本發明涉及建筑施工技術領域，具體涉及一種超大跨度張弦桁架場外吊裝施工方法。
背景技術：
在現有大跨度空間結構中，張弦結構理論研究和施工技術均有所發展。張弦桁架采用上弦剛性桁架，下弦柔性索和撐桿組成的半剛結構，通過預應力索張拉達到結構自平衡，充分利用了各種材料的優異性能，在大跨度及超大跨度結構領域，有著良好的使用前景。
隨著社會進步，空間結構蓬勃發展，建筑跨度越來越大，結構也越來越復雜，對于安裝施工提出的技術要求也越來越高。一般張弦桁架結構多采用場地內“地面拼裝、單元吊裝”的方法進行安裝，但對于一些項目的特殊場地條件情況，常規的方法不宜采用，如河口海岸深水航道試驗廳結構，其平面尺寸為121.6m×201.2m，上部鋼屋蓋采用張弦桁架結構，張弦桁架支座跨度119.8m，邊跨間距8.5m，中跨間距12m。其室內布置了近1000m的輸水廊道，廊道深度為2.5m-3.0m，輸水廊道將室內場地劃分成了不規則的多塊小場地，不適宜大型吊裝設備行走，同時重載也會對輸水廊道結構造成破壞，因而，必須考慮場地外吊裝的方法。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種超大跨度張弦桁架場外吊裝施工方法，實現整體累積滑移施工，達到安全、高效、實用的目的，且減少大型吊裝機械的使用，降低了成本。
本發明的技術方案如下：
一種超大跨度張弦桁架場外吊裝施工方法，其包括以下步驟：
(1)通過結構找形方法對張弦桁架中的上弦桿、下弦桿、腹桿進行精準下料、加工，并送到建筑場地外的施工現場；
(2)按照待施工的張弦桁架的跨度，在工裝胎架上采用臥拼方式分段裝配桁架段，并將相鄰桁架段通過連接板和螺栓連接拼裝成一個完整的單榀桁架；然后在每榀桁架的兩端支座的底端安裝滑靴；
(3)按照待施工的張弦桁架的長度和跨度，在施工現場先澆筑平行的兩排混凝土柱，并在兩兩混凝土柱之間的間隙中安裝滑移梁，使滑移梁與混凝土柱等高；在滑移梁與混凝土柱的頂端鋪設滑移軌道；在兩個滑移軌道之間搭建支撐胎架，并在支撐胎架內側搭設臨時支撐架；所述支撐胎架和臨時支撐架均位于桁架段的連接處；
(4)將連接桁架段的螺栓拆除后，利用履帶吊將第一榀桁架的桁架段分段依次吊裝至臨時支撐架上，其位于中間的端部由臨時支撐架進行支撐、位于兩端的滑靴分別落在滑移軌道上；將各桁架段合攏、校正后對其連接處進行焊接成第一榀桁架；
(5)利用履帶吊將第二榀桁架的桁架段分段依次吊裝至在支撐胎架上，其位于中間的端部由支撐胎架進行支撐、兩端的滑靴分別落在滑移軌道上；將各桁架段合攏、校正后對其連接處進行焊接成第二榀桁架；并將第二榀桁架通過水平支撐與第一榀桁架連接成一個剛性整體；
(6)穿索，然后采用原位同步對稱分級張拉法，使第一、二榀桁架張拉緩慢協調變形，達到張弦桁架的自平衡體系；
(7)待第一、二榀桁架張拉檢測合格后，安裝次桁架和檁條；在第一榀桁架的支座安裝液壓爬行器，并拆除臨時支撐架，同時將支撐胎架的標高降至第二榀桁架中的拉索最低點以下；然后通過液壓爬行器將第一、二榀桁架整體向前滑移一個單位后，將支撐胎架的標高恢復至原標高；
(8)按步驟(5)-(7)安裝第三榀桁架，通過次桁架、檁條、水平支撐，將其與第二榀桁架連接起來，并整體向前再滑移一個單位；同理，逐榀安裝、累積滑移安裝完后續所有的桁架；
(9)對最終安裝完成的張弦桁架采用單元卸載方法進行卸載。
