弦支穹顶构建拼装与结构张拉主要方案对比

(江苏省徐州市徐州工程学院， 221000)

弦支穹顶构建拼装与结构张拉主要方案对比

陈 宇 宋体祥 白家宏 刘坤坤 李鹏飞

(江苏省徐州市徐州工程学院， 221000)

近年来弦支穹顶作为一种新型的预应力空间结构，得到了广泛的应用。具有外形美观、跨度大、效率高的优点，同时跟着工程量实践的累计与施工难度的下降获得越来越普遍的认同本。文旨在归纳目今习见的弦支穹顶施工方法为以后弦支穹顶设计提供有意义的参考资料。

弦支穹顶；施工方案；预应力拉索

弦支穹顶结构是在综合单层网壳和索穹顶长处的基础上日本法政大学川口卫教授提出的一种新型预应力大跨度空间结构。自弦支穹顶概念提出，凭仗其具有特色的结构概念、高效的传力机制和优美的形状，获得了国内外的一致认可。可见限制穹顶技术应用的前景是十分广阔的。

一、弦支穹顶结构施工技术分析

大量工程实践研究成果表明：在一定程度上，应力状态与施工工艺和施工方法有着密切的关系，对现阶段弦支穹顶结构施工技术做出有效的分析是对安装阶段张拉全过程进行数据模拟剖析的条件。具体而言，应该着重关注以下几个方面的问题：①施工顺序：包括钢结构楼盖的拼装、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临时支护系统：包括满堂脚手架、临时台架以及临时支撑；④预应力张拉形式：包括张拉顺序与张拉批次这两个方面。本文着重于杆件拼装、结构张拉两方面。

二、杆件拼装方案对比分析

2.1 高空散装法

高空散装法已较为成熟，一般通过在屋盖设计高度搭设支架构建临时施工平台后进行构建或部件拼装，最大的优点便是施工难度底，安装精度有保障，质量有保证，且对垂直运输机械的吨位要求较低，但缺点也是显而易见的：

（1）施工平台所需的临时构建数量巨大，且周转率低；

（2）对临时支撑物的需求导致工期的延长，影响工期；

（3）由于满堂支架的自身形式特点，导致穹顶下部场内空间几乎全无，将严重影响下部索杆体系的安装施工，尤其是当索杆长较长，单根最大长度超过160 m，将没有足够的空间将其展开并进行后续的安装。

综上所述，高空散装法不利于交叉施工，施工成本较高，且难以满足工期紧的要求。

2.2 整体吊装法

整体吊装法是指先将屋面钢结构安装在地面上，然后采用垂直运输装置将其吊装到设计位置。其优点是整个屋盖的焊接和拼装均在地面进行，避免了高空作业风险，同时有效提高了施工质量。然而不足之处也是显而易见的：

（1）当屋面结构体积大，设备设备费明显增加，施工成本较高，且高空位移和同步控制困难；（2）一些工程周边环境特点不满足地面总拼的条件，或屋盖结构特点的悬挑等部位使得总品难度直线上升。

