向?qū)毘?，秦立方，孫長(zhǎng)軍

柳工集團(tuán)柳州維姆工程有限公司，廣西柳州 545005

1 STRACH結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

STRACH結(jié)構(gòu)是一種新型的整體張拉鋼桁架結(jié)構(gòu)，由連續(xù)拉索和不連續(xù)壓桿通過(guò)特定的組合——張拉——成型，最終形成一個(gè)自平衡、自支撐的穩(wěn)定構(gòu)造物,其專利創(chuàng)始人為澳大利亞的CR.B.Fuller和D.C.Emmerich,A.pugh。

成型的STRACH結(jié)構(gòu)整體上與普通的桁架結(jié)構(gòu)無(wú)異，由上、下弦桿和腹桿構(gòu)成，但其具體組成、成型過(guò)程與普通桁架有著本質(zhì)的區(qū)別：

1）STRACH結(jié)構(gòu)中，桁架的上弦桿是一整根方形鋼管，并向兩側(cè)延伸成為斜柱的組成部分。下弦桿包括兩側(cè)斜柱上的一段方管和中間部位的圓管構(gòu)成，每榀下弦桿內(nèi)布置有張拉索。腹桿均為圓鋼管，腹桿節(jié)點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)。普通桁架結(jié)構(gòu)按照使用狀態(tài)的形狀搭建、拼裝，桿件之間互相鉸接；

圖1 STRACH結(jié)構(gòu)成型前實(shí)景照片

圖2 預(yù)留的伸縮縫

2）STRACH結(jié)構(gòu)的主受力件是由剛性梁、柔性梁、張拉索構(gòu)成的桁架，STRACH結(jié)構(gòu)的構(gòu)造物由若干榀桁架組成。每榀桁架的剛性梁分布在結(jié)構(gòu)的兩端，即斜柱部分，其一側(cè)的下端用銷軸與基礎(chǔ)鉸接，另一側(cè)呈滑動(dòng)鉸狀態(tài)。剛性梁之間的部分為以柔性梁，柔性梁的每一根下弦中部都預(yù)留有伸縮的縫隙，滿足了成型過(guò)程中上弦桿彎曲伸長(zhǎng)，下弦桿需要縮短的要求；

圖3 剛性梁固定鉸

圖4 剛性梁滑動(dòng)鉸

3）通常以STRACH結(jié)構(gòu)兩端斜柱外側(cè)完全直立時(shí)認(rèn)為結(jié)構(gòu)完成成型。STRACH結(jié)構(gòu)具有跨度大、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工簡(jiǎn)便，以其無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)被大量應(yīng)用于飛機(jī)維修庫(kù)房、體育場(chǎng)館、大型商場(chǎng)、大容量倉(cāng)庫(kù)。與同跨度的建筑相比較，STRACH結(jié)構(gòu)可以節(jié)約大量的鋼材，故研究STRACH結(jié)構(gòu)的成形機(jī)理，對(duì)指導(dǎo)施工機(jī)具的研發(fā)有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

2 STRACH結(jié)構(gòu)成型過(guò)程的工藝要求

STRACH結(jié)構(gòu)的張拉成形過(guò)程：兩側(cè)剛性斜柱轉(zhuǎn)動(dòng)，上弦桿在彎矩作用下的彎曲伸長(zhǎng)，下弦桿受到擠壓而縮短并封閉預(yù)留縫隙。上弦桿截面尺寸、構(gòu)造物的初始跨度和幾何形狀是影響STRACH結(jié)構(gòu)成型的結(jié)構(gòu)性因素。STRACH結(jié)構(gòu)能夠成功張拉成型，結(jié)構(gòu)上上弦桿不能產(chǎn)生塑性變形，工藝上必須保證各榀的變形同步。

STRACH結(jié)構(gòu)的桁架之間是聯(lián)接作用的檁條及檁條支撐，幾乎不具備抗彎、抗扭曲強(qiáng)度。為保證已輔設(shè)的屋頂在成型過(guò)程中不被撕裂破壞，張拉時(shí)將全部荷載分成若干增量步，結(jié)構(gòu)在每一個(gè)荷載增量步作用下的變形很小，當(dāng)結(jié)構(gòu)在一個(gè)新的位置建立了平衡，再施加下一級(jí)的荷載增量步，如此反復(fù)，直到結(jié)構(gòu)成型。

