一种弦支穹顶网格结构施工方法与流程

本发明涉及弦支穹顶网格结构施工的技术领域，尤其涉及一种弦支穹顶网格结构施工方法。

背景技术：

弦支穹顶结构是将张拉整体、索穹顶等柔性结构的概念和单层网壳相结合形成的一种新型空间结构体系，具有结构新颖，稳定高的优点，其中以我国北京鸟巢体育馆最为标志性弦支穹顶结构建筑；大多数体育馆、体育中心采用弦支穹顶结构建造，但是对于长轴跨度大时，结构张拉成型困难，结构挠度达不到设计要求。

在传统弦支穹顶结构施工过程中，张拉施工监测难度大，张拉后竖杆处于垂直状态控制难度大，撑杆下节点预应力损失补偿控制技术难度高，在高空施工作业时，高空作业质量和高空作业安全难以得到保障。

技术实现要素：

针对传统弦支穹顶结构张拉成型困难，高空作业质量和高空作业安全难以得到保障的技术问题，本发明提出一种弦支穹顶网格结构施工方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种弦支穹顶网格结构施工方法，步骤如下：

s1，预埋柱脚锚栓：首先对支架及定位板设置，设置基准点，随后进行预埋螺栓施工，最后对支架进行复测及调整；

s2，钢柱吊装：吊装准备，对钢柱进行安全试吊，试吊完成后，钢柱就位及矫正，最后对吊装后的钢柱进行复测；

s3，钢柱支撑设置：安装第一根钢柱时，在钢柱对接耳板位置设置四根缆风绳，缆风绳与地面形成45°~60°夹角，缆风绳末端采用花篮螺栓连接，缆风绳通过后置埋件与地面固定连接；安装第二根钢柱后，缆风绳由四根变为三根，并在两钢柱间增加系杆支撑，安装第三根、第四根钢柱后，再取消一根缆风绳；此时仅保留两侧缆风绳；

s4，支撑格构柱设置：每个格构支撑架的四个脚与预埋螺栓连接保证其稳定性，吊装好的格构柱支撑架在形成稳定体系前，在不低于2/3处用四道揽风绳固定，由于每个构件的空间位置都不一样，所以格构柱标准节吊装后上方用千斤顶调节支撑高度，千斤顶上方的固定构件放置架用于放置构件；

s5，满堂脚手架操作平台搭设：在作业脚手架的纵向外侧立面上应设置竖向剪刀撑，每道剪刀撑的宽度应为4跨～6跨，且每道剪刀撑的宽度为6~9m，剪刀撑斜杆与水平面的倾角应在45°～60°之间；在满堂脚手架架体两端、转角及中间每隔不超过15m处设置一道剪刀撑，同时由底至顶每隔5～7跨设置连续设置一道剪力撑；相临竖向斜撑杆应朝向对称呈八字形设置，作业脚手架底部立杆上应设置纵向和横向扫地杆；满堂脚手架作业层上满铺油松木脚手板，油松木脚手板与水平杆固定连接，满堂脚手架作业层外侧设置栏杆和挡脚板；

s6，屋盖及屋面构件安装：首先对屋盖材料验收，做好吊装前的准备工作，随后进行试吊，试吊完成后，管构件进行就位吊装；

s7，空中分段处管构件对接：在工厂加工时，在拼接节点处开设工艺坡口并焊接四耳板，作为对接时连接耳板，管构件在现场对接后将耳板割除磨平；桁架上下弦杆钢管与钢管之间的对接，在钢管内部设置内衬管，钢管段就位后，将主管之间进行固定；

s8，拉索安装和预应力张拉：

1）拼装单榀张弦梁；

2）吊装前两榀张弦梁，并用次梁连接固定；

3）依照上述1）和2）顺序安装完所有张弦梁主梁、主索、次梁；

4）利用吊篮安装两根稳定索，至此所有安装工作完成，进入张拉阶段；

5）第一级张拉，依次张拉每榀张弦梁主拉索，到控制张拉力的10%；

6）第二级张拉，依次张拉每榀张弦梁主拉索，到控制张拉力的30%；

7）第三级张拉，依次张拉每榀张弦梁主拉索，到控制张拉力的50%；

8）第四级张拉，依次张拉每榀张弦梁主拉索，到控制张拉力的60%；

9）第五级张拉，依次张拉每榀张弦梁主拉索，到控制张拉力的80%；

10）第六级张拉，依次张拉每榀张弦梁主拉索，到控制张拉力的100%；

11）检查并微调拉索索力到预定值，结构施工完成；

s9，防腐涂装：对钢材表面处理，进行除锈，随后进行涂装；

s10，防火涂装：搭设施工满堂支撑体系及操作平台，随后进行基层处理，达到喷涂第一遍条件，调制防火涂料，分层喷涂，达到设计要求厚度，处理边角及结合部位，检测喷涂厚度。

