悬索结构在网架施工中应用的分析

2013-08-15赵怀林

中国建筑金属结构 2013年10期

赵怀林

（中煤矿山建设集团公司,安徽宿州 234000）

1 悬索平台在网架施工中的应用分析

1.1 悬索结构

悬索结构的主要承重构件为若干受拉索，即若干索被组成形式各样的体系，且相应地被悬挂在支撑结构上。索的材料多为钢丝绳、钢绞线或钢丝束，亦或为带状/圆钢筋的薄钢板。悬索结构多依托于索的轴向拉伸而发挥抵抗外荷的作用，且可实现钢材强度的最大化发挥。若材料的强度超过了一定的范围，则可有效减轻悬索结构的自重。所以，基于悬索结构的大跨度施工极具经济性。

1.2 工程概况

某工程屋面结构属螺栓球网架。工程的网架属周边支撑的异形网架，形如一片落叶，且呈长轴方向中轴对称。此外，工程建设场地的四周均无起重场及拼装场，加之网架各安装方法（包括分块或分条安装法、整体提升法、整体吊装法、整体顶升法）均不适合该工程施工，且因网架属不规则网架而不支持拆分，则仅有高空散装法能够满足该工程网架的安装要求。由于该工程施工工期有限，则必须实行多项工种同时施工的作业方案。针对这一问题，搭设悬索平台是确保工程顺利完工的有效途径。

1.3 悬索平台的设计与安装

就该工程悬索平台而言，其结构以为网架安装搭设一个施工平台为主，则该悬索结构的设计及施工相对更简单，即仅需对网架施工的方便性及安全性加以适当的考虑。在设计工程悬索平台时，仅需对悬索的施工荷载予以考虑，则其主索及副索受力。

本工程有关技术参数的计算主要基于单索计算理论，即明确主、副索的材料及直径。针对索直径的确定方式，可通过计算索的水平拉力得以实现，而索的水平拉力的计算应依靠单索的平衡方程式（由索的材料满足虎克定律及索的柔性推导而来）。

由以下条件或假设：

本悬索结构上的竖向荷载均顺着跨度均匀布置；

当工程网架跨中垂直度fmax属于一个定值，则该工程的网架施工最为方便，即假设：若x取1/2，则z取c/2+f（c由边界条件引出，且满足：若x=1，则z=c）。

进而求得索的水平张力，并基于许应力方程（A≥Nmax/f）求取主索及副索的最小直径（备注：Nmax为各组合工况下的钢索最大拉应力设计值；A为钢索的有效截面积；f为钢索材料强度的设计值，源自于设计规范，以确定主索及副索的最小直径）。

由于钢索结构的钢索均经锚具向支撑结构传力，则锚具及锚固结构的可靠度是确保悬索结构可靠安全的关键。就本工程而言，由于悬索平台仅为一个临时结构，钢索将在网架施工完毕后被拆除，则有必要确保锚具（卡扣、紧线器、花篮螺栓）的安装及拆除的便捷性。一般而言，悬索平台施工应包括材料准备、主索就位、副索安装、主及副固定、设安全网及跳板等。

（1）材料准备：抱杆焊接完毕后，应及时把抱杆及主索连接在一起；下好副索材料后，应及时把单边索套用紧线器做好，再与花篮螺栓联接在一起。

（2）主索就位：把抱杆及主索均用塔吊吊装至指定位置，且把埋件与抱杆满焊，并用手拉葫芦把主索拉紧后再固定好。

（3）副索安装：待主索安装好后，把副索材料全部运输到施工现场的指定位置，并先把绕框架梁一周的副索穿过索套，再全部运输到框架梁位置，并把用手拉葫芦拉紧的梁边副索用花篮螺栓与另一段钢索联接在一起。

（4）主及副固定：把安装好的副索用卡扣与主索固定在一起。

（5）铺设安全网及跳板：待主、副索就位后，应先把安全网铺设在钢索上，并把跳板铺设在主索方向的副索上，再用退火线把跳板与副索固定在一起。把跳板与副索固定在一起可简化网架施工、减小钢索晃动程度、提高网架施工的安全系数。

该工程的悬索平台主要用于网架施工，尽管其设计及施工均不同于悬索结构屋面，但在设计及施工阶段亦要就相关问题予以高度的重视：就悬索平台施工阶段而言，钢索挠度fmax应被控制到位，理论上认为钢索越直越好，但由于钢索与框架梁被固定在一起，则过大的钢索拉力必然会破坏框架梁的剪切，则有必要把钢索的拉力控制在一定的范围内，以免框架梁因钢索挠度fmax+过大而受到破坏。