技术领域
[0001] 本
发明公开了一种用于土木建筑工程中对预应
力索
桁架结构在无支架条件下进行施工的方法，属于土木建筑工程中索结构施工技术领域。
背景技术
[0002] 索桁架仅由拉索和压杆构成，属于
张力结构类型，其构件的几何拓扑关系类似于
钢桁架，但与普通钢桁架不同，其上弦和下弦的杆件替换为拉索，腹杆则根据内力状况分别替换为吊索或者压杆，并通过施加合理的预
应力建立结构
刚度和维持结构形状。常规工程中，索桁架的平面布置有单向、双向和
轮辐多向。单向和双向布置的索桁架为整跨，由上弦索、下弦索、吊索或压杆构成，适用于外形为矩形或近似于矩形的屋盖；轮辐布置的索桁架为半跨，由上弦索、下弦索、吊索或压杆、（上/下）内环索构成，适用于多边形、圆形或椭圆形的屋盖。索桁架的上弦索和下弦索是存在
曲率的，且两者曲率相反。一般情况下，正曲率（下凹）的弦索称为承重索，主要承受恒载、屋面活载等向下的荷载；负曲率（上凸）的弦索称为稳定索，主要承受
风吸力等向上的荷载。承重索和稳定索可分别位于上弦或下弦，甚至可交叉，因此索桁架的形式多样而美观。
[0003] 索桁架为张力结构，仅由拉索和压杆构成。索桁架在未张拉前，既没有整体结构刚度，也没有局部刚度，无法自立。若采用满堂支架的方法，即在索桁架下方搭设满堂支架作为索杆系高空组装的操作平台，并承受索杆系自重和施工荷载，则该方法传统、简单，但是满堂支架的重量往往超过了索桁架结构重量，施工措施
费用高，占用较长工期；高支架自身存在较大的安全问题；将盘卷的拉索吊至高空支架上进行展开，对吊机性能要求高，因此该施工方法并不适合张力结构的广泛应用和长期发展，不符合绿色施工的目标。而在无支架条件下，索桁架施工的关键难点是：在结构张拉形成整体结构刚度之前，如何将松垮的索杆系安装至高空设计
位置，并保证安装过程中松垮状态下索杆系的几何
稳定性。
[0004] 受理发明
专利—“双层双向预应力索桁架及其施工方法”（
申请号：201110002737.3）中的方法为：搭设
脚手架同时将拉索在地面纵横放开，在拉索上标注出钢撑杆下
节点的安装位置标记；在各钢撑杆的上端分别穿置上弦纵、横两根拉索，在各钢撑杆的下端分别穿置下弦纵、横两根拉索，并使拉索上的标记位于相应的钢撑杆上；对各拉索张拉，并将拉索两端分别与环形架固定连接；最后将整个双层双向预应力索桁架举升至
屋顶安装位置固定。可见，该施工方法主要为“在低空搭设支架组装索杆系和边环桁架并进行拉索张拉，然后将索桁架和边环桁架整体顶升至设计位置”。
[0005] 深圳宝安体育场轮辐索桁架挑篷结构，由正曲率上弦索、负曲率下弦索、吊索、上环索、下环索、压杆构成，其索桁架施工步骤为：①地面组装下环索；②地面组装上环索；③在看台上组装上弦索；④牵引提升上弦索和上环索至半空；⑤安装上环索和下环索之间的压杆；⑥继续牵引张拉上弦索与边环梁连接就位；⑦牵引张拉下弦索与边环梁连接就位；⑧用吊机高空逐根安装上弦索和下弦索之间的吊索。可见，该工程施工方法没有采用支架，上弦索和下弦索分别牵引张拉就位，吊索最后吊装；另外，该工程实施中千斤顶放置在上弦索和下弦索的边索头上，通过工装索将千斤顶的张拉力反作用在边环梁上，在提升和张拉过程中千斤顶的空间位置随上弦索和下弦索的索头位置而在空中移动，从看台上向最终索头锚固的边环梁上逐渐靠近。
发明内容
[0006] 技术问题：本发明的目的是针对土木建筑工程中的索桁架结构，提供一种固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工方法，实现在无支架条件下，索桁架的索杆系在地面低空位置组装，采用固定连接在索桁架周边锚固节点处的千斤顶将索杆系通过斜向牵引整体提升至高空，最后通过主动张拉下弦索，使结构整体张拉成型。
