环形交叉索桁架结构的安装方法.pdf

本发明涉及一种环形交叉索桁架结构的安装方法。首先在工厂预制外围环形受压桁架、拉索、中间撑杆、双层压板式夹具，运到现场之后对分段桁架进行吊装并现场焊接。然后以固定方向逐个安装上弦稳定索，安装上弦稳定索交叉处的双层压板式夹具节点并将双层压板式节点通过耳板与中间撑杆固定。通过双层压板式夹具节点将下弦承重索和中间撑杆连接固定，此时索桁架结构中的所有拉索处于松弛状态。之后对索体施加预应力，采用分批分级的方法，控制外围环形受压桁架的变形。最后夹紧双层压板式夹具节点，即安装完毕。本发明适用于安装环形交叉索桁架结构，安装顺序合理明确，简明易行，能够充分发挥环形交叉索桁架的优势，有较高的实用价值。

权利要求书

环形交叉索桁架结构的安装方法
技术领域
本发明涉及一种环形交叉索桁架结构的安装方法，属于空间索桁架结构领域。
背景技术
随着社会的不断发展，公共活动空间如大型的展览馆、体育场馆等的需求与日俱增。这样的需求也进一步带动了大跨度空间结构体系的创新。大跨度空间建筑往往是一个区域的地标性建筑，因此不仅要将安全、经济等作为结构设计的目标，更重要的是把结构的美表现出来，实现力与美的结合。近年来，大跨度索结构在国内外的体育场馆建设中应用较多，源于索结构充分利用了高强度拉索的受力性能，保证结构刚度的同时降低了用钢量，使结构变得轻盈、富于表现力。
索桁架结构是索结构的一种形式，因其跨越空间能力强、用钢量低等因素，在体育场馆等公共建筑中应用广泛。索桁架结构的布置形式主要有平行布置、垂直交叉布置、轮辐式布置等。其中轮辐式索桁架结构（也称为环形空腹索桁架或环形张力索桁架）适用于中间开敞周边布置罩棚的体育场等建筑，而平行布置、垂直交叉布置索桁架结构则适用于其它建筑。轮辐式索桁架的不足之处主要在于以下几个方面：
1、索段和撑杆的数量较多。
2、结构自身无法保证平面外稳定，需要沿环向设置稳定索保证各榀索桁架的面外稳定。
3、结构的抗倒塌能力较弱，轮辐式索桁架结构依靠中央环索将各榀索桁架联系在一起，并通过张拉中央环索使结构获得足够的刚度和承载力。当某处拉索产生较大预应力损失或索体断裂时，结构刚度下降明显，甚至导致结构整体垮塌。
发明内容
本发明专利的目的在于完善以上不足，提供一种适用于中间开敞周边布置罩棚的体育场等建筑的环形交叉索桁架结构的安装方法。这种索桁架结构由若干榀平面鱼腹式索桁架环形交叉布置而成。各平索桁架交叉布置成为一个整体力的空间体系，可以相互保证平面外稳定，无需再设置环向稳定索。在交叉处可共用一根撑杆，因此撑杆数量可减少。与此同时，每一榀平面鱼腹式索桁架保持相对独立，在保证平面外稳定的情况下，平面鱼腹式索桁架本身可以单独承受荷载，即使某一榀索桁架因故退出工作，结构会发生内力重分布，可由余下完好的平面鱼腹式索桁架提供承载力，结构不会因此而整体垮塌。