本发明的有益效果：本发明通过增加格构柱支撑，对结构分片吊装，大大提高施工安全性，确保结构挠度达到设计要求，搭设满堂支撑体系，搭建操作平台，增加施工可操作性和安全性，达到高空质量的有效控制，并且便于专业人员和专业设备的安装，便于后续的张拉工序，根据弦支结构特点分两级张拉，大大减少了传统繁琐的施工工序，保证施工安全，增加施工可操作性和安全性，达到高空质量的有效控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的屋盖平面安装示意图。

图2（a）为柱脚锚栓结构示意图。

图2（b）为图2（a）中排气孔示意图。

图3（a）为定位板和支架连接示意图。

图3（b）为定位板示意图。

图3（c）为定位板安装示意图。

图4为永久观测点平面示意图。

图5（a）为直段钢柱示意图。

图5（b）为斜段钢柱示意图。

图6为全站仪测量垂直度示意图。

图7为缆风绳和系杆布置示意图。

图8为格构支撑架与预埋螺栓连接示意图。

图9为格构支撑架与缆风绳连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种弦支穹顶网格结构施工方法，步骤如下：

s1，预埋柱脚锚栓：首先对支架及定位板设置，设置基准点，随后进行预埋螺栓施工，最后对支架进行复测及调整；如图2（a）和图2（b）所示，基础垫层混凝土终凝后，在基坑底部进行测量定位，测设出定位支撑架底板的位置，埋设16mm厚100*100的钢板，用膨胀螺栓固定，随后在埋板上进行定位支撑架及锚栓的安装，使各柱脚锚栓顶部至同一水平面内，达到设计要求位置。

如图3（a）、图3（b）和图3（c）所示，定位板采用大小同柱底板，厚度为-12mm；支架采用角钢l63*5立柱，通过三层定位板把锚栓固定在支架上，定位板间距400，立柱-16mm底板采用1m12膨胀螺栓，在体育场外围设置4个永久基准点，分别位于椭球形四个轴线上；基准点采用独立基础上放置1.2m高型钢柱，并在1m高位置标记参考点。

如图4所示，在施工区域中心位置设置一个永久基准点，该基准点需要在室内基础完工后设置，用于二节钢柱和屋盖的测量基准；支架直接落座于垫层上，用膨胀螺栓固定，中间设拉筋，与承台钢筋固定，确保支架的侧向稳定和位移，利用全站仪通过基准点对各个点位的锚栓进行测量施工，确保锚栓位置偏差在2mm范围内，并记录每个点位偏差值，做好资料留存。

浇筑完毕后混凝土初凝前对锚栓位置进行复测，与浇筑前数据进行比对，对偏差为3~10mm的锚栓进行调整；如遇到偏差值超过10mm以上而无法调整的，及时上报技术负责人，制定有效方案后方可进行下步工序。

s2，钢柱吊装：吊装准备，对钢柱进行安全试吊，试吊完成后，钢柱就位及矫正，最后对吊装后的钢柱进行复测；把钢柱分为a、b两个区域，先施工a区域，后施工b区域，a区域分为两个施工段a1和a2；采用两个班组同时进行对称施工。a区施工完毕后进行b区域施工。钢柱安装逐排进行，先安装内侧直段钢柱，再安装同排的外侧斜钢柱。首先检查吊车行驶路线，备好支腿枕木或者钢板，吊装区域设置警戒线，确保人员安全，检查吊具及钢丝绳是否有磨损或者断裂痕迹，尺寸抽查合格后，按编号把构件转运至吊装位置，预先把爬梯、生命绳、牵引绳、缆风绳固定在钢柱上，并确保牢靠，钢柱在出厂前，做好标高标记：如图5（a）和图5（b）所示，对于直段钢柱，柱顶标高下200mm做红色标高符号；对于斜段钢柱，在柱顶下7m、15m做红色标高符号。

