CN103806530A - 一种异形悬挑钢结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种异形悬挑钢结构，包括钢结构的壶形体，是由壶杯、与壶杯顶部连接的壶栓、与壶栓连接的壶柄组成，所述壶柄是包括至少八根对称分布的主杆以及连接主杆间的腹杆组成的管形桁架，管形桁架分为悬挑于壶栓上方、一端封闭的悬挑段以及由悬挑段的另一开口端向下延伸成上窄下宽的漏斗形、用于与壶栓的顶部一侧固定连接的支撑段。施工方法包括预制构件；安装壶杯；安装壶栓，拼装壶柄；确定主管位置；安装腹杆；吊装支撑段；安装悬挑段；吊装悬挑段；拼合支撑段和悬挑段。本发明解决了冰壶造型的异形悬挑钢结构，由于悬挑距离远、壶柄尺寸大、重量重，使用普通的悬挑结构和连接形式无法达到两者连接节点的安装要求，无法满足承重要求的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于钢结构工程，特别是一种异形悬挑钢结构及其施工方法。
背景技术
随着现代建筑设计的飞速发展，建筑外观造型越来越多元化。冰壶造型的异形钢结构包括底部的壶杯、顶部的壶栓和壶栓上连接的壶柄，与普通的规则的圆壶造型相比，冰壶造型的钢结构截面尺寸较大。
壶柄属于连接在壶栓上的大跨度悬挑结构，悬挑距离较远，壶柄的尺寸大、重量重，与壶栓（底座钢结构）连接点少，除了壶栓以外没有其它支撑点，普通的悬挑结构和钢结构连接形式无法达到安装要求，因此对两者的连接节点强度和连接形式要求均较高。壶柄距吊车位置较远，在安装过程中存在较大难度，另外壶柄处焊接量比较大，空间相当狭窄，进行焊接工作时难度及危险程度都相当大。
发明内容
本发明的目的是提供一种异形悬挑钢结构及其施工方法，要解决冰壶造型的异形悬挑钢结构，由于悬挑距离远、壶柄尺寸大、重量重，使用普通的悬挑结构和连接形式无法达到两者连接节点的安装要求，无法满足承重要求的技术问题。另外要解决壶柄距吊车位置较远，在安装过程中存在较大难度，壶柄处焊接量比较大，空间相当狭窄，焊接工作较危险复杂的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种异形悬挑钢结构，包括钢结构的壶形体，是由壶杯、与壶杯顶部连接的壶栓、与壶栓连接的壶柄组成，所述壶柄是包括至少八根对称分布的主杆以及连接主杆间的腹杆组成的管形桁架，管形桁架分为悬挑于壶栓上方、一端封闭的悬挑段以及由悬挑段的另一开口端向下延伸成上窄下宽的漏斗形、用于与壶栓的顶部一侧固定连接的支撑段。
所述壶杯包括杯内部竖向的框架柱、框架柱的柱顶之间连接的水平的框架梁、框架梁外侧形成杯体的经向曲柱、连接经向曲柱之间的纬向曲梁以及框架梁内侧的壶顶曲梁。
所述壶栓是由多个壶栓曲面构件组成，所述壶栓曲面构件呈放射状间隔分布于经向曲柱和壶顶曲梁之间，并与两者均固定连接，所述框架梁穿过壶栓曲面构件的下侧并与之固定连接。
所述支撑段位于三个相邻的壶栓曲面构件的上方，依次为第一壶栓曲面构件、第二壶栓曲面构件和第三壶栓曲面构件，
所述支撑段内侧受压区的三根主杆为受压杆，其末端分别连接至第一壶栓曲面构件、第二壶栓曲面构件和第三壶栓曲面构件与壶顶曲梁的三个连接结点处，
所述支撑段左右两侧支点区的两根主杆为支点杆，其末端分别连接至第一壶栓曲面构件和第三壶栓曲面构件与框架梁的两个连接结点处，
所述支撑段外侧受拉区的三根主杆为受拉杆，左右两根受拉杆的末端分别连接至第一壶栓曲面构件和第三壶栓曲面构件与经向曲柱的两个连接结点之间的纬向曲梁上，中间的受拉杆的末端连接至第二壶栓曲面构件与经向曲柱的连接结点上。
一种异形悬挑钢结构的施工方法，施工步骤如下：
步骤一，工厂内预制壶杯、壶栓、壶柄的钢结构构件；