[0007] 技术方案：本发明的索桁架固定千斤顶斜向牵引整体提升的无支架施工方法采用以下步骤：
[0008] 步骤1：在索桁架下方的低空位置，在无应力状态下组装上弦索、下弦索、上环索、下环索和压杆；
[0009] 步骤2：在上弦锚固节点上固定安装牵引提升用千斤顶，在上弦索边索头上安装反力架，在千斤顶和反力架之间安装上弦牵引工装索，并预紧；
[0010] 步骤3：千斤顶牵引提升初始工作，将上弦索逐渐提升脱离地面一定距离；
[0011] 步骤4：在上弦索边索头和下弦索的边索头之间安装下弦连接工装索，使下弦索的边索头通过下弦连接工装索挂在上弦索边索头上；
[0012] 步骤5：安装上弦索和下弦索之间的吊索；
[0013] 步骤6：起动固定在上弦锚固节点上的千斤顶，斜向牵引整体提升索杆系至高空；
[0014] 步骤7：将上弦索边索头与上弦锚固节点连接就位，逐个撤去千斤顶、反力架和上弦牵引工装索；
[0015] 步骤8：逐个在下弦锚固节点上固定安装张拉用千斤顶，在下弦索的边索头上安装反力架，在千斤顶和反力架之间安装下弦张拉工装索并预紧，撤去下弦连接工装索；
[0016] 步骤9：起动固定在下弦锚固节点上的千斤顶，同步张拉下弦工装索，将下弦索的边索头与下弦锚固节点连接就位，结构整体张拉成型。
[0017] 所述的斜向牵引整体提升索杆系至高空的方法为：在正式牵引提升前，整个索杆系在地面低空位置组装连接就位，而下弦索的边索头通过下弦连接工装索挂在上弦索边索头上；通过斜向牵引上弦工装索，将整个索杆系提升至高空，直至上弦索与锚固节点连接就位。
[0018] 所述的在上弦锚固节点上固定安装牵引提升用千斤顶和在下弦锚固节点上固定安装张拉用千斤顶的方法为：在周边结构的拉索锚固节点处，安装工装
耳板；将牵引提升或张拉用的千斤顶放置在工具挂架的前部，而挂架后端通过销轴与工装耳板连接；反力架固定安装在拉索的索头上；在千斤顶和反力架之间连接有工装索；在牵引提升和张拉过程中，反力架在空中移动，而千斤顶则固定连接在周边结构上随之转动。
[0019] 所述的将上弦索边索头与上弦锚固节点连接就位，以及将下弦索的边索头与下弦锚固节点连接就位的方法为：与周边结构锚固节点直接连接的边索头，在地面低空位置组装索杆系时，边索头的调节装置和连接件预先不安装，待边索头靠近锚固节点时再安装；在工装耳板上留设穿销孔，当索头的连接件与锚固节点的耳板对位后，将销轴从工装耳板的外侧穿过穿销孔安装就位，从而方便安装销轴，减小工装耳板的间距和反力架的尺寸，从而减轻牵引提升和张拉过程中边索头的尺寸和重量，实现工装轻型化。
[0020] 所述的整个索杆系在地面低空位置组装连接就位的方法为：制索时，按照设计索力条件下的制作长度进行制作，进行预张拉以消除非弹性
变形，在设计索力条件下在索体表面标记索夹位置、在索头调节装置上标记与设计制作长度相对应的调节位置、在索体上通长标记一条直标线；在地面低空位置组装索杆系时，拉索沿索体表面上的直标线展开，保证索体不扭转；索夹严格按照索体表面的索夹标记和直标线进行安装，保证索夹在索体长度方向的位置及相对索体的转
角是正确的；根据索长制作误差和周边节点安装误差，通过索头调节装置来调整索长。