3 伊朗MAHA機(jī)場(chǎng)維修機(jī)庫(kù)成型施工

伊朗MAHA機(jī)場(chǎng)維修庫(kù)可同 時(shí)容納1架B747-600，2架A300-600，2架A310-200飛機(jī)，即是一座STRARCH結(jié)構(gòu)的構(gòu)造物。該維修庫(kù)其跨度為126m×130m，建筑面積16380m2，共15榀鋼桁架，其中A～P每榀軸距為9.0m，P～Q榀軸距為8.0m。下弦張拉索為28根Ф15.24低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，兩端采用OVM15-28錨具錨固。其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1。

表1

柱腳跨度（m） 147.972張拉索長(zhǎng)度（m） 160.8拱跨度（m） 130矢高（m） 33.5張拉力 （kn） 2715283525402420

STRARCH結(jié)構(gòu)搭建后，進(jìn)行清孔、穿索、編索、安裝機(jī)具、張拉成型等關(guān)鍵工序。

圖5 張拉千斤頂示意圖

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，伊朗MAHA機(jī)場(chǎng)維修庫(kù)15榀桁架為兩期張拉，一期張拉1～7榀，二期張拉8～15榀。每榀桁架的張拉體系由1臺(tái)ZB4/500油泵、1臺(tái)YDCS550-200液壓千斤頂組成，各榀間的張拉體系組成一集群張拉體系共同作用完成構(gòu)造物的張拉成型。各張拉體系液壓油路、子控制系統(tǒng)相互獨(dú)立、互不干涉，為確保各榀的變形位移一致，依據(jù)該機(jī)場(chǎng)維修庫(kù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，每個(gè)動(dòng)作行程劃分為10個(gè)增量步，每個(gè)增量步幅20mm，以實(shí)現(xiàn)同步控制。每完成一個(gè)行程增量步的張拉后即停止張拉，并檢查結(jié)構(gòu)的變形和受力。在確認(rèn)結(jié)構(gòu)在新的位置建立了平衡后，進(jìn)入下一個(gè)增量步的張拉。在張拉過(guò)程中，測(cè)量人員每10mm向指揮人員報(bào)告一次活塞行程值，若行程偏差大于2mm停止整體張拉，進(jìn)行校正后再進(jìn)入整體張拉。伊朗MAHA機(jī)場(chǎng)維修庫(kù)完成成型后，對(duì)張拉索道注漿，固化。

固定端的外露鋼絞線噴涂紅色標(biāo)識(shí)漆，以觀察張拉索是否發(fā)生滑移，導(dǎo)致應(yīng)力損失。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)MAHA機(jī)場(chǎng)維修庫(kù)的張拉工藝的研究，結(jié)合之前參與的廣州新白云機(jī)場(chǎng)、海南美蘭機(jī)場(chǎng)的施工經(jīng)歷，可以總結(jié)以下經(jīng)驗(yàn)：

1）STRACH結(jié)構(gòu)在拼裝前，認(rèn)真清理索道孔、去除障礙物，順沿與下弦桿伸縮縫小端的收縮方向穿入。MAHA機(jī)場(chǎng)的穿索過(guò)程中，第3榀因孔道不暢，多次穿索不成功，延誤了相當(dāng)長(zhǎng)的工作時(shí)間；

2）將每個(gè)行程劃分為若干個(gè)增量步，步幅控制在STRACH結(jié)構(gòu)的變形允許值之內(nèi)，雖然可以實(shí)現(xiàn)集群的同步張拉，但干擾因素復(fù)雜，特別是信訊傳達(dá)因素。故研究開發(fā)傳感器監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同步控制，視頻觀測(cè)為提升該類工程施工質(zhì)量、進(jìn)度，提供裝備支持。目前，此設(shè)備的市場(chǎng)還處于空白。

[1]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2]GB50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范.

[3]秦乃兵.整體張拉鋼桁架結(jié)構(gòu)成型過(guò)程分析.