步骤二，安装杯体的框架结构；
步骤三，安装壶栓，即安装壶栓曲面构件；
步骤四，拼装壶柄：将壶柄构件运输至现场后进行编号，对壶柄的悬挑段和支撑段两部分进行拼装，以准备分别悬挑段和支撑段两部分进行吊装；
步骤五，利用全站仪在场地中间确定管形桁架的主管位置及其标高；
步骤六，在步骤五所确定的位置上，利用定位装置对将支撑段的主管进行位置固定；
步骤七，在场地上对支撑段的腹杆进行安装和焊接；
步骤八，吊装安装完成后的支撑段构件，并将支撑段分别与杯体的框架结构、壶栓、壶顶曲梁进行固定连接；
步骤九，在场地上对悬挑段的构件进行安装和焊接；
步骤十，吊装悬挑段，吊装及焊接过程中由于重力影响会使悬挑段水平位置发生变化，为了防止吊装完成后出现下垂现象，在焊接时需使悬挑段与水平方向形成仰角；
步骤十一，拼合支撑段和悬挑段，按照步骤五中的构件编号对接口位置进行焊接处理，接口部分进行加固焊接工作，全部采用全熔透焊缝。
所述步骤六中的定位装置包括位于同一平面上呈放射状对称分布、中心重合的多根定位管，定位管的两端头分别设有用于固定主管的夹具。
所述步骤一中的钢结构构件，包括经向曲柱、维向曲梁、壶栓曲面构件、壶柄、框架柱、框架梁和壶顶曲梁。
所述步骤二中安装杯体的框架结构，包括安装内部的竖向框架柱、安装框架柱的柱顶之间的水平的框架梁、安装经向曲柱以及沿经向曲柱逐层安装维向曲梁；
所述步骤三中安装壶栓即安装壶栓曲面构件，是将壶栓曲面构件外侧的端头与经向曲柱固定连接，纬向曲梁穿过壶栓曲面构件外侧的端部并与之固定连接，使壶栓曲面构件的下侧固定连接在框架梁的上侧，并将壶栓曲面构件内侧的端部与壶顶曲梁固定连接；
所述步骤八中将支撑段置于第一壶栓曲面构件、第二壶栓曲面构件和第三壶栓曲面构件的上方，将受压区的三根受压杆的末端分别连接至第一壶栓曲面构件、第二壶栓曲面构件和第三壶栓曲面构件与壶顶曲梁的三个连接结点处，
将支点区的两根支点杆的末端分别连接至第一壶栓曲面构件和第三壶栓曲面构件与框架梁的两个连接结点处，
将受拉区左右两根受拉杆的末端分别连接至第一壶栓曲面构件和第三壶栓曲面构件与经向曲柱的两个连接结点之间的纬向曲梁上，中间的受拉杆的末端连接至第二壶栓曲面构件与经向曲柱的连接结点处。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明为冰壶造型的异形悬挑钢结构，克服了普通的悬挑结构和连接形式由于悬挑距离远、壶柄尺寸大、重量重而无法达到两者连接节点的安装要求，无法满足承重要求的技术问题。由于壶柄悬挑重量重，距离大，每增加一分重量及增加一分吊装难度，因此本发明壶柄采用管形桁架结构的特殊结构形式，整体管形桁架由八根主杆及连接主杆的腹杆组成，壶柄与钢结构主体的连接点只有八根主杆，减小其自重，并扩大壶柄与冰壶主体结构的连接面积，将支撑段为上窄下宽的漏斗形，增加连接点的稳定性，保证承重力要求的情况下，减小了壶栓曲面构件的截面尺寸，节省了用钢量，保证了冰壶的外观结构形式不发生变化，连接节点牢固，满足钢结构承重要求。
本发明的异形悬挑钢结构利用杠杆原理，将管形桁架的八根主杆按照受力特点分成受压区，支点区以及受拉区。其中管形桁架的受压区为主要受力区，壶柄的主杆的轴向压力通过与其连接的冰壶主体结构中壶杯的壶顶曲梁传递；受压区形成支点，是整个结构的核心；受拉区壶柄的主杆的轴向拉力通过与其连接的冰壶主体结构中壶杯的维向曲梁和经向曲柱传递，此种三分区连接形式的优势在于，减小了横向侧移的发生，从而减少了结构整体失稳的发生，达到了增加稳定性的目的。