2.3 整体提升法和整体顶升法

这两种安装方法的基本原理相似，区别在于提升装置在于地面还是钢结构上。其主要优点是对提升或顶升设备要求不高，对提升装置的要求降低的同时也避免了总拼对场地的占用。

2.4 顶升外扩与高空散装相结合的综合安装法

拱顶顶部双层网壳采用顶层与外壳组合安装方法

（1）中心区域为主要区域，由于中部的双层网壳部件选用顶升外扩法施工；

（2）外围区域搭设满堂支架进行工人进入高空工作面进行局部部件拼装；

（3）衔接区域最后高空散装合龙。

上述综合安装法具有以下几点优势。

（1）中心区域和外围区域的钢结构可同时施工，有效缩短工期，提高效率。对外围区域的其他施工项目不造成影响。

（2）因为中心区域不采用满堂脚手架进行平台建设，脚手钢管和扣件的使用大大减少，有效的降低了材料的一次性投入。

（3）中心区域采用顶升外扩法施工，考虑尽量减少高空作业工作量，采取顶升与外扩安装相交替的做法。

（4）由于外围部位不选用顶升外扩法施工，相对完全吊装、整体提升或顶升，部件重量缩小，对垂直提升设备提升力需求也会减弱。

（5）由于中心区的装设方式，场地下部较开放，可为其他类型的建筑提供工作空间，尤其是下索杆系统的装设，减少了施工困难提高了装配效率。

三、预应力拉索施工

3.1 拉索安装

索穹顶预应力索的施工包括电缆安装和预应力张拉两部分。需按照上部网壳安设精度要求,对应修改预应力拉索的无应力安装长度,以保证预应力创设。具体操作程序:在网壳拼装进行的同时,从内向外,逐环装设撑杆。根据网壳安装精度的要求，将相邻两杆的单耳销孔之间的距离作为调整各段长度的依据；调整径向钢拉杆杆长的依据为撑杆处于垂直状态,量测得出的相邻两撑杆下端索夹销孔间距。根据实际长度的径向钢筋和所需长度的每个段的电缆，以确定安装偏差，根据长度的预应力电缆，以调整的长度的环和径向钢拉杆安装。然后，根据电缆对电缆的位置，电缆安装在杆的下端，上下电缆夹拧紧；最后安装径向钢拉杆。

四、锁杆张拉方案对比分析

拉索和支撑杆的安装可以与网壳结构的施工同步进行。

4.1 拉索张拉时机的选择

（1）网壳形成过程中拉索的张力可描述为：在芯壳外膨胀过程中，锁杆系统的安装，中心区域的外壁扩大，最后一次吊装前内索张力；外圈的张拉施工应在外围网壳和外圈索系装设完成后方可开始；同样中圈拉索的张拉应在整个网壳合拢后再进行。此张拉方案的优势在于：由于张拉与顶升过程同步进行，有效降低施工作业面高度，降低施工操作难度的同时工人自身安全也可得到保证；内环与外环拉索分布张拉，待上部网壳合拢之后中环拉索进行张拉，拉索的张拉与网壳结构安装同步进行，施工周期大大缩短。然而，其缺点也很显而易见的：内外圈拉索的张拉在钢屋盖尚未形成整体结构时就已经开始，各部尚为互相独立的子结构，重体结构中的预应力建立及受力状态与设计要求有一定出入；增加了中心区域的拉索张力，增加了悬臂的不利变形，增加了钢构件的应力。

（2）在网壳的形成过程中，拉索的张力可以描述如下：当整个网壳完全封闭并形成整体时，索的张力再次进行。该方案的优点是：在整个结构中，索力完全形成整个结构后，保证了整个结构的有效预应力设置，而且符合设计要求，便于施工控制；另一方面，由于上壳的形成，因此可以减少拉索张拉难度。不足之处在于：在屋顶网壳结构形成后，有必要设置张拉操作平台，有必要进行高空作业；虽然网壳结构的施工过程中可以嵌入拉索和撑杆，但拉索的张力需要等待整个屋盖的合拢，因此会延长施工工期。

（3）综合比较这两种方案，方案二在壳体内形成索力后，可以减小拉索张力对结构的不利影响，从而使结构的整体受力结构，满足设计要求。因此，拉索张拉时间确定如下：屋盖网壳完全封闭，形成全后张拉。

结论

弦支穹顶结构最早在日本提出，从工程应用的角度，以及相关的技术，在中国对弦支穹顶结构施工技术代表了世界水平本文从各种钢板拉索结构的施工方式出发，本文综述了国内外常见的弦支穹顶实际施工的基本方案。本文总结了弦支穹顶现有常见的工程实际基本情况，希望可以从中让同行业者们能够得到一些启示，以此来共同探究这一课题。

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TU75

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