该发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种环形交叉索桁架结构的安装方法，所述环形交叉索桁架结构主要由索桁架结构和环形受压桁架两部分组成，环形受压桁架为索桁架结构部分提供水平约束，索桁架结构和环形受压桁架通过销接式连接节点连接；所述索桁架结构由多榀平面鱼腹式索桁架交叉组合而成中央开敞、周边覆盖屋面的环形交叉索桁架结构，所述平面鱼腹式索桁架由上弦稳定索、中间撑杆、下弦承重索构成，中间撑杆连接上弦稳定索与下弦承重索；所述的索桁架结构的多条上弦稳定索或下弦承重索交叉部位采用双层压板式夹具节点，双层压板式夹具节点与中间撑杆采用销式连接；环形受压桁架为三角形的空间桁架结构，主要由三根圆管型环杆和多根圆管型腹杆组成，环杆和腹杆采用相贯焊接节点连接；上弦稳定索和下弦承重索由索体和锚具组成，索体两端设有锚具，其特征在于：所述环形交叉索桁架结构的安装方法如下：
步骤一：在工厂预制环形受压桁架；
步骤二：运到安装现场后，用汽车吊将环形受压桁架各个区段吊到预定位置后进行临时固定，待所有区段都吊装完毕，对每个区段的位置进行微调，使每个区段边缘的接口能很好吻合，当所有接口吻合后，对结构进行现场焊接，形成完整的环形受压桁架；环形受压桁架拼接完毕后，将其焊接到基座的预埋钢板上，进行永久性固定；
步骤三：在工厂预制拉索上弦稳定索、中间撑杆、下弦承重索和双层压板式夹具节点，运到现场安装；预制完成后，根据图纸在索的交叉节点部位做好标记，方便安装双层压板式夹具；
步骤四：安装上弦稳定索；
步骤五：安装上弦稳定索的双层压板式夹具节点；
步骤六：安装中间撑杆和下弦承重索的双层压板式夹具节点；
步骤七：安装下弦承重索；
步骤八：施加预应力：待全部索体与双层压板式夹具节点安装完毕之后，准备对索体施加预应力；
步骤九：夹紧双层压板式夹具节点。
所述步骤一的具体步骤为：首先，将环形受压桁架划分成若干个规格完全相同的区段，每个区段主要由内环杆、上外环杆、下外环杆、竖杆、外斜杆、中部斜杆、耳板组成三角形截面立体桁架，在受压桁架区段上焊接耳板，然后，在每个区段边缘构件上预留出焊接接口，以方便现场拼接；加工完毕，通过卡车分段运往施工现场进行安装。
所述步骤四的具体步骤为：挂索前首先在环形受压桁架的耳板下方搭设脚手架，设置工人操作平台，利用起重机和施工吊篮将上弦稳定索的索头及施工工具吊至施工平台，由工人穿销轴，将上弦稳定索的索头安装在环形受压桁架的耳板处；吊装时采用索夹夹持上弦稳定索进行吊装，以免损坏上弦稳定索外保护套；由卷扬机牵引上弦稳定索张拉端到距离另一端桁架耳板2m处，再利用工装设备及千斤顶牵引上弦稳定索张拉端就位，由工人穿销钉将上弦稳定索的另一端固定在耳板处，此时上弦稳定索处于松弛状态；选定一个耳板为初始安装点，首先安装该耳板上的两根上弦稳定索，完成后按顺时针方向依次安装其他上弦稳定索，后安装的上弦稳定索处于已安装的上弦稳定索的最下方，依此决定相对位置。
所述步骤五的具体步骤为：全部上弦稳定索安装完成后，按照安装稳定索的顺序安装该索上的所有双层压板式夹具节点，所述的双层压板式夹具节点包括四层圆形夹板、螺栓以及耳板，第一层圆形夹板下侧设置有一耳板；第一、二层圆形夹板通过螺栓加紧内层索；第三、四层圆形夹板通过螺栓夹紧外层索；第二层圆形夹板内侧设置有带齿凹槽，第三层圆形夹板内侧设置有带齿凸起，带齿凹槽和带齿凸起可以镶嵌从而起到固定角度和节点抗拔的作用；安装时首先安装双层夹板式夹具节点的第一层圆形夹板和第二层圆形夹板，将上弦稳定索的内层索置于第一层圆形夹板的索槽处，将螺栓穿过第一层圆形夹板上预留的两个螺孔，螺栓头部在第一层圆形夹板上侧、螺母