進一步方案，所述步驟(2)中的安裝在每榀桁架的兩端支座上的滑靴，其沿桁架長度方向一個為固定限位的、另一個是位移可調的。
進一步方案，所述步驟(3)中的支撐胎架和臨時支撐架的頂端均支撐桁架的上弦桿；所述支撐胎架和臨時支撐架平行設置，它們之間的間距為次桁架的寬度。
進一步方案，所述步驟(3)中的滑移梁通過預埋在混凝土柱中的預埋件與混凝土柱固定連接成一整體；所述滑移軌道通過卡軌器與滑移梁固定連接。
進一步方案，所述步驟(6)中的原位同步對稱分級張拉法的張拉索力分別為25％—50％—75％—90％—100％，使桁架變形協調。
進一步方案，所述步驟(7)中的滑移一個單位的長度為兩榀桁架的中軸線之間的距離。
進一步方案，所述液壓爬行器為多個，其間隔對稱地安裝在桁架的兩端支座上；其安裝的數量和位置是根據當前一起滑移的桁架重量所產生的摩擦力來增加的，確保桁架滑移的頂推力大于摩擦力，使桁架正常滑移。
進一步方案，所述步驟(9)中的單元卸載方法是指每3榀桁架作為一個卸載單元，通過千斤頂將連續的3榀桁架的支座同步抬高20mm后，拆除其所對應的滑移軌道；然后在混凝土柱頂端安裝橡膠支座；最后通過千斤頂收缸，將桁架的支座落位于橡膠支座。
張弦桁架作為一種剛柔組合的半剛性結構，在拉索張拉過程中上弦桁架將產生起拱，針對大跨度或超大跨度張弦桁架，當結構跨度和預應力達到一定程度后，這種由于預應力張拉引起的起拱變形將不容忽視，必須要通過設計初始狀態尋找到桁架的無預應力的放樣態模型，然后以放樣態模型為依據進行桁架制造，經過張拉達到設計初始狀態。本發明的結構找形方法的原理是通過逆迭代法找到桁架的放樣態模型。其步驟如下：
(1)按照設計初始狀態下結構和節點的坐標(x0)建立有限元模型，并令x1＝x0
(2)將結構自重和拉索的應變值施加在結構中，進行有限元分析，求得個點的位移(δk).若(xk+δk)與x0偏差滿足收斂條件，則迭代收斂；否則調整節點坐標為xk+1＝x0-δk；
(3)重復上述步驟，直至迭代收斂或迭代次數達到預定值(n)。若迭代收斂，則xk為所確定的零狀態節點坐標，即尋找到結構放樣態模型。
本發明的原位同步對稱分級張拉法是在拉索安裝完畢后，根據設計索力選取張拉設備，采用兩端對稱同步分級張拉方法，確保拉索張拉過程加載均勻，桁架變形協調，同時每一步張拉完畢，及時檢測索力與桁架跨中和支座的變形，并與模擬施工所獲取的數據進行比對，保證拉索施工全過程處于可控狀態，保證施工過程結構安全，為下階段施工和最后的施工驗收提供依據。
本發明采用的施工方案包括張弦桁架通過找形法取得部件的精準加工、工地現場場地外的工裝胎架的整體拼裝、桁架的分段吊裝、索接逐榀原位同步對稱分級張拉、逐榀安裝和累積滑移等施工技術。
本發明中整體累積滑移施工技術是一種比較簡單、實用、效率較高的施工方法，同時具有可觀的經濟效益和社會效益。
本發明中的液壓爬行器是一種能自動夾緊軌道形成反力，從而實現推移的設備。此設備可拋棄反力架，省去了反力點的加固問題，省時省力，且由于與被移構件剛性連接，同步控制較易實現，就位精度高。液壓爬行器由液壓泵源提供液壓動力，在各種液壓閥的控制下完成相應動作。
為了使桁架的兩端同步移動，將液壓爬行器對稱設置，并采用行程開關或位移傳感器進行檢測，然后通過計算機控制全自動實現同步動作、負載均衡、姿態矯正、應力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。