本发明在进行安装时，采取先拼装后吊装的步骤，将壶柄分为支撑段和悬挑段两部分进行施工，在两段均在地面焊接完成后再对其进行吊装工作，解决了壶柄距吊车位置较远，在安装过程中存在较大难度，壶柄处焊接量比较大，空间相当狭窄，焊接工作较危险复杂的技术问题。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的侧视结构示意图。
图2是图1中A-A剖面的结构示意图。
图3是图1逆时针旋转90度的结构示意图。
图4是本发明的俯视结构示意图。
图5是图4中B节点C方向的立体视图，即支撑段的主杆和腹杆与下部结构连接的结构示意图。
图6是图5中顺时针旋转90度后主杆的结构示意图。
图7是本发明施工方法中步骤六中使用的定位装置的结构示意图。
附图标记：1－壶杯、1.1－经向曲柱、1.2－维向曲梁、2－壶栓曲面构件、2.1－第一壶栓曲面构件、2.2－第二壶栓曲面构件、2.3－第三壶栓曲面构件、3－壶柄、3.1－主杆、3.2－腹杆、3.11－受压杆、3.12－支点杆、3.13－受拉杆、3a－悬挑段、3b－支撑段、4－框架柱、5－框架梁、6－壶顶曲梁、7－定位装置、7.1－定位管、7.2－夹具。
具体实施方式
实施例参见图1所示，一种异形悬挑钢结构，包括钢结构的壶形体，是由壶杯1、与壶杯顶部连接的壶栓、与壶栓连接的壶柄3组成；参见图2所示，所述壶柄是包括至少八根对称分布的主杆3.1以及连接主杆间的腹杆3.2组成的管形桁架，管形桁架分为悬挑于壶栓上方、一端封闭的悬挑段以及由悬挑段3a的另一开口端向下延伸成上窄下宽的漏斗形、用于与壶栓的顶部一侧固定连接的支撑段3b。
参见图3和图4所示，所述壶杯1包括杯内部间隔设置并围成一圈的竖向的框架柱4、框架柱4的柱顶之间连接的水平的框架梁5、框架梁5外侧形成杯体的经向曲柱1.1、连接经向曲柱1.1之间的纬向曲梁1.2以及框架梁5内侧的壶顶曲梁6。
所述壶栓是由多个壶栓曲面构件2组成，所述壶栓曲面构件2呈放射状间隔分布于经向曲柱1.1和壶顶曲梁6之间，并与两者均固定连接，所述框架梁5穿过壶栓曲面构件2的下侧并与之固定连接。
参见图5和图6所示，所述支撑段3b位于三个相邻的壶栓曲面构件的上方，依次为第一壶栓曲面构件2.1、第二壶栓曲面构件2.2和第三壶栓曲面构件2.3，
所述支撑段内侧受压区的三根主杆为受压杆3.11，其末端分别连接至第一壶栓曲面构件2.1、第二壶栓曲面构件2.2和第三壶栓曲面构件2.3与壶顶曲梁6的三个连接结点处，
所述支撑段左右两侧支点区的两根主杆为支点杆3.12，其末端分别连接至第一壶栓曲面构件2.1和第三壶栓曲面构件2.3与框架梁5的两个连接结点处，
所述支撑段外侧受拉区的三根主杆为受拉杆3.13，左右两根受拉杆3.13的末端分别连接至第一壶栓曲面构件2.1和第三壶栓曲面构件2.3与经向曲柱1.1的两个连接结点之间的纬向曲梁1.2上，中间的受拉杆3.13的末端连接至第二壶栓曲面构件2.2与经向曲柱1.1的连接结点上。
这种异形悬挑钢结构的施工方法，施工步骤如下：
步骤一，工厂内预制壶杯1、壶栓、壶柄3的钢结构构件，包括经向曲柱1.1、维向曲梁1.2、壶栓曲面构件2、壶柄3、框架柱4、框架梁5和壶顶曲梁6。
步骤二，安装杯体的框架结构，包括安装框架柱4、安装框架柱4的柱顶之间的水平的框架梁5、安装经向曲柱1.1以及沿经向曲柱1.1逐层安装维向曲梁1.2。
步骤三，安装壶栓，即安装壶栓曲面构件2；将壶栓曲面构件3外侧的端头与经向曲柱1.1固定连接，纬向曲梁1.2穿过壶栓曲面构件3外侧的端部并与之固定连接，使壶栓曲面构件3的下侧固定连接在框架梁5的上侧，并将壶栓曲面构件3内侧的端部与壶顶曲梁6固定连接。
步骤四，拼装壶柄：将壶柄构件运输至现场后进行编号，对壶柄的悬挑段3a和支撑段3b两部分进行拼装，以准备分别悬挑段和支撑段两部分进行吊装。
