张弦桁架屋盖施工技术研究

1 工程概况

某屋盖设计为张弦桁架结构。张弦桁架跨度41m，每榀桁架间距8.0m，张弦桁架中部撑杆最高为1.4m，屋盖共设桁架11榀；张弦桁架之间设置稳定横梁与张弦桁架刚接，其间距4.0m。屋面张弦桁架由φ102mm×5mm、φ114mm×5mm、φ140mm×5mm、φ245mm×10mm、φ273mm×10mm和φ273mm×14mm的无缝圆管组成。拉索规格为φ7mm×85mm，钢丝强度≮1 670MPa，拉锁采用S N S/S-1277。

2 工程施工难点

1）屋盖张弦桁架由无缝圆管组成，无缝钢管壁厚5 mm。桁架跨度41m，每榀张弦桁架质量约11 t。跨度大、管壁薄、刚度小，防止桁架在吊装过程中扭转破坏难度大。

2）张弦桁架从结构的组拼、安装到预应力张拉完成，随着工况的变化，其内应力变化较大，保证施工过程中结构安全，是屋架体系安装施工控制的难点。

3）桁架制作精度要求高。钢索的下料长度必须根据节点及钢索的工作载荷进行精确计算，并在制作过程中严格控制，钢结构的安装精度也必须在施工过程中进行监控，只有制作和安装的精度满足要求，张拉完成后的工程质量才能达到设计要求的预应力状态。

4）现场场地有限，屋面桁架跨度大，无法采用整体吊装的施工方法。

3 主要施工方法

3.1 钢桁架安装

针对工程施工难点考虑工期、人工和大型机械设备等因素，采用每榀桁架地面拼装、整体吊装、空中滑移的施工方法进行钢屋盖施工。

在1～2轴和13～14轴间，从3层楼板上搭设操作平台，为方便工人施工，平台大小为11.7m×39.6m，高9m（结构施工3层以下模板支撑不拆除）。平台下铺设脚手架。张弦桁架组合好一榀后向外滑移，然后连接支撑部分，再进行滑移，依此类推，直到整个屋面安装好。屋盖按照先拼装滑移后张拉原则进行安装，见图1。

图1 屋面施工布置

3.1.1 每榀桁架的组拼

每榀桁架分3段运输到现场，现场在地面用槽钢搭设组装平台进行桁架的拼装，平台两端支架高度为

0.5 m，其他支点根据桁架曲度确定。组装时，一次拼接2榀张弦桁架，见图2。

图2 张弦桁架组装胎架

3.1.2 操作要点

因7轴左右两端工况相似，以7轴右端桁架为研究对象进行分析。吊装前，测量并且标记用作滑移路线的混凝土梁的中心线，滑移时确保滑移轨道平整干净并且滑移支座的中心线与梁中心线一致。

1）先在地面组装平台上组装2榀桁架，拉索施加20%预应力，用2台130 t汽车吊双机抬8个吊点吊装到14轴左边混凝土梁上的滑移支座上。桁架每个端点各有个滑移支座。因桁架管径较小、跨度大并且桁架截面为倒三角，所以桁架放在滑移支架上会因自重产生侧向失稳，因此在汽车吊不飞钩的情况下，用2根φ100mm钢管把张弦桁架与混凝土柱连接做临时稳定。

2）2榀桁架到位后，拆除刚性杆件，桁架两端各用2个10 t手拉葫芦对2榀桁架进行滑移。后方的2个葫芦先同时缓慢地放松，前面2个葫芦再同时慢慢的拉，见图3。

图3 桁架滑移

3）滑移时应做平稳缓慢、同步前进，确保滑移支座紧贴混凝土梁并且滑移路线的混凝土梁的中心线一致。

4）当第1榀桁架滑移到12轴左边时停下，吊装第3榀桁架到14轴左边位置，连接之间的支撑。以此类推，直到右端所有桁架滑移到位。

5）桁架滑移时，整个桁架坐落于滑移支座上，每个端支座下相应有一个滑移支座。滑移支座与端支座间加枕木或橡胶垫防滑。每个滑移支座可以承受10 t质量。

3.2 拉索施工

钢屋盖结构采用张弦结构体系，包括以周边外环支撑体系，以及沿屋面短向布置的张弦结构体系。采用的拉索规格为φ7mm×85mm及φ7mm×127mm。

由于拉索和钢构件都是结构中重要的组成部分，因此拉索和钢构件的施工需要紧密配合。拉索的施工穿插在钢构件的安装过程中，施工过程为安装外圈支撑系统；地面拼装每榀张弦梁；地面预张拉至初张力的20%；吊装拼装好的张弦梁并连接其相邻的连系杆件；按分级的方式对结构施加预应力，张拉分三级；预应力施工完成。待全部钢结构安装完成后，开始张拉钢索，对结构施加预应力。预应力的施加分三级，第一级张拉至控制应力的20%，然后进行第二级张拉至控制应力的70%，第三级施加到100%设计应力，使预应力值及结构的变形符合设计要求的状态。

4 桁架受力分析

由于拉索结构为柔性结构，随着施工工况的不同，钢桁架的内力不同。为保证结构施工过程中的安全，采用计算机模拟技术，应用Ansys有限软件与Mi d as软件，对实际工程施工过程中的每一个施工工况进行施工仿真分析，达到施工中的每一个工况都做到在设计要求的应力及变形控制范围之内并且在最后张拉完成后保证与设计要求的计算模型相吻合。

1）施加20%预应力受力分析见图4。

图4 地面张拉20%张弦桁架应力

地面张拉20%对于张弦桁架的受力是安全的。

2）吊装过程中受力分析。两端轴向最大位移为0.87 mm，竖向最大位移为8.8mm，桁架处于安全范围内。

3）临时稳定受力分析。当第1榀张弦桁架放在滑移支座上，此时最大轴向变形位于端点，为5.43mm；最大竖向变形为22.9mm；无侧向变形。所以桁架就位后，侧向用2根φ100mm钢管临时稳定第一榀桁架完全满足要求。

4）滑移受力分析。当2榀桁架滑移到就位位置，此时最大竖向变形为跨中27.5mm，最大轴向变形为7.1 mm，张弦桁架都处于安全状态。

5 结语

1）大跨度钢结构屋架的高空组装、水平滑移法安装成功应用，使大量的高空作业转变为近视的地面作业，确保了工人操作的安全性和工程质量，节约了高空作业用操作平台的搭设以及汽车吊的租赁费用。张弦桁架滑移方向为从两端向中间滑移，也大大提高了钢桁架的施工速度。

2）在预应力施工过程中，屋盖张弦梁拉索最大张拉力728 kN，随着预应力的施加，钢结构的应力也逐渐增加，但张弦梁在整个施工过程中钢结构的应力比较小，说明本施工方案是安全可行的。

3）在整个张拉过程中，屋盖张弦梁向上起拱最大位移仅为84mm。