在下侧，此时不拧螺母；第二层圆形夹板从中间分成两块，第二层圆形夹板就位后，拧动第一层圆形夹板下侧的螺母，轻轻夹紧第一、二层圆形夹板、，但允许所夹持的内层索滑移；安装第二层圆形夹板时并不急于将两块半圆形夹板贴合，待第二层与第三层圆形夹板调整角度后再贴合；第三层圆形夹板上设有两处螺孔，首先将螺栓穿过第三层圆形夹板的螺孔，螺栓端头位于第三层圆形夹板下侧，然后将第三层圆形夹板的带齿凸起置于第二层圆形夹板的带齿凹槽中；通过第二、三层圆形夹板边缘的刻度调整拉索角度后，将第二层圆形夹板的两块半圆形夹板卡紧贴合，此时第二、三层圆形夹板的齿咬合在一起，两层拉索形成的角度确定，节点便无法转动；将上弦稳定索的外层索置于第三层圆形夹板的索槽处，第三层圆形夹板上事先放置了螺栓，将第四层圆形夹板的螺孔对准螺栓与第三层圆形夹板贴合，此时在第四层圆形夹板外侧安装螺母并轻轻拧紧，但允许外层索沿索槽滑移；按照顺时针方向依次安装稳定索交叉节点处的双层压板式夹具节点。
所述步骤六的具体步骤为：在双层压板式夹具节点的第一层圆形夹板下侧设有耳板，中间撑杆上部同样设有耳板，将两者耳板的预留孔对齐，撑杆销钉穿过预留孔将二者固定；以同样的方法在撑杆下端安装承重索的双层压板式夹具节点的第一层圆形夹板，将二者的耳板预留孔对齐，撑杆销钉穿过预留孔将二者固定，此时中间撑杆处于自由悬空状态。
所述步骤七的具体步骤为：安装下弦承重索的方法与安装上弦稳定索的方法相同，将下弦承重索的固定端通过耳板与环形受压桁架固定，由卷扬机牵引下弦承重索张拉端到距离另一端桁架耳板2m处，再利用工装设备及千斤顶牵引下弦承重索张拉端就位，由工人穿销轴将下弦承重索的另一端固定在耳板处；按照顺时针方向依次安装每个耳板处的两根下弦承重索；承重索安装完成后，在标记节点部位安装双层压板式夹具节点的第二层圆形夹板，将夹板分成两块，第二层圆形夹板就位后，拧动第一层圆形夹板下侧的螺母，轻轻夹紧第一、二层圆形夹板，但允许所夹持的下弦承重索的内层索滑移；将第三层圆形夹板的带齿凸起置于第二层圆形夹板的带齿凹槽中，通过第二、三层圆形夹板边缘的刻度调整拉索角度后，将第二层圆形夹板的两块半圆形夹板卡紧贴合，节点便无法转动；将下弦承重索的外层索置于第三层圆形夹板的索槽处，第三层圆形夹板上事先放置了螺栓，将第四层圆形夹板的螺孔对准螺栓与第三层圆形夹板贴合，此时在第四层圆形夹板外侧安装螺母并轻轻拧紧，但允许外层索沿索槽滑移，此时索桁架结构中的所有拉索处于松弛状态，不能承受外荷载。
所述步骤八的具体步骤为：每根索体的张拉，采用两台千斤顶并联同步张拉的方式，在节点处安装的张拉反力装置必须牢固可靠并且易于拆卸；张拉时考虑到索体对外部环形受压桁架的影响，采用对称张拉的方式来控制环形受压桁架的变形，以固定方向分批分级张拉，张拉过程分为四级，第一级张拉到目标索力的10%，第二级张拉到目标索力的30%，第三级张拉到目标索力的70%，第四级超张拉至目标索力的105%以抵消预应力损失。
所述步骤九的具体步骤为：待全部索体张拉完毕后，对各个节点进行检查，微调，确认无误之后拧紧六角螺栓将双层压板式夹具节点的第一层圆形夹板夹紧，将上弦稳定索、下弦承重索固定在双层压板式夹具节点处无法滑移，即安装完毕。
