弦支穹頂構建拼裝與結構張拉主要方案對比

(江蘇省徐州市徐州工程學院， 221000)

弦支穹頂構建拼裝與結構張拉主要方案對比

陳 宇 宋體祥 白家宏 劉坤坤 李鵬飛

(江蘇省徐州市徐州工程學院， 221000)

近年來弦支穹頂作為一種新型的預應力空間結構，得到了廣泛的應用。具有外形美觀、跨度大、效率高的優點，同時跟著工程量實踐的累計與施工難度的下降獲得越來越普遍的認同本。文旨在歸納目今習見的弦支穹頂施工方法為以后弦支穹頂設計提供有意義的參考資料。

弦支穹頂；施工方案；預應力拉索

弦支穹頂結構是在綜合單層網殼和索穹頂長處的基礎上日本法政大學川口衛教授提出的一種新型預應力大跨度空間結構。自弦支穹頂概念提出，憑仗其具有特色的結構概念、高效的傳力機制和優美的形狀，獲得了國內外的一致認可。可見限制穹頂技術應用的前景是十分廣闊的。

一、弦支穹頂結構施工技術分析

大量工程實踐研究成果表明：在一定程度上，應力狀態與施工工藝和施工方法有著密切的關系，對現階段弦支穹頂結構施工技術做出有效的分析是對安裝階段張拉全過程進行數據模擬剖析的條件。具體而言，應該著重關注以下幾個方面的問題：①施工順序：包括鋼結構樓蓋的拼裝、結構張拉以及結構吊裝這三個方面；②預應力張拉施加形式：包括張拉環向索、張拉徑向索以及頂升撐桿這三個方面；③臨時支護系統：包括滿堂腳手架、臨時臺架以及臨時支撐；④預應力張拉形式：包括張拉順序與張拉批次這兩個方面。本文著重于桿件拼裝、結構張拉兩方面。

二、桿件拼裝方案對比分析

2.1 高空散裝法

高空散裝法已較為成熟，一般通過在屋蓋設計高度搭設支架構建臨時施工平臺后進行構建或部件拼裝，最大的優點便是施工難度底，安裝精度有保障，質量有保證，且對垂直運輸機械的噸位要求較低，但缺點也是顯而易見的：

（1）施工平臺所需的臨時構建數量巨大，且周轉率低；

（2）對臨時支撐物的需求導致工期的延長，影響工期；

（3）由于滿堂支架的自身形式特點，導致穹頂下部場內空間幾乎全無，將嚴重影響下部索桿體系的安裝施工，尤其是當索桿長較長，單根最大長度超過160 m，將沒有足夠的空間將其展開并進行后續的安裝。

綜上所述，高空散裝法不利于交叉施工，施工成本較高，且難以滿足工期緊的要求。

2.2 整體吊裝法

整體吊裝法是指先將屋面鋼結構安裝在地面上，然后采用垂直運輸裝置將其吊裝到設計位置。其優點是整個屋蓋的焊接和拼裝均在地面進行，避免了高空作業風險，同時有效提高了施工質量。然而不足之處也是顯而易見的：

（1）當屋面結構體積大，設備設備費明顯增加，施工成本較高，且高空位移和同步控制困難；（2）一些工程周邊環境特點不滿足地面總拼的條件，或屋蓋結構特點的懸挑等部位使得總品難度直線上升。