[0021] 有益效果：本发明提供的索桁架施工方法，无需搭设满堂支架，在地面低空整体组装索杆系；利用固定在上弦锚固节点上的千斤顶和工装索斜向牵引整体提升索杆系至高空，将上弦索与上弦锚固节点连接就位；利用固定在下弦锚固节点上的千斤顶和工装索张拉下弦索，将下弦索与下弦锚固节点连接就位，整体结构张拉成型。
[0022] 144010832）在地面低空位置整体组装索杆系：无需搭设高空支架，大大节省支架搭设工期和费用，避免了高空支架带来的安全风险；在展开拉索和组装索杆系方面，地面具有高空支架平台无比的优势，大大降低对吊机设备的要求和施工人员的安全风险，提高工作效率。
[0023] 1.索杆系整体被斜向牵引提升至高空：通过下弦连接工装索将下弦索的边索头挂在上弦索边索头上，有利于控制下弦索的线形，使下弦索和下环索通过下弦连接工装索、吊索或压杆挂在上弦索和上环索的下面，随上弦工装索的斜向牵引而整体提升至高空，大大提高效率。尽管相对分批牵引提升，整体牵引提升的
载荷更加大，但上弦牵引提升用的千斤顶和下弦张拉用的千斤顶一般是共用的，而张拉力大于
牵引力，千斤顶额定吨位的选择实际是由张拉力来控制的，因此整体牵引提升更能发挥千斤顶的工作能力。
[0024] 2.通过张拉下弦索将结构整体张拉成型：作为张力结构形式之一的索桁架，其内力和位形是对应的，内力是在相应的位形上的平衡；选择一部分拉索作为主动张拉索系，其它作为被动张拉索系，通过张拉主动索系而在被动索系中也建立平衡的预应力；索桁架的基本位形是由其拉索的无应力长度所决定，而拉索无应力长度是在地面组装时即以确定，而无应力索长组装
精度通过在制索时在有应力条件下定长、标记索夹位置、预张拉以及在组装索时在无应力条件下调节误差、严格控制误差等措施来保证；选择张拉力相对较小而又便于张拉的下拉索作为主动索系，而其它作为被动索系；在组装时严格控制被动索系的无应力长度，在张拉时严格控制主动索系的张拉力，提高了张拉效率，又保证了整体结构的位形和索力。
[0025] 3.千斤顶固定在拉索的锚固节点处：相对千斤顶固定在拉索的边索头上，这极大便利了千斤顶的安装、工作、控制和维修，减小了边索头处的集中载荷和工装尺寸，实现工装的轻型化。
[0026] 4.牵引提升和张拉过程中预先拆除边索头上的调节装置和连接件：可减小牵引提升和张拉过程中边索头处的尺寸和重量，从而减小反力架的尺寸，避免过长和过重的索头引起反力架扭转和锚具处索体弯折。
[0027] 5.在工装耳板上留设穿销孔：在方便安装销轴的同时，有利于减小工装耳板的间距和反力架的尺寸。
附图说明
[0028] 图1是某体育场环形轮辐式索桁架结构剖面图。
[0029] 图2是索桁架在地面和看台低空位置组装的立面图。
[0030] 图3是通过固定在上弦锚固节点上的千斤顶和上弦牵引工装索斜向牵引整体提升索桁架立面图。
[0031] 图4是索桁架的上弦索与上弦锚固节点连接就位立面图。
[0032] 图5是通过固定在下弦锚固节点上的千斤顶和下弦张拉工装索张拉索桁架立面图。
[0033] 图6是索桁架的下弦索与下弦锚固节点连接就位、结构张拉成型立面图。
[0034] 图7是上弦牵引提升或下弦张拉时千斤顶和工装的平面图。
[0035] 图8是上弦牵引提升或下弦张拉，当索头靠近锚固节点时安装索头的调节装置和连接件的平面图。
[0036] 图9是上弦牵引提升或下弦张拉，索头连接件与锚固节点连接的平面图。
[0037] 图10是上弦牵引提升或下弦张拉完毕，撤去千斤顶和工装的平面图。
[0039] 图中有：上弦索1，下弦索2，吊索3，压杆4，上环索5，下环索6，周边结构7，上弦锚固节点8，下弦锚固节点9，上弦牵引工装索10，下弦连接工装索11，下弦张拉工装索12，上弦索边索头13，下弦索边索头14，千斤顶15，挂架16，锚固节点耳板17，工装耳板18，固定在索头上的反力架19，索头上的锚具20，索头上的调节装置21，索头上的连接件22。