步骤五，利用全站仪在场地中间确定管形桁架的主管3.1位置及其标高。
步骤六，在步骤五所确定的位置上，利用定位装置7对将支撑段的主管3.1进行位置固定。
步骤七，在场地上对支撑段3b的腹杆3.2进行安装和焊接。
步骤八，吊装安装完成后的支撑段3b构件，并将支撑段分别与杯体的框架结构、壶栓、壶顶曲梁进行固定连接；将支撑段3b置于第一壶栓曲面构件2.1、第二壶栓曲面构件2.2和第三壶栓曲面构件2.3的上方，将受压区的三根受压杆3.11的末端分别连接至第一壶栓曲面构件2.1、第二壶栓曲面构件2.2和第三壶栓曲面构件2.3与壶顶曲梁6的三个连接结点处，
将支点区的两根支点杆3.12的末端分别连接至第一壶栓曲面构件2.1和第三壶栓曲面构件2.3与框架梁5的两个连接结点处，
将受拉区左右两根受拉杆3.13的末端分别连接至第一壶栓曲面构件2.1和第三壶栓曲面构件2.3与经向曲柱1.1的两个连接结点之间的纬向曲梁1.2上，中间的受拉杆3.13的末端连接至第二壶栓曲面构件2.2与经向曲柱1.1的连接结点处。
步骤九，在场地上对悬挑段3a的构件进行安装和焊接；
步骤十，吊装悬挑段3a，吊装及焊接过程中由于重力影响会使悬挑段水平位置发生变化，为了防止吊装完成后出现下垂现象，在焊接时需使悬挑段与水平方向形成仰角；
步骤十一，拼合支撑段和悬挑段，按照步骤五中的构件编号对接口位置进行焊接处理，接口部分进行加固焊接工作，全部采用全熔透焊缝。
参见图7所示，所述步骤六中的定位装置7包括位于同一平面上呈放射状对称分布、中心重合的多根定位管7.1，定位管7.1的两端头分别设有用于固定主管3.1的夹具7.2。
Claims (10)
1.一种异形悬挑钢结构，包括钢结构的壶形体，是由壶杯（1）、与壶杯顶部连接的壶栓、与壶栓连接的壶柄（3）组成，其特征在于：所述壶柄是包括至少八根对称分布的主杆（3.1）以及连接主杆间的腹杆（3.2）组成的管形桁架，管形桁架分为悬挑于壶栓上方、一端封闭的悬挑段（3a）以及由悬挑段（3a）的另一开口端向下延伸成上窄下宽的漏斗形、用于与壶栓的顶部一侧固定连接的支撑段（3b）。
2.根据权利要求1所述的一种异形悬挑钢结构，其特征在于：所述壶杯（1）包括杯内部竖向的框架柱（4）、框架柱（4）的柱顶之间连接的水平的框架梁（5）、框架梁（5）外侧形成杯体的经向曲柱（1.1）、连接经向曲柱（1.1）之间的纬向曲梁（1.2）以及框架梁（5）内侧的壶顶曲梁（6）。
3.根据权利要求2所述的一种异形悬挑钢结构，其特征在于：所述壶栓是由多个壶栓曲面构件（2）组成，所述壶栓曲面构件（2）呈放射状间隔分布于经向曲柱（1.1）和壶顶曲梁（6）之间，并与两者均固定连接，所述框架梁（5）穿过壶栓曲面构件（2）的下侧并与之固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种异形悬挑钢结构，其特征在于：所述支撑段（3b）位于三个相邻的壶栓曲面构件的上方，三个壶栓曲面构件依次为第一壶栓曲面构件（2.1）、第二壶栓曲面构件（2.2）和第三壶栓曲面构件（2.3），
所述支撑段内侧受压区的三根主杆为受压杆（3.11），其末端分别连接至第一壶栓曲面构件（2.1）、第二壶栓曲面构件（2.2）和第三壶栓曲面构件（2.3）与壶顶曲梁（6）的三个连接结点处，
所述支撑段左右两侧支点区的两根主杆为支点杆（3.12），其末端分别连接至第一壶栓曲面构件（2.1）和第三壶栓曲面构件（2.3）与框架梁（5）的两个连接结点处，
所述支撑段外侧受拉区的三根主杆为受拉杆（3.13），左右两根受拉杆（3.13）的末端分别连接至第一壶栓曲面构件（2.1）和第三壶栓曲面构件（2.3）与经向曲柱（1.1）的两个连接结点之间的纬向曲梁（1.2