所述索体采用Galfan镀层拉索，所述锚具采用叉耳套筒调节式锚具，所述索桁架结构不少于5榀。
有益效果：本方法吸取了其他大跨度索桁架结构安装过程的优秀安装方法，与环形交叉索桁架的结构形式相结合，能够充分发挥环形交叉索桁架的优势，有较高的实用价值。
附图说明
图1环形交叉索桁架轴测图；
图2受压桁架区段平面图；
图3受压桁架区段I‑I剖面图；
图4环形受压桁架耳板节点三维图；
图5环形受压桁架拼装图；
图6平面鱼腹式索桁架立面图；
图7拉索锚具剖面图；
图8双层夹板式索杆节点立面图；
图9节点构件分解示意图；
图10第一层夹板仰视图；
图11第一层夹板俯视图；
图12第二层夹板轴测图；
图13第二层夹板仰视图；
图14第三层夹板仰视图；
图15第三层夹板俯视图；
图16第三层夹板前视图；
图17第四层夹板仰视图；
图18第四层夹板俯视图；
图19第四层夹板前视图；
图中：1‑受压环形桁架；2‑内环杆；3‑上外环杆；4‑下外环杆；5‑竖杆；6‑外斜杆；7‑中部斜杆；8‑耳板；9‑上弦稳定索；10‑中间撑杆；11‑下弦承重索；12‑锚具销钉；13‑双层压板式夹具节点；14‑撑杆销钉；15‑双层压板式夹具的第一层圆形夹板；16‑双层压板式夹具的第一层圆形夹板下侧耳板；17‑中间撑杆耳板；18‑双层压板式夹具的第二层圆形夹板；19‑内层索体；20‑双层压板式夹具的第一层圆形夹板的索槽；21‑双层压板式夹具的第一层圆形夹板的螺栓；22‑双层压板式夹具的第一层圆形夹板的螺孔；23‑双层压板式夹具的第一层圆形夹板的螺母；24‑双层压板式夹具的第三层圆形夹板；25‑双层压板式夹具的第三层圆形夹板的螺孔；26‑双层压板式夹具的第三层圆形夹板的螺栓；27‑双层压板式夹具的第三层圆形夹板的带齿凸起；28‑双层压板式夹具的第二层圆形夹板的带齿凹槽；29‑双层压板式夹具的第四层圆形夹板；30‑外层索体；31‑双层压板式夹具的第三层圆形夹板的索槽；32‑双层压板式夹具的第四层圆形夹板的螺孔；33‑双层压板式夹具的第四层圆形夹板的螺母。
具体实施方式
如图1‑19所示，本发明的环形交叉索桁架结构的安装方法具体如下：
主要由索桁架结构和环形受压桁架1两部分组成，环形受压桁架1为索桁架结构部分提供水平约束，索桁架结构和环形受压桁架1通过销接式连接节点连接；索桁架结构由多榀平面鱼腹式索桁架交叉组合而成中央开敞、周边覆盖屋面的环形交叉索桁架结构，平面鱼腹式索桁架由上弦稳定索9、中间撑杆10、下弦承重索11构成，中间撑杆10连接上弦稳定索9与下弦承重索11；所述的索桁架结构的多条上弦稳定索9或下弦承重索11交叉部位采用双层压板式夹具节点13，双层压板式夹具节点13与中间撑杆10采用销式连接。环形受压桁架1为三角形的空间桁架结构，主要由三根圆管型环杆和多根圆管型腹杆组成。环杆和腹杆采用相贯焊接节点连接。上弦稳定索9和下弦承重索11由索体和锚具组成，索体两端设有锚具。其中，索体采用Galfan镀层拉索，锚具采用叉耳套筒调节式锚具，索桁架结构不少于5榀。
上述环形交叉索桁架结构的具体安装方法为：
步骤一：在工厂预制环形受压桁架1：首先，将环形受压桁架1划分成若干个规格完全相同的区段，每个区段主要由内环杆2、上外环杆3、下外环杆4、竖杆5、外斜杆6、中部斜杆7、耳板8组成三角形截面立体桁架，在受压桁架区段上焊接耳板8，然后，在每个区段边缘构件上预留出焊接接口，以方便现场拼接；加工完毕，通过卡车分段运往施工现场进行安装。环形受压桁架外观仅以图1为例，形式不限于此；