具体实施方式
[0040] 以某体育场的环形轮辐式索桁架挑篷为例，具体实施步骤和方式如下：
[0041] 144011712）制作拉索时，应按照设计索力条件下的制作长度进行制作；拉索应进行预张拉，以消除非弹性变形；拉索应在设计索力条件下，在索体表面标记索夹位置、在索头调节装置上标记与设计制作长度相对应的调节位置，在索体上通长标记一条直标线。
[0042] 144011713）安装索桁架周边结构，在拉索锚固节点处安装工装耳板。
[0043] 144011714）
整理地面和看
台面；拉索运至施工现场，应沿索体表面上的直标线展开，从而保证索体不扭转。
[0044] 144011715）在地面和看台上无应力状态下组装下弦索、上弦索、下环索、压杆、上环索及连接节点；索夹应严格按照索体表面的索夹标记和直标线进行安装，从而保证索夹在索体长度方向的位置及相对索体的转角是正确的；应根据索长制作误差和周边节点安装误差，通过索头调节装置来调整索长；上弦索和下弦索的边索头上的调节装置和连接件预先不安装。
[0045] 144011716）在上弦锚固节点处安装千斤顶及挂架；在上弦索边索头上安装反力架；在千斤顶和反力架之间安装上弦牵引工装索，并预紧。
[0046] 144011717）千斤顶牵引提升初始工作，将上弦索逐渐提升离开地面和看台面一定距离；安装上弦索和下弦索之间的吊索和下弦连接工装索，使下弦索挂在上弦索之下。
[0047] 144011718）千斤顶正式牵引提升工作，将整个索杆系逐渐提升至高空；待上弦索边索头靠近上弦锚固节点，安装调节装置和连接件；继续牵引提升，将上弦索与上弦锚固节点连接就位。
[0048] 144011719）卸除挂架、千斤顶、反力架和上弦牵引工装索，转移至下弦。
[0049] 144011720）在下弦锚固节点处安装千斤顶及挂架；在下弦索的边索头上安装反力架；在千斤顶和反力架之间安装下弦张拉工装索，并预紧；卸除下弦连接工装索。
[0050] 144011721）千斤顶正式张拉工作；待下弦索的边索头靠近下弦锚固节点，安装调节装置和连接件；继续张拉，将下弦索与下弦锚固节点连接就位；卸除挂架、千斤顶、反力架和下弦张拉工装索；索桁架整体张拉成型。
[0051] 144011722）安装屋面系统等。
[0052] 所述的在上弦和下弦的锚固节点处安装千斤顶的方法为：在锚固节点耳板的两侧预先对称安装两
块工装耳板；每个锚固点上设置两台牵引提升用千斤顶，每台千斤顶对应一块工装耳板；千斤顶搁置在由螺杆和钢板构成的工具挂架的前半部，挂架的后半部空间作为牵引工装索的退出区域，挂架的后端通过销轴与工装耳板连接，从而保证在牵引提升和张拉过程中挂架和千斤顶的空间角度随上弦索或下弦索而转动。
[0053] 拉索由索体和索头两部分构成，其中索头由锚具、调节装置和连接件构成。除锚具与索体在出厂前已经锚固为一体外，索头的调节装置和连接件一般均通过螺牙连接，可拆卸和组装。为减小牵引提升和张拉过程中边索头的重量，可将边索头上的调节装置和连接件预先拆除，待边索头靠近锚固节点，再将调节装置和连接件安装至索头上。
[0054] 若索头的连接件与锚固节点的耳板通过销轴连接，为便于插入销轴，在工装耳板上留设穿销孔。当索头的连接件与锚固节点的耳板对位后，将销轴从工装耳板的外侧穿过穿销孔安装就位。穿销孔和销轴应在同一轴线上。