本發明是先在混凝土柱之間鋪設臨時滑移梁進行支撐，再在滑移梁上度方向設置滑移軌道，單榀桁架在地面拼裝完成后，首先組裝前兩榀桁架及其間的次結構，利用液壓爬行器作為滑移驅動設備向前頂推滑移，依次安裝剩余的桁架，直至全部桁架累積頂推滑移完畢，最終進行卸載落位固定，則大跨度張弦桁架結構安裝完成。
本發明與現有技術相比，具有下列特點：
1.本發明采用場外安裝，大型設備無需進入建筑物內，方便了施工。
2.所有桁架拼裝均在建筑物場地外，不占用建筑物內場地，故不影響其他專業同步施工。
3.利用結構找形方法實現桁架各部件的精準下料加工，使桁架安裝完畢的最終狀態與桁架設計初始狀態吻合。
4.采用吊裝、滑移施工，減少了支撐胎架的搭設數量。
5.采用單元卸載方法，減少卸載設備和人員的投入。
6.本發明減少了大型吊裝機械的使用，減少了人工使用成本，節省了搭設臨時支撐的措施費用，同時加快了施工進度，提高了施工效率，對類似工程施工具有現實的指導意義。
7.同時減少了建筑垃圾廢棄及燃油機械設備使用對環境的污染，一定程度上達到了節能、環保的目的。
具體實施方式
實施例1：
一種超大跨度張弦桁架場外吊裝施工方法，其包括以下步驟：
(1)通過結構找形方法對張弦桁架中的上弦桿、下弦桿、腹桿進行精準下料、加工，并送到建筑場地外的施工現場；
(2)按照待施工的張弦桁架的跨度，在工裝胎架上采用臥拼方式分段裝配桁架段，并將相鄰桁架段通過連接板和螺栓連接拼裝成一個完整的單榀桁架；然后在每榀桁架的兩端支座的底端安裝滑靴；
(3)按照待施工的張弦桁架的長度和跨度，在施工現場先澆筑平行的兩排混凝土柱，并在兩兩混凝土柱之間的間隙中安裝滑移梁，使滑移梁與混凝土柱等高；在滑移梁與混凝土柱的頂端鋪設滑移軌道；在兩個滑移軌道之間搭建支撐胎架，并在支撐胎架內側搭設臨時支撐架；所述支撐胎架和臨時支撐架均位于桁架段的連接處；
(4)將連接桁架段的螺栓拆除后，利用履帶吊將第一榀桁架的桁架段分段依次吊裝至臨時支撐架上，其位于中間的端部由臨時支撐架進行支撐、位于兩端的滑靴分別落在滑移軌道上；將各桁架段合攏、校正后對其連接處進行焊接成第一榀桁架；
(5)利用履帶吊將第二榀桁架的桁架段分段依次吊裝至在支撐胎架上，其位于中間的端部由支撐胎架進行支撐、兩端的滑靴分別落在滑移軌道上；將各桁架段合攏、校正后對其連接處進行焊接成第二榀桁架；并將第二榀桁架通過水平支撐與第一榀桁架連接成一個剛性整體；
(6)穿索，然后采用原位同步對稱分級張拉法，使第一、二榀桁架張拉緩慢協調變形，達到張弦桁架的自平衡體系；
(7)待第一、二榀桁架張拉檢測合格后，安裝次桁架和檁條；在第一榀桁架的支座安裝液壓爬行器，并拆除臨時支撐架，同時將支撐胎架的標高降至第二榀桁架中的拉索最低點以下；然后通過液壓爬行器將第一、二榀桁架整體向前滑移一個單位后，將支撐胎架的標高恢復至原標高；
(8)按步驟(5)-(7)安裝第三榀桁架，通過次桁架、檁條、水平支撐，將其與第二榀桁架連接起來，并整體向前再滑移一個單位；同理，逐榀安裝、累積滑移安裝完后續所有的桁架；
(9)對最終安裝完成的張弦桁架采用單元卸載方法進行卸載。
進一步方案，所述步驟(2)中的安裝在每榀桁架的兩端支座上的滑靴，其沿桁架長度方向一個為固定限位的、另一個是位移可調的。
進一步方案，所述步驟(3)中的支撐胎架和臨時支撐架的頂端均支撐桁架的上弦桿；所述支撐胎架和臨時支撐架平行設置，它們之間的間距為次桁架的寬度。