步骤二：运到安装现场后，用汽车吊将受压桁架区段吊到预定位置后进行临时固定，待所有区段都吊装完毕，对每个区段的位置进行微调，使每个区段边缘的接口能很好吻合，当所有接口吻合后，对结构进行现场焊接，形成完整的环形受压桁架1；环形受压桁架1拼接完毕后，将其焊接到基座的预埋钢板上，进行永久性固定；
步骤三：在工厂预制拉索上弦稳定索9、中间撑杆10、下弦承重索11和双层压板式夹具节点13，运到现场安装。预制完成后，根据图纸在索的交叉节点部位做好标记，方便安装双层压板式夹具13；
步骤四：安装上弦稳定索9：挂索前首先在环形受压桁架的耳板下方搭设脚手架，设置工人操作平台。利用起重机和施工专用吊篮将上弦稳定索9的索头及施工工具等吊至施工平台。由工人穿销轴，将稳定索的索头安装在受压桁架1的耳板8处（固定端）。吊装时采用专门设计的索夹夹持稳定索进行吊装，以免损坏拉索外保护套。由卷扬机牵引拉索张拉端到距离另一端桁架耳板8约2m处，再利用工装设备及千斤顶牵引拉索张拉端就位，由工人穿销钉12将稳定索的另一端固定在耳板处。此时上弦稳定索9处于松弛状态。选定一个耳板8为初始安装点，首先安装该耳板8上的两根稳定索，完成后按顺时针方向依次安装其他稳定索，后安装的稳定索处于已安装的索系的最下方，依此决定相对位置；
步骤五：安装上弦稳定索9的双层压板式夹具节点13：全部上弦稳定索9安装完成后，按照安装稳定索的顺序安装该索上的所有双层压板式夹具13。首先安装双层夹板式夹具的第一层圆形夹板15和第二层圆形夹板18，将内层索19置于第一层圆形夹板的索槽20处，将螺栓21穿过第一层圆形夹板15上预留的两个螺孔22，螺栓21头部在第一层圆形夹板15上侧、螺母23在下侧，此时不拧螺母23。第二层圆形夹板18从中间分成两块，第二层圆形夹板18就位后，拧动第一层圆形夹板15下侧的螺母23，轻轻夹紧第一、二层圆形夹板15、18，但允许所夹持的内层索19滑移。安装第二层圆形夹板18时并不急于将两块半圆形夹板贴合，待第二层与第三层圆形夹板18、24调整角度后再贴合。第三层圆形夹板24上设有两处螺孔25，首先将螺栓26穿过第三层圆形夹板的螺孔25，螺栓26端头位于第三层圆形夹板24下侧，然后将第三层圆形夹板24的带齿凸起27置于第二层圆形夹板18的带齿凹槽28中。通过第二、三层圆形夹板18、24边缘的刻度调整拉索角度后，将第二层圆形夹板18的两块半圆形夹板卡紧贴合，此时第二、三层圆形夹板18、24的齿咬合在一起，两层拉索形成的角度确定，节点便无法转动。将外层索30置于第三层圆形夹板24的索槽31处，第三层圆形夹板24上事先放置了螺栓26，将第四层圆形夹板29的螺孔32对准螺栓26与第三层圆形夹板24贴合，此时在第四层圆形夹板29外侧安装螺母33并轻轻拧紧，但允许外层索30沿索槽31滑移。按照顺时针方向依次安装稳定索交叉节点处的双层压板式夹具13；
