具体实施方式

如图1所示，本发明超长悬臂索承网格结构的施工方法，其中索承网格结构设置在竖向支撑主体上，竖向支撑主体为采用矩管V形桁架柱、大拱桁架、桁架环梁围合而成的环形桁架结构；索承网格结构为建筑的屋盖体系，包括上弦单层的网格屋盖1，下弦的索系结构2，以及中部连接网格屋盖1与索系结构2的竖向撑杆24和V形撑杆3。

如图2所示，网格屋盖1为单层的平面网格状结构，包括外环梁11、内环梁12和径向梁13，径向梁13为等截面的箱型梁，一端与外环梁11铰接，另一端向环内延伸并与内环梁12固定连接形成环状悬臂，径向梁13上间隔排布有加固环梁14，与径向梁13排布形成网格状结构；外环梁11和内环梁12均为等截面的箱型梁。

索系结构2包括环向索21和径向索22，环向索21为由6根拉索组成的索束，拉索之间通过索夹23绑扎固定，径向索22一端与外环梁11铰接，另一端与环向索21上的索夹23铰接；竖向撑杆24顶端与网格屋盖1连接，底端与径向索22连接固定。V形撑杆3为两根斜撑杆对称排布组成的V形支撑结构，沿建筑环向并列排布，V形撑杆3底端与环向索21上的索夹23连接固定，顶端朝向建筑内侧倾斜延伸并与网格屋盖1连接固定，V形撑杆3所在平面与竖直面的夹角为25~ 30°，V形撑杆3顶端与内环梁12之间的水平距离不大于2m。

现以某市体育场的施工项目为例，对超长悬臂的索承网格结构及施工方法进行说明。该体育场的屋盖平面近似圆形，南北向约为260m，东西向约为230m，看台罩棚东向悬挑长度为36m，西向悬挑长度为47m，南北向悬挑长度为30m，屋盖最高处47 m；看台罩棚采用大开口车辐式索承网格结构，径向索22共38榀，直径D140的径向索22共计20榀，直径D122的径向索22共计18榀；环向索21只有一圈，采用6×D125；径向拉索采用高钒镀层索，环索采用优质密封索。

本发明超长悬臂索承网格结构的施工方法，具体包括以下步骤：

步骤一、设计准备：

采用有限元分析软件，例如ANSYSY或Midas，建立结构整体计算模型，进行各施工阶段仿真分析，给出结构在各施工阶段的位形和应力，将整个施工过程划分为10个阶段，按照施工顺序对每一个施工工序进行仿真计算，得到各状态的拉索索力、结构位移、钢结构应力、胎架支撑力。

施工仿真具体分为以下几个阶段：

1.1、网格结构(除了悬挑网格结构下部斜撑杆)拼装完成；

1.2、上部斜拉结构安装完毕；

1.3、张拉上部斜拉索43；

1.4、内部拆除部分支撑胎架，拉索提升就位；

1.5、拉索张拉第一级30%；

1.6、拉索张拉第二级50%；

1.7、拉索张拉第三级70%；

1.8、拉索张拉第四级100%；

1.9、安装斜向V型撑；

1.10、拆除支撑胎架，拆除上部斜拉结构。

步骤二、确定环向索21的铺放位置，搭设索夹23的安装操作平台；

看台施工完成后，在看台上搭设环向索21的索夹23的安装操作平台，平台位于环向索21正下方投影位置，为钢结构支撑平台。

在本实施例中，采用工字钢搭设3米×3米的平台，环向索21索夹23共计38个，共需要搭设38个索夹23支撑平台。

步骤三、搭设径向索22的安装操作平台；

在钢结构的外围结构安装完成后，搭设径向索22索头51安装以及张拉的操作平台，操作平台位于外围钢结构径向索22节点处，包括吊设在径向索22节点两侧的外环梁11上的支撑挂架和铺设在两支撑挂架之间的平台板。

在本实施例中，平台大小为2.4 m×1.8 m×0.9m，要求：四周有1.2m高护杆，高度距离索头51节点下500mm，能承受2t的竖向力，满铺架子板。

步骤四、铺装环向索21；

具体包括以下步骤：

4.1、将环向索21的下层3根拉索铺放在看台上；过程中注意将各拉索索体上的标记点与相应的轴线一一对应，也就是将索体上的标记点与索夹23安装操作平台上定位放线的环向索21的放置位置对齐；

