一种斜向拉索吊挂球体结构的牵引提升安装方法

技术领域

本发明涉及钢结构建筑技术领域，具体为一种斜向拉索吊挂球体结构的牵引提升安装方法。

背景技术

随着建筑市场的蓬勃发展，结构工程师的理性与艺术家的浪漫完满结合，空中拉索吊挂球体结构逐渐走入人们的视野，它们用独特的方式定义空间的感受，以适应日益丰富的功能性需求。

吊挂球体结构主要由竖向环梁、水平环梁、斜杆及楼层钢梁组成，采用拉索吊挂于主体结构上，其脱离传统受力模式的异形建筑的应用，也给施工带来全新的挑战，成型态位形和索力控制难度非常大。

常规采用搭设临时支撑胎架原位拼装的施工方法，存在临时支撑胎架搭设高度高，施工措施量大，且高空作业风险性高，球体结构施工精度差，结构成型态索力难以保证等问题。

故亟需一种经济合理、安全高效的吊挂球体结构施工方法，以解决上述难题。

发明内容

本发明为解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种斜向拉索吊挂球体结构的牵引提升安装方法，能够有效实现空中吊挂球体结构完成态位形和索力，并大大节约施工措施，减少高空作业风险，缩短施工工期。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种斜向拉索吊挂球体结构的牵引提升安装方法，首先球体结构在地面采用地面拼装工装进行拼装，牵引工装设置在斜向拉索上锚点两侧；根据找形找力迭代分析，确定球体的设计态及初始态的位形和索力；然后基于牵引提升全过程仿真分析，对主结构上锚点坐标反向预调，并结合三维扫描技术实测上下端口坐标，精准确定零应力索长；最后通过异速同步斜向牵引若干根定长索使球体提升安装至初始态位形，待附加恒载施加后，球体结构下挠至设计态位形。

进一步，所述地面拼装工装围绕球体布置，包括底部竖向支撑、赤道环梁支撑和多道水平连杆组成的两个环形箍，分别承受球体拼装过程竖向力和球体成型前的水平倾覆力。

进一步，所述牵引工装包括两侧的牵引工装耳板，所述牵引工装耳板上设置有提高耳板承载力的十字插板和三块侧向支撑的水平加劲板，牵引工装耳板角度垂直于地面，所述牵引工装耳板之间设置有连接提升装置的拉索耳板。

进一步，所述牵引工装耳板与所述拉索耳板销轴孔同水平轴线处开圆孔，便于销轴从侧面安装；在圆孔下方开设有牵引孔，圆孔与牵引孔两孔中心连线角度与施工初始态拉索角度一致。

进一步，所述反向预调是根据施工全过程仿真分析变形，对上锚点进行安装预起拱，确保主体结构和球体结构设计态位形。

进一步，所述零应力索长是根据设计态索力及索长，计算零应力状态下拉索的下料长度。

进一步，所述定长索是在地面拼装阶段对上下端口进行三维扫描测量，结合成型态索力值，在地面状态进行索长的调整，精准确定零应力索长。

进一步，所述异速同步斜向牵引，针对不同角度的拉索，通过重新开发液压同步性控制系统，根据拉索角度调整各牵引点牵引速率，实现不同角度的拉索异速度、等比例、同步性斜向牵引。