2.3 整體提升法和整體頂升法

這兩種安裝方法的基本原理相似，區別在于提升裝置在于地面還是鋼結構上。其主要優點是對提升或頂升設備要求不高，對提升裝置的要求降低的同時也避免了總拼對場地的占用。

2.4 頂升外擴與高空散裝相結合的綜合安裝法

拱頂頂部雙層網殼采用頂層與外殼組合安裝方法

（1）中心區域為主要區域，由于中部的雙層網殼部件選用頂升外擴法施工；

（2）外圍區域搭設滿堂支架進行工人進入高空工作面進行局部部件拼裝；

（3）銜接區域最后高空散裝合龍。

上述綜合安裝法具有以下幾點優勢。

（1）中心區域和外圍區域的鋼結構可同時施工，有效縮短工期，提高效率。對外圍區域的其他施工項目不造成影響。

（2）因為中心區域不采用滿堂腳手架進行平臺建設，腳手鋼管和扣件的使用大大減少，有效的降低了材料的一次性投入。

（3）中心區域采用頂升外擴法施工，考慮盡量減少高空作業工作量，采取頂升與外擴安裝相交替的做法。

（4）由于外圍部位不選用頂升外擴法施工，相對完全吊裝、整體提升或頂升，部件重量縮小，對垂直提升設備提升力需求也會減弱。

（5）由于中心區的裝設方式，場地下部較開放，可為其他類型的建筑提供工作空間，尤其是下索桿系統的裝設，減少了施工困難提高了裝配效率。

三、預應力拉索施工

3.1 拉索安裝

索穹頂預應力索的施工包括電纜安裝和預應力張拉兩部分。需按照上部網殼安設精度要求,對應修改預應力拉索的無應力安裝長度,以保證預應力創設。具體操作程序:在網殼拼裝進行的同時,從內向外,逐環裝設撐桿。根據網殼安裝精度的要求，將相鄰兩桿的單耳銷孔之間的距離作為調整各段長度的依據；調整徑向鋼拉桿桿長的依據為撐桿處于垂直狀態,量測得出的相鄰兩撐桿下端索夾銷孔間距。根據實際長度的徑向鋼筋和所需長度的每個段的電纜，以確定安裝偏差，根據長度的預應力電纜，以調整的長度的環和徑向鋼拉桿安裝。然后，根據電纜對電纜的位置，電纜安裝在桿的下端，上下電纜夾擰緊；最后安裝徑向鋼拉桿。

四、鎖桿張拉方案對比分析

拉索和支撐桿的安裝可以與網殼結構的施工同步進行。

4.1 拉索張拉時機的選擇

（1）網殼形成過程中拉索的張力可描述為：在芯殼外膨脹過程中，鎖桿系統的安裝，中心區域的外壁擴大，最后一次吊裝前內索張力；外圈的張拉施工應在外圍網殼和外圈索系裝設完成后方可開始；同樣中圈拉索的張拉應在整個網殼合攏后再進行。此張拉方案的優勢在于：由于張拉與頂升過程同步進行，有效降低施工作業面高度，降低施工操作難度的同時工人自身安全也可得到保證；內環與外環拉索分布張拉，待上部網殼合攏之后中環拉索進行張拉，拉索的張拉與網殼結構安裝同步進行，施工周期大大縮短。然而，其缺點也很顯而易見的：內外圈拉索的張拉在鋼屋蓋尚未形成整體結構時就已經開始，各部尚為互相獨立的子結構，重體結構中的預應力建立及受力狀態與設計要求有一定出入；增加了中心區域的拉索張力，增加了懸臂的不利變形，增加了鋼構件的應力。

（2）在網殼的形成過程中，拉索的張力可以描述如下：當整個網殼完全封閉并形成整體時，索的張力再次進行。該方案的優點是：在整個結構中，索力完全形成整個結構后，保證了整個結構的有效預應力設置，而且符合設計要求，便于施工控制；另一方面，由于上殼的形成，因此可以減少拉索張拉難度。不足之處在于：在屋頂網殼結構形成后，有必要設置張拉操作平臺，有必要進行高空作業；雖然網殼結構的施工過程中可以嵌入拉索和撐桿，但拉索的張力需要等待整個屋蓋的合攏，因此會延長施工工期。

（3）綜合比較這兩種方案，方案二在殼體內形成索力后，可以減小拉索張力對結構的不利影響，從而使結構的整體受力結構，滿足設計要求。因此，拉索張拉時間確定如下：屋蓋網殼完全封閉，形成全后張拉。

結論

弦支穹頂結構最早在日本提出，從工程應用的角度，以及相關的技術，在中國對弦支穹頂結構施工技術代表了世界水平本文從各種鋼板拉索結構的施工方式出發，本文綜述了國內外常見的弦支穹頂實際施工的基本方案。本文總結了弦支穹頂現有常見的工程實際基本情況，希望可以從中讓同行業者們能夠得到一些啟示，以此來共同探究這一課題。

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TU75

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1007-6344（2017）08-0253-01