進一步方案，所述步驟(3)中的滑移梁通過預埋在混凝土柱中的預埋件與混凝土柱固定連接成一整體；所述滑移軌道通過卡軌器與滑移梁固定連接。
進一步方案，所述步驟(6)中的原位同步對稱分級張拉法的張拉索力分別為25％—50％—75％—90％—100％，使桁架變形協調。
進一步方案，所述步驟(7)中的滑移一個單位的長度為兩榀桁架的中軸線之間的距離。
進一步方案，所述液壓爬行器為多個，其間隔對稱地安裝在桁架的兩端支座上；其安裝的數量和位置是根據當前一起滑移的桁架重量所產生的摩擦力來增加的，確保桁架滑移的頂推力大于摩擦力，使桁架正常滑移。
進一步方案，所述步驟(9)中的單元卸載方法是指每3榀桁架作為一個卸載單元，通過千斤頂將連續的3榀桁架的支座同步抬高20mm后，拆除其所對應的滑移軌道；然后在混凝土柱頂端安裝橡膠支座；最后通過千斤頂收缸，將桁架的支座落位于橡膠支座。
實施例2：
港口航道泥沙工程交通行業重點實驗室河口海岸深水航道試驗廳項目結構平面尺寸為121.6m×201.2m，上部鋼屋蓋采用張弦桁架結構，該張弦桁架結構跨度119.8m、邊跨間距8.5m、中跨間距12m，鋼屋蓋由18榀橫向張弦梁桁架及9榀縱向聯系次桁架組成，所有桁架以及屋面支撐均由鋼管構件組成。
其具體的場外吊裝施工方法為：
(1)通過結構找形方法對張弦桁架中的上弦桿、下弦桿、腹桿進行精準下料、加工，并送到建筑場地外的施工現場；
(2)按照待施工的張弦桁架的跨度，在工裝胎架上采用臥拼方式分段裝配成9個桁架段，并將相鄰桁架段通過連接板和螺栓連接拼裝成一個完整的單榀桁架；然后在每榀桁架的兩端支座的底端安裝滑靴，其沿桁架長度方向一個滑靴為固定限位的、另一個滑靴是位移可調的；
(3)按照待施工的張弦桁架的長度和跨度，在施工現場先澆筑平行的兩排混凝土柱，同一排混凝土柱中位于兩端頭的兩混凝土柱之間間距為9米，其他的兩兩混凝土柱之間的間距均為12米；并在兩兩混凝土柱之間的間隙中安裝滑移梁，滑移梁通過預埋在混凝土柱中的預埋件與混凝土柱固定連接成一整體，且滑移梁與混凝土柱等高；在滑移梁與混凝土柱的頂端鋪設滑移軌道，滑移軌道通過卡軌器與滑移梁固定連接；
在兩排混凝土柱之間的地面上沿垂直于滑移軌道方向畫19個軸線，在第18軸線設置臨時支撐架，在19軸線上搭建支撐胎架；所述支撐胎架和臨時支撐架均位于桁架段的連接處，其頂端分別支撐桁架的上弦桿；所述支撐胎架和臨時支撐架平行設置，它們之間的間距為次桁架的寬度。
(4)將連接桁架段的螺栓拆除后，利用履帶吊將第一榀桁架的3個桁架段分段依次吊裝至臨時支撐架上，其位于中間的端部由臨時支撐架進行支撐、位于兩端的滑靴分別落在滑移軌道上；將各桁架段合攏、校正后對其連接處進行焊接成第一榀桁架；
(5)利用履帶吊將第二榀桁架的桁架段分段依次吊裝至在支撐胎架上，其位于中間的端部由支撐胎架進行支撐、兩端的滑靴分別落在滑移軌道上；將各桁架段合攏、校正后對其連接處進行焊接成第二榀桁架；并將第二榀桁架通過水平支撐與第一榀桁架連接成一個剛性整體；
(6)穿索，然后采用原位同步對稱分級張拉法，使第一、二榀桁架張拉緩慢協調變形，達到張弦桁架的自平衡體系；
(7)待第一、二榀桁架張拉檢測合格后，安裝次桁架和檁條；在第一榀桁架的支座安裝液壓爬行器，并拆除臨時支撐架，同時將支撐胎架的標高降至第二榀桁架中的拉索最低點以下；然后通過液壓爬行器將第一、二榀桁架整體向前滑移一個單位，其長度為兩榀桁架的中軸線之間的距離，將支撐胎架的標高恢復至原標高；