上述斜向拉索吊挂球体结构的牵引提升安装方法，具体包括以下步骤：

步骤一：进行牵引提升全过程仿真分析，确定拼装姿态、试提升姿态、施工就位姿态与设计成型姿态，并计算牵引提升过程不同姿态的位形和索力变化；

步骤二：根据结构特点及施工过程拉索角度变化，设计地面拼装支撑、主结构吊挂节点、拉索锚固工装，并进行有限元计算；

步骤三：对牵引提升不同姿态进行三维放样和碰撞检查，并调整局部影响牵引提升施工的次结构施工工序；

步骤四：根据球体结构特点进行弯扭构件深化设计和加工制作；

步骤五：根据设计成型姿态索力及索长，拉索弹性模量及拉索截面面积计算零应力状态下拉索的下料长度；

步骤六：在投影正下方楼面进行球体拼装，并对球体内部楼层钢梁和主结构吊挂节点相连钢梁进行预起拱；

步骤七：复测球体拼装位形和主结构吊挂节点偏差，在地面状态进行索长的精准调整；

步骤八：安装牵引器、钢绞线、拉索锚固工装及拉索，进行试提升工作，球体达到试提升姿态，并检查牵引提升装置、液压同步性控制系统、位移监测设备以及牵引器反力监测设备；

步骤九：通过监测球体牵引节点相对高差、控制拉索索力及牵引器反力，匀速、同步牵引球体至施工就位姿态，复测位形及索力无误后，安装拉索节点销轴；

步骤十：分级、同步卸载牵引器，期间持续监测球体变形及索力变化，确认无误后拆除牵引器、拉索锚固工装，牵引提升完成；

步骤十一：球体混凝土浇筑，幕墙及装饰装修施工，附加恒载全部施加完成后，达到设计成型姿态，位形及索力与设计状态一致 。

综上所述，本发明相较于现有技术，具有如下有益效果：

（1）降低支撑架搭设高度，节省措施费用，大大减少高空作业量，保证焊接质量和施工作业人员安全；

（2）可同时进行球体结构拼装及主体结构施工，同时进行球体结构牵引提升施工及主体结构装饰装修施工，节约工期；

（3）通过牵引提升全过程仿真分析，计算牵引提升过程位形及索力变化，反算零应力状态下拉索下料长度，定长索牵引；

（4）通过位移监测、索力监测以及提升器反力监测，精确控制牵引提升过程空中姿态及结构成型态位形，保证施工安全及施工质量。

附图说明

图1为本发明实施例吊挂球体结构轴侧图；

图2为本发明实施例球体结构牵引提升过程示意图；

图3为本发明实施例地面拼装支撑轴侧图；

图4为本发明实施例牵引工装侧视图；

图5为本发明实施例斜向牵引过程侧视图；

图6为本发明实施例牵引就位俯视图。

具体实施方式

参照图1至图6对本发明一种斜向拉索吊挂球体结构的牵引提升安装方法的具体实施方式作进一步的说明。

本项目实施例为某市科技馆球幕影院，其结构形式为吊挂球体结构，主要由竖向环梁、水平环梁、斜杆及楼层钢梁组成，采用拉索吊挂于主体结构上。

具体实施包括以下步骤：

步骤一：进行牵引提升全过程仿真分析，确定拼装姿态1、试提升姿态2、施工就位姿态3与设计成型姿态4，并计算牵引提升过程不同姿态的位形和索力变化；

步骤二：根据结构特点及施工过程拉索6角度变化，设计地面拼装支撑5、主体结构拉索上锚点8、拉索锚固工装11，并进行有限元计算；

步骤三：对牵引提升不同姿态进行三维放样和碰撞检查，并调整局部影响牵引提升施工的次结构施工工序；

步骤四：根据球体结构10特点进行弯扭构件深化设计和加工制作；

步骤五：根据设计成型姿态索力及索长，拉索弹性模量及拉索截面面积计算零应力状态下拉索6的下料长度；

步骤六：在投影正下方楼面进行球体拼装，并对球体内部楼层钢梁和主体结构拉索上锚点8相连钢梁进行预起拱；

步骤七：复测球体拼装位形和主体结构拉索上锚点8偏差，在地面状态进行索长的精准调整；

步骤八：安装提升装置的牵引器12、钢绞线7、拉索锚固工装11及拉索6，进行试提升工作，球体达到试提升姿态2，并检查牵引提升装置、液压同步性控制系统、位移监测设备以及牵引器反力监测设备；

步骤九：通过监测球体牵引节点相对高差、控制拉索6索力及牵引器12反力，匀速、同步牵引球体至施工就位姿态，复测位形及索力无误后，安装拉索节点销轴13；

步骤十：分级、同步卸载牵引器12，期间持续监测球体变形及索力变化，确认无误后拆除牵引器12、拉索锚固工装11，牵引提升完成；

步骤十一：球体混凝土浇筑，幕墙及装饰装修施工，附加恒载全部施加完成后，达到设计成型姿态4，位形及索力与设计状态一致。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。