正式吊装前，首先进行安全试吊。吊车停放在吊车作业区靠近作业承台位置，吊装钢丝绳与钢柱吊耳锁定，经安全检查合格后开始起吊，柱顶吊起一端高度为100～200mm时停吊，检查索具牢固和吊车的稳定性，同时派专人连续观察支腿下方基础的安全稳定情况，确定安全后方可继续缓慢起吊，空中运行阶段吊车指挥员应密切注意构件的起吊状态，指挥口令协调一致；钢柱底板落入锚栓位置后，如图6所示，通过全站仪对预先做好标高线的钢柱进行标高定位，通过测量选定的柱底和柱顶坐标进行比较，确定垂直度。或者设置两个经纬仪对钢柱进行两个方向的垂直度矫正。通过底部调节螺母对钢柱进行微调，并通过缆风绳对钢柱垂直度进行微调，最终达到规范要求的误差范围，并做好记录。混凝土浇筑后初凝前，要立即对钢柱进行位置进行复测，对偏差大的钢柱通过1t倒链进行拉结进行调整，使之满足精度要求。调整时应在测量人员的监测下，缓慢进行，防止过度用力致使混凝土开裂。

s3，钢柱支撑设置：如图7所示，安装第一根钢柱时，在钢柱对接耳板位置设置四根缆风绳，缆风绳与地面形成45°~60°夹角，缆风绳末端采用花篮螺栓连接，缆风绳通过后置埋件与地面固定连接；安装第二根钢柱后，缆风绳由四根变为三根，并在两钢柱间增加系杆支撑，安装第三根、第四根钢柱后，再取消一根缆风绳；此时仅保留两侧缆风绳；

s4，支撑格构柱设置：如图8所示，每个格构支撑架的四个脚与预埋螺栓连接保证其稳定性；如图9所示，吊装好的格构柱支撑架在形成稳定体系前，在不低于2/3处用四道揽风绳固定；由于每个构件的空间位置都不一样，所以格构柱标准节吊装后上方用千斤顶调节支撑高度，千斤顶上方的固定构件放置架用于放置构件；

s5，满堂脚手架操作平台搭设：在作业脚手架的纵向外侧立面上应设置竖向剪刀撑，每道剪刀撑的宽度应为4跨～6跨，且每道剪刀撑的宽度为6~9m，剪刀撑斜杆与水平面的倾角应在45°～60°之间；在满堂脚手架架体两端、转角及中间每隔不超过15m处设置一道剪刀撑，同时由底至顶每隔5～7跨设置连续设置一道剪力撑；相临竖向斜撑杆应朝向对称呈八字形设置，作业脚手架底部立杆上应设置纵向和横向扫地杆；满堂脚手架作业层上满铺油松木脚手板，油松木脚手板与水平杆固定连接，满堂脚手架作业层外侧设置栏杆和挡脚板；通过bim建模技术，bim建模技术是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图形等特点，计算各个受力点，利用满堂支撑体系平台的易操作性选用专用设备专业技术人员进行张拉，为专业技术人员提供更好的工作环境。

s6，屋盖及屋面构件安装：首先对屋盖材料验收，做好吊装前的准备工作，随后进行试吊，试吊完成后，管构件进行就位吊装；

检查吊车行驶路线，备好支腿枕木或者钢板，吊装区域设置警戒线，确保人员安全，检查吊具及钢丝绳是否有磨损或者断裂痕迹，尺寸抽查合格后，按编号把构件转运至吊装位置，预先把爬梯、生命绳、牵引绳、缆风绳固定在钢柱上，并确保牢靠，管构件在出厂前，做好标记：在分段点左右200mm做红色符号；利用bim建模技术，加强空间定位测量，便于施工人员编制专项测量方案，同时，分析每个施工阶段的受力情况，确保施工安全

正式吊装前，首先进行安全试吊。吊车停放在吊车作业区靠近作业承台位置，吊装钢丝绳与吊耳锁定，经安全检查合格后开始起吊，吊起一端高度为100～200mm时停吊，检查索具牢固和吊车的稳定性，确定安全后方可继续缓慢起吊，空中运行阶段吊车指挥员应密切注意构件的起吊状态，指挥口令协调一致；