本实施例工程中使用的环向索21每延米重约90kg，长度最长约150m，单根索重约14t，本工程采用吊车和放索盘进行放索；

4.2、安装索夹23，将下层的3根拉索与索夹23连接固定；安装的过程中，将索夹23的中心线与拉索索体上的标记点一一对应，同时保证高强螺栓的预紧力；

4.3、相邻索段之间通过连接头连接为一整根拉索；

4.4、将环向索21的上层3根拉索铺放在看台上，按照上述步骤，依此与索夹23连接固定，完成环向索21的组装和索夹23的固定；同样安装的过程中，将索夹23的中心线与拉索索体上的标记点一一对应，同时保证高强螺栓的预紧力。

预应力拉索及配件运输及吊装、运输过程中尽量避免碰撞挤压。

拉索及配件在铺放使用前，应妥善保存放在干燥平整的地方，下边要有垫木，上面采取防雨措施，以避免材料锈蚀；切忌砸压和接触电气焊作业，避免损伤。

本项目拉索防护采用的镀锌防护。径向索22提升在施工过程中，由于径向索22相互交错，相互之间会产生摩擦，为了避免对镀层造成损伤，在钢索出厂时，在拉索外面缠绕一层薄毛毡及塑料带保护层。到达现场后，在径向放索及提升过程中不拆除毛毡及塑料带保护层，并沿着拉索毛毡及塑料带保护层缠绕一层铁丝，以防止保护层脱落，保护层在整体提升完成后，上径向索22夹安装之前再拆除。

步骤五、铺装径向索22；

待环向索21组装完成后，铺放径向索22，将径向索22一端与索夹23连接，另一端连接提升工装，完成整个索系结构2的地面连接，避免在高空中再次分段连接，减少了安全隐患，操作简单安全，施工效率高。

步骤六、设置网格屋盖1的支撑胎架；

步骤七、安装网格屋盖1；

内环梁12、径向梁13以及加固环梁14在地面进行组装和连接，然后分段吊升至安装位置，支设在临时的支撑胎架上，将径向梁13端部与外环梁11销接固定，并依此连接相邻区段的网格屋盖1；

径向梁13在地面拼接，单榀整体吊装，竖向撑杆24在地面上安装在径向梁13上，随径向梁13一起吊装就位；在径向梁13端部及间次结构中部设置临时支撑胎架，按照由外向内的顺序吊装相邻径向主梁间的间次结构，间次结构支设在临时的支撑胎架上，将径向梁13端部与外环梁11销接固定，依次连接相邻间次结构，形成加固环梁14和内环梁12，间次结构采用自然段吊装并在支撑胎架上拼装完成。

屋盖上弦单层网格作为悬臂结构与外环梁11为铰接连接，这样径向悬臂构件在环梁处弯矩为零，上弦径向梁13做成等截面的箱形梁，可有效节约用钢量；同时上弦单层网格的重量完全由下弦索系承担，在下弦索系没有施加预应力前上弦单层网格类似于瞬变体系，变形较大，上弦单层网格施工时主要通过临时支撑胎架支撑。

步骤八、在安装网格屋盖1的同时，安装临时斜拉结构；

在网格屋盖1拼装5榀后，开始安装和张拉临时斜拉结构，临时斜拉结构设置在网格屋盖1上方，与V形撑杆3一一对应设置。

临时斜拉结构包括支撑立杆41，位于悬臂一侧的斜拉杆42，以及位于远离悬臂一侧的斜拉索43；支撑立杆41底端与网格屋盖1上表面固定连接，并与网格屋盖1一起提升安装，支撑立杆41的中轴线与环向索21位于同一竖直面内，斜拉杆42成对设置，呈V形对称排布，顶端与支撑立杆41顶部连接固定，底端与网格屋盖1的悬臂端连接固定，两个斜拉杆42与V形撑杆3的设计安装位置上下相对；斜拉索43顶端与支撑立杆41顶部铰接，底端与固定在外环梁11上的张拉工装连接，如图3所示。