(8)按步驟(5)-(7)安裝第三榀桁架，通過次桁架、檁條、水平支撐，將其與第二榀桁架連接起來，并整體向前再滑移一個單位；同理，逐榀安裝、累積滑移安裝完后續所有的桁架；
(9)對最終安裝完成的張弦桁架采用單元卸載方法進行卸載，其中單元卸載方法是指每3榀桁架作為一個卸載單元，通過千斤頂將連續的3榀桁架的支座同步抬高20mm后，拆除其所對應的滑移軌道；然后在混凝土柱頂端安裝橡膠支座；最后通過千斤頂收缸，將桁架的支座落位于橡膠支座。
本工程共配置6臺tjg-1000型液壓爬行器，即每條軌道上3臺，分別布置在在最終鋼屋蓋結構的第2、8、14軸線上的該榀桁架的支座上。每臺爬行器的額定頂推力為1000kn，則6臺爬行器可提供的最大滑移推力為∑f為6000kn，大于屋面整體滑移時所需的滑移推進力4800kn，根據類似工程經驗及相關規范，滿足滑移工況的要求。依據頂推力的大小及爬行器的配置，配套使用3臺tjv-30型液壓泵站。
其加工成本為：
吊裝高度約25米，跨度約120米，需使用1臺100噸履帶吊工作3個月，市場價100000元/月/臺，1臺50噸履帶吊工作3個月，市場價60000元/月/臺，3臺25噸汽車吊工作3個月，市場價25000元/月/臺，1臺300噸汽車吊工作2天，市場價30000元/天/臺，共1×3×100000+1×3×60000+3×3×25000+1×2×30000＝765000元；第三方監測費40000元；安全投入35000元/項；
滑移軌道、滑移梁支撐等滑移措施及液壓頂推滑移相關費用1000000元；投入臨時支撐、胎架等措施材料100噸，按市場價4500元/噸計算：100×4500＝450000元；
人工成本，需50工人工作3個月，按人均6000/月計算：50×3×6000＝900000元；
共計投入成本：765000+1000000+40000+35000+450000+900000＝3190000元。
對比例1：
采用高空散裝方式，使用履帶吊將單榀桁架一一吊裝到該項目的鋼屋蓋位置，并一一焊接、組裝。
其加工成本為：
吊裝高度約25米，跨度約120米，使用1臺150噸履帶吊工作4個月，市場價140000元/月/臺，1臺50噸履帶吊工作4個月，市場價60000元/月/臺，3臺25噸汽車吊工作4個月，市場價25000元/月/臺，共1×4×140000+1×4×60000+3×4×25000＝1100000元；安全投入50000元/項；
投入臨時支撐、胎架等措施材料200噸，按市場價4500元/噸計算：200×4500＝900000元；
人工成本，需60工人工作4個月，按人均工資6000/月計算：60×4×6000＝1440000元；
共計投入1100000+50000+900000+1440000＝3490000元。
經對比實施例2和對比例1，本發明的液壓整體累積滑移方案施工節省成本約30萬元(3490000-3190000＝300000元)。
所以本發明的施工方法減少了大型吊裝機械的使用，節省了搭設腳手架和臨時支撐的措施費用，具有顯著的經濟效益。
以上所述實施方式僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護范圍內。