吊装前，提前用gps或全站仪空间放点，每个构件至少放置两个位置点，即每端一个。端管构件吊到指定位置后，通过测量已放位置和空间坐标点坐标进行比较，通过底部千斤顶微调位置，并通过缆风绳对进行微调，最终达到规范要求的误差范围，并做好记录。

s7，空中分段处管构件对接：在工厂加工时，在拼接节点处开设工艺坡口并焊接四耳板，作为对接时连接耳板，管构件在现场对接后将耳板割除磨平；桁架上下弦杆钢管与钢管之间的对接，在钢管内部设置内衬管，钢管段就位后，将主管之间进行固定；

s8，拉索安装：张拉设备采用相应的千斤顶和配套油泵，使张拉设备形心与钢索重合，以保证预应力钢索在进行张拉时不产生偏心。根据设计和预应力工艺要求的实际张拉力对千斤顶、油泵进行标定。实际使用时，由此标定曲线上找到控制张拉力值相对应的值，并将其打在相应的泵顶标牌上，以方便操作和查验，根据设计要求的预应力钢索张拉控制应力取值，预应力钢索张拉采用双控，油泵启动供油正常后，开始加压，当压力达到钢索设计拉力时，超张拉5％左右，然后停止加压，完成预应力钢索张拉。张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min，即预应力钢索的拉力、变形值及钢结构变形。预应力钢索张拉完成后，应立即测量校对。如发现异常，应暂停张拉，待查明原因，并采取措施后，再继续张拉。

拉前可把预应力钢索自由部分长度作为原始长度，当张拉完成后，再次测量原自由部分长度，两者之差即为实际伸长值；

除了张拉长度记录，还应该对压力传感器测得压力和全站仪测得钢结构变形记录下来，以对结构施工期行为进行监测。张拉力按标定的数值进行，用伸长值和压力传感器数值进行校核；认真检查张拉设备及与张拉设备相接的钢索，以保证张拉安全、有效；张拉严格按照操作规程进行，控制给油速度，给油时间不应低于0.5min；张拉设备形心应与预应力钢索在同一轴线上；实测伸长值与计算伸长值相差超过允许误差时，应停止张拉，报告工程师进行处理。预应力钢弦安装步骤：

1）拼装单榀张弦梁；

2）吊装前两榀张弦梁，并用次梁连接固定；

3）依照上述1）和2）顺序安装完所有张弦梁主梁、主索、次梁；

4）利用吊篮安装两根稳定索，至此所有安装工作完成，进入张拉阶段；

5）第一级张拉，依次张拉每榀张弦梁主拉索，到控制张拉力的10%；

6）第二级张拉，依次张拉每榀张弦梁主拉索，到控制张拉力的30%；

7）第三级张拉，依次张拉每榀张弦梁主拉索，到控制张拉力的50%；

8）第四级张拉，依次张拉每榀张弦梁主拉索，到控制张拉力的60%；

9）第五级张拉，依次张拉每榀张弦梁主拉索，到控制张拉力的80%；

10）第六级张拉，依次张拉每榀张弦梁主拉索，到控制张拉力的100%；

11）检查并微调拉索索力到预定值，结构施工完成；

s9，防腐涂装：对钢材表面处理，进行除锈，随后进行涂装；除锈前钢材表面的毛刺、焊缝药皮、焊接飞溅物、油污、尘土、酸、碱、盐等污染物清理干净，钢材喷砂、抛丸除锈所使用的磨料必须符合质量标准和工艺要求。对允许重复使用的磨料必须根据规定质量标准进行检验，合格后才能重复使用，经处理的钢结构基层，应及时涂刷底漆，间隔时间不应超过5小时。

一道漆涂装完毕后，在进行下道漆涂装之前，一定要确认是否已达到规定的涂装间隔时间，否则就不能进行涂装。如果在过了最长涂装间隔时间以后再进行涂装，则应该用细砂纸将前道漆打毛后，并清除尘土、杂质以后再进行涂装；在每一遍通涂之前，必须对焊逢、边角和不宜喷涂的小部件进行预涂。

s10，防火涂装：搭设施工满堂支撑体系及操作平台，随后进行基层处理，达到喷涂第一遍条件，调制防火涂料，分层喷涂，达到设计要求厚度，处理边角及结合部位，检测喷涂厚度，检验合格后进行成品保护和工序交接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。