具体的设置过程包括以下步骤：

8.1、在地面拼接网格屋盖1时，将支撑立杆41固定在网格屋盖1上方，随网格屋盖1的吊装而就位；

8.2、安装前端斜拉杆42；

8.3、安装后端斜拉索43；

因张拉每榀斜拉结构时，对其它各榀的影响很小，故可以在每榀斜拉结构安装完成后，进行单独张拉。

张拉临时斜拉结构的作用是：避免悬挑段的下挠，张拉完下部索系后，可以不用二次顶升屋盖悬挑段，方便进行V形撑杆3的安装。

步骤九、分区段拆除外圈的支撑胎架；

外圈的支撑胎架只在构件拼装时起支撑、定位作用，在网格结构拼装完成后就完成了任务，都是可以拆除，这部分胎架正好位于径向索22的轴线位置上，会影响径向索22的安装，故可以按顺时针或逆时针依次拆除。

步骤十、整体吊装索系结构2；

安装提升工装，将在地面组装完成的环向索21、径向索22和索夹23，整体提升到位并安装固定；具体的施工过程包括以下步骤：

10.1、安装提升工装，提升工装具体可使用申请号为2014103404577，名为“一种柔性构件提升装置的提升方法”中公开的提升装置；并可按照专利中记载的提升方法对索系结构2进行整体同步提升；

10.2、将索系结构2整体同步提升至相应标高位置；

10.3、将环向索21和径向索22分别通过索夹23与竖向撑杆24连接；

10.4、安装张拉工装；

如图4所示，径向索22的索头51与外环梁11上的连接耳板61销接，索头51的调节螺杆52上设置有张拉工装，连接耳板61两侧的外环梁11上对称设置有张拉耳板62。张拉工装包括承力支架7、千斤顶和钢棒8，承力支架7中部开设有通孔，调节螺杆52穿设在通孔内，钢棒8对称设置在调节螺杆52两侧的承力支架7上，一端穿过承力支架7与外环梁11两侧的张拉耳板62转动连接，另一端穿设有千斤顶。

安装张拉工装时，张拉工装的形心要与径向索22的轴心重合，以确保预应力钢索在张拉时不会产生偏心。

根据需要施加的最大张拉力不同，可选择不同规格的千斤顶和钢棒8配合使用，例如本实施例项目中，用来张拉直径D122的径向索22时，选用2台100t的千斤顶，配合使用直径80mm的钢棒8，张拉工装的承载力可达3000KN，最大张拉力为1600KN；而用来张拉直径D140的径向索22时，则选用2台250t的千斤顶，配合使用直径100mm的钢棒8，张拉工装的承载力可达5000KN，最大张拉力为3000KN。

步骤十一、整体分级张拉径向索22，网格屋盖1与外圈的支撑胎架自动脱离；

张拉过程中，油泵启动供油正常后，开始加压，张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。

在预应力钢索张拉过程中，环向索21的标高位置会随之变化，而且网格屋盖1会随之变形，而且结构变形跟张拉力是相辅相成的。因此，结合施工仿真分析计算结果，在张拉过程中，采用全站仪对施工过程中网格屋盖1的竖向变形进行监测。在张拉前测量一个初始值，然后每级张拉完成后测量一次。

每一级张拉完成后，待索力变形稳定后，要将监测数据与理论计算值进行对比，如果结果在允许范围内，才可进行下一级的张拉；如果监测数据与理论值的偏差超过设计允许范围，则要暂时停止张拉，查找原因并报请设计院复核，待原因找到并制定好下面的调整和控制措施后，才可继续进行张拉。

具体的张拉过程包括以下步骤：

11.1、同时整体张拉径向索22，张拉到设计值的30%；

11.2、同时整体张拉径向索22，张拉到设计值的50%；

根据施工仿真计算结果，在张拉第三级70%时，屋盖与支撑胎架就大部分脱离，在张拉70%之前，将支撑胎架与屋盖之间的焊缝打开；

11.3、同时整体张拉径向索22，张拉到设计值的70%；

11.4、同时整体张拉径向索22，张拉到设计值的100%，然后拆除所有张拉工装，

总的张拉原则为保持张拉过程中结构索力和变形能均衡、有序的增加和变化，尤其是网格结构与支撑胎架脱离的过程要在张拉分级时控制好。

步骤十二、安装V形撑杆3；

将斜撑杆吊升到位，两端分别与环向索21上的索夹23和网格屋盖1的悬臂端固定连接；

步骤十三、拆除临时斜拉结构，并卸载支撑胎架，完成索承网格结构的施工。

V形撑杆3安装到位后，可根据施工设计需要，安装屋面水平稳定索，然后再拆除临时斜拉结构，并卸载支撑胎架，进行后续收尾，完成索承网格结构的施工。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。