平臺為兩個柱距寬，在高空拼裝平臺的外側相對于橫向索延長線的地面位置安裝橫向索盤；在高空拼裝平臺上架設沿滑移方向的短滑道，短滑道懸挑出高空拼裝平臺的內沿；緊鄰高空操作平臺的內邊搭設高度低于高空拼裝平臺的掛索操作平臺，在掛索操作平臺的一端外側設置縱向索盤平臺，在縱向索盤平臺另一端上面設置卷揚機；在建筑物兩跨端沿滑移軸向的柱頂部搭設邊滑道；在兩跨中間、沿滑移方向自第三根柱至倒數第二根柱之間搭設支撐中滑道的固定支撐架，中滑道架設在固定支撐架上，中滑道的高度低于邊滑道，在中滑道與鋼桁架之間由滑移胎架支撐；(2)、第二階段施工步驟如下a將第一、二榀鋼桁架吊裝至高空拼裝平臺，在第一、二榀鋼桁架之間連接桁架間桿件；b然后使前兩榀鋼桁架向前滑移一個柱距，同時吊裝第三榀鋼桁架；c在第二、三榀鋼桁架之間連接桁架間桿件，拼裝好三榀鋼桁架；將第一榀鋼桁架滑移出高空拼裝平臺至短滑道的懸挑處，將橫向索的索端牽引到第一榀鋼桁架相應的鑄鋼節點處，將橫向索的索端與相應的鑄鋼節點固定連接；d將前三榀鋼桁架向前滑移一個柱距，同時吊裝第四榀鋼桁架，在第三、四榀鋼桁架之間連接桁架間桿件；e當第三榀鋼桁架滑出短滑道后，在該榀鋼桁架的鑄鋼節點處向下垂直安裝掛索鋼撐桿；f穿橫向索，將橫向索與索夾節點連接；(3)、第三階段施工步驟如下當第四榀鋼桁架滑出短滑道，安裝鋼撐桿后，先安裝縱向索及上部索夾節點，再安裝橫向索及下部索夾節點。使縱向索索端與索夾節點連接牢固，并進行縱向索預緊，隨后進行鋼桁架帶索累計滑移，如此循環，依次帶索滑移后續的鋼桁架；當鋼桁架滑移到距滑移終端一個柱距時，將荷載轉移至中滑道兩側的轉換滑道和轉換牛腿上支撐；拆除第一榀鋼桁架下面的滑移胎架，繼續滑移，直至就位；(4)、第四階段施工步驟如下當鋼桁架整體滑移到位后，用千斤頂多點同時頂升鋼鋼桁架，在支座位置割除滑移軌道，填塞支座的方法安裝支座，完成鋼桁架四周各鑄鋼節點與滑動支座的焊接；在滑移初始位置上的兩榀鋼桁架底部安裝支座，進行原位拼裝，并將橫向索端部分別固定在四周的固定支座上，并預緊；實現整個鋼桁架合攏，完成鋼鋼桁架帶索累計滑移施工。
2.根據權利要求1所述的大跨度雙向張弦桁架帶索累計滑移施工方法，其特征在于上述橫向索經滾筒被牽引到第一榀鋼桁架相應的鑄鋼節點處。
3.根據權利要求1或2所述的大跨度雙向張弦桁架帶索累計滑移施工方法，其特征在于上述縱向索預緊的預緊力為設計索力的20％。
全文摘要
一種大跨度雙向張弦桁架帶索累計滑移施工方法，其特征在于分為鋼桁架地面分段組裝和滑移支撐系統搭設、高空整榀拼裝及掛索、同步帶索累計滑移、支座就位及鋼桁架合攏四個階段。主要解決了使曲面大跨度雙向張弦帶索鋼桁架低成本安全就位的技術問題，減少了大型吊裝設備及工時、縮短了工期、減少了對鋼桁架下看臺等其它工程施工影響，可實現立體交叉施工。
文檔編號E04B1/342GK101033636SQ200710200320
公開日2007年9月12日 申請日期2007年3月23日 優先權日2007年3月23日
發明者劉國琦, 楊郡, 王甦, 楊曉城, 陳志江, 徐建設, 崔嵬 申請人:北京城建集團有限責任公司