步骤六：安装中间撑杆10和下弦承重索11的双层压板式夹具节点13：在夹具的第一层圆形夹板下侧设有耳板16，中间撑杆10上部同样设有耳板17，将两者耳板16、17的预留孔对齐，撑杆销钉14穿过预留孔将二者固定。以同样的方法在撑杆10下端安装承重索11的双层压板式夹具13的第一层圆形夹板15，将二者的耳板预留孔对齐，撑杆销钉14穿过预留孔将二者固定。此时中间撑杆10处于自由悬空状态；
步骤七：安装下弦承重索11：安装下弦承重索11的方法与安装上弦稳定索9的方法相同，将下弦承重索11的固定端通过耳板8与受压桁架1固定，由卷扬机牵引拉索张拉端到距离另一端桁架耳板8约2m处，再利用工装设备及千斤顶牵引钢索张拉端就位，由工人穿销轴将承重索11的另一端固定在耳板8处。按照顺时针方向依次安装每个耳板8处的两根承重索11。承重索11安装完成后，在标记节点部位安装双层压板式夹具节点13的第二层圆形夹板18，将夹板分成两块，第二层圆形夹板18就位后，拧动第一层圆形夹板15下侧的螺母23，轻轻夹紧第一、二层圆形夹板15、18，但允许所夹持的内层索19滑移。将第三层圆形夹板24的带齿凸起27置于第二层圆形夹板18的带齿凹槽28中。通过第二、三层圆形夹板18、24边缘的刻度调整拉索角度后，将第二层圆形夹板18的两块半圆形夹板卡紧贴合，节点便无法转动。将外层索30置于第三层圆形夹板24的索槽31处，第三层圆形夹板24上事先放置了螺栓26，将第四层圆形夹板29的螺孔32对准螺栓26与第三层圆形夹板24贴合，此时在第四层圆形夹板29外侧安装螺母33并轻轻拧紧，但允许外层索30沿索槽31滑移。此时索桁架结构中的所有拉索处于松弛状态，不能承受外荷载；
步骤八：施加预应力：待全部索体与双层压板式夹具节点13安装完毕之后，准备对索体施加预应力。每根索体的张拉，采用两台千斤顶并联同步张拉的方式，在节点处安装的张拉反力装置必须牢固可靠并且易于拆卸。张拉时考虑到索体对外部环形受压桁架1的影响，最好采用对称张拉的方式来控制环形受压桁架的变形，以16根索的环形交叉索桁架为例，以其中四根绕形心对称的索体为一批，分批分级进行张拉。首先进行第一级张拉，使所有索体初步张紧。同时张拉绕形心对称的第一批四根下弦承重索11，张拉力控制在目标索力的10%。张拉完成后，以顺时针方向依次张拉其余各批下弦承重索11。下弦承重索11张拉完毕后，上弦稳定索9采用同样的张拉方式，以四根索体为一批，顺时针依次张拉到目标索力的10%。以同样的方法进行第二、三级张拉，首先张拉下弦承重索11，以四根承重索为一批，顺时针方向依次张拉至目标索力的30%和70%，完成后再依次张拉上弦稳定索9至目标索力的30%和70%。第四级采用超张拉的方式，以抵消预应力损失，张拉方式与上相同。先张拉下弦承重索11，再张拉上弦稳定索9，使索力达到目标索力的105%。张拉过程中要注意采用双重控制，以张拉力控制为主，以变形控制为辅。张拉过程中，张拉力和变形值都必须在规范的要求范围内才能继续张拉，否则需停止张拉，排除问题后才能继续进行。
步骤九：夹紧双层压板式夹具节点13：待全部索体张拉完毕后，对各个节点进行检查，微调。确认无误之后拧紧六角螺栓33将双层压板式夹具节点13的夹板15夹紧，将上弦稳定索9、下弦承重索11固定在双层压板式夹具节点13处无法滑移，即安装完毕。
以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。