建筑工程弦支穹顶结构施工技术措施分析

郭军立

【摘要】弦支穹顶结构体系是由单层网壳和下部的撑杆、索组成。借助张拉预应力索将预应力引入到局部或整体中，采用此种结构可以有效降低环梁内力、减缓结构的变形、提升承载能力，从而提高跨越能力、减少钢材使用量且造型美观大方，具有非常广泛的应用前景。本文以此题目为中心做出了简要分析与说明，希望能够引起各方关注与重视。

【关键词】弦支穹顶；结构施工；全过程；技术；措施；分析；

前言

随着跨度的增加，预应力的张拉工作量也会相应的有所增大。穹顶结构的外型将对结构的静力性状、刚度极限承载力以及结构的耗钢量产生直接影响。在确定几何外型时，可以从以下几个因素进行考虑：第一，穹顶跨度、工艺设备和建筑体型要求。第二，结构的刚度、矢跨比、肋的倾角等设计制作安装具体要求。对于直径为100M的肋环式穹顶结构可以采用穹顶结构落地斜基础支承形式，固定铰接支座的方案，由单片的格构式杆件组合成为整个穹顶的径向肋和环向肋，上、下弦采用扁放工字钢；将钢管腹杆，与上、下弦采用无节点板进行对接焊接。采用此种焊接，工作量少、用钢量省、外形美观屋面采用压型钢板覆盖，呈多棱形式径向肋和环向肋等构件均在加工厂分段制作， 然后运至现场用高强螺栓拼装成型。本文着重讨论弦支穹顶结构施工技术在实际应用中的一些问题。

一、弦支穹顶结构施工技术分析

对于弦支穹顶结构而言，受到拉索构件的影响，整个弦支穹顶结构施工过程当中的力学性能与使用阶段力学性能表现出了较为显著的差异性。而改变此问题的关键在于针对弦支穹顶结构施工全过程进行精确的模拟分析，在当前技术条件支持下，弦支穹顶结构施工应用最普遍与成熟的方式即为张拉预应力索结構施工技术，这一点是毫无疑问的。换句话来说，弦支穹顶结构施工阶段分析的重点内容在于对张拉全过程的分析。然而当前的实际情况在于：相关研究学者有关张拉过程的分析并未能够深入考虑施工全过程模拟相对于施工工艺的影响，并且有关张拉机理的研究也存在较为显著的缺失，以上问题均直接导致了所确定拉张模拟算法无法完全与工程实际相契合。本文基于对弦支穹顶结构施工技术的分析，提出了包括施工顺序、预应力张拉施加形式、临时支撑系统以及预应力张拉形式在内的四大关键施工环节模拟参数，并借助于有限元分析方式构建相应的时变模型与计算程序，现对其做详细分析与说明。

大量工程实践研究结果表明：从某种角度上来说，弦支穹顶结构施工阶段的受力状态与施工技术存在着极为密切的联系，针对施工阶段张拉全过程进行模拟分析的前提在于对现阶段弦支穹顶结构施工技术做出合理分析与研究。具体而言，应当重点关注以下几个方面的问题：①.施工顺序：包括杆件拼装、结构张拉以及结构吊装这三个方面；②.预应力张拉施加形式：包括张拉环向索、张拉径向索以及顶升撑杆这三个方面；③.临时支撑系统：包括满堂脚手架、临时台架以及临时支撑这三个方面；④.预应力张拉形式：包括张拉顺序与张拉批次这两个方面。

二、弦支穹顶结构施工全过程模拟措施分析

我们知道，在弦支穹顶结构性施工全过程当中，拉张施工阶段从本质上来书属于一个时变性过程，即包括杆件个数、荷载作用力以及准结构边界性指标在内的相关参数均处于动态变化性过程当中。换句话来说，若将初应变作用力视作结构参数的一种特殊性表现形式，将其引入计算模型当中，则整个拉张过程就是一个时变过程，其在模拟内容、预拉力以及荷载等各个方面均与使用阶段数值模拟存在一定的差异性。详细来说：①.使用阶段起始几何数值模拟为建筑设计几何，而拉张阶段几何数值模拟为放样几何；②.使用阶段基本构件数值模拟为网壳、撑杆以及索，而拉张阶段基本构件数值模拟为网壳、撑杆、索以及临时性支撑；③.使用阶段预拉力数值模拟为不变，而拉张阶段预拉力数值模拟为变化；④.使用阶段荷载数值模拟为变化，而拉张阶段荷载数值模拟为可能不变。

1、临时支撑数值模拟分析

很明显，对于弦支穹顶结构性施工而言，施工过程中临时性支撑作用力的增减将导致施工结构数值模拟过程中变边界特性产生一定影响。从这一角度上来说，确保临时支撑数值模拟的正确性将直接关系到模拟变边界特性的取值。在当前技术条件支持下，临时性支撑形式仅仅存在于弦支穹顶结构性施工的作业阶段，在整个弦支穹顶结构张拉拱起且建筑施工主体结构完全与临时性支撑脱离之后，临时性支撑将完全退出施工作业。结合临时支撑的受力形式，通过对轴向压力的承受性分析能够确保临时支撑模拟的准确性。

2、施工顺序及张拉力施加数值模拟分析

可以说，分析模型中所确定的结构荷载作用力、临时支撑数值模拟结构、预应力施加方式以及数值模拟过程中张拉顺序的确定都将在一定程度上影响整个弦支穹顶结构性施工顺序的模拟与确定。一般情况下推荐选取前进法对整个施工顺序予以模拟，采用施加初应变的方式对环锁张拉形式及张拉作用力与模拟，结合由外至内的方式进行张拉分析。

3、张拉过程控制变量的确定分析

在张拉施工逐步推进的过程中，弦支穹顶结构将逐渐与临时支撑部件相脱离并逐步成形，这也就使得结构变形相对于张拉作用力的敏感性有所减少。从这一角度上来说，针对张拉施工过程进行的模拟分析等同于给定各环锁部件在各个张拉阶段目标预拉力计算对应的结构位移及内力参数。一般推荐选取以预应力及变形作用力所组合形成的双重控制变量作为张拉过程基本控制变量。

4、张拉全过程算法分析

在借助于SCAP张拉全过程分析程序的应用基础之上，其模拟算法的主要步骤可以归纳为以下几个方面：①.借助于SFP程序对弦支穹顶结构主体进行施工找形；②.依照找形阶段所获取的放样态更新数值对数值计算模型予以分析；③.在引入弦支穹顶结构施工阶段模型初应变作用力的基础之上施加相应的外荷载作用力；④.在几何非线性计算方式的作用之下以此获取弦支穹顶结构施工各阶段的控制索力及节点控制位移模拟参数结果。

结语

经过文中分析，我们可以发现穹顶结构有受力明确、制作安装简便以及经济实用等优点。目前，在某些建筑的设计施工中已经得到了相应的应用，作为空间穹顶结构的一个分支，它有自己独有的特点，为了更加全面深刻的了解式穹顶结构，我们必须加强其稳定及非线性计算分析，加强穹顶的优化设计，可以预见，在不久的将来，式穹顶结构将会更加广泛地应用到我们的建筑工程中去。本文以弦支穹顶结构施工为研究对象，从弦支穹顶结构施工技术分析以及弦支穹顶结构施工全过程模拟措施分析这两个方面入手，围绕这一问题展开了较为详细的分析与阐述，并据此论证了该计算模拟与模拟计算方式在针对弦支穹顶结构施工进行稳定且精确控制的过程中所起到的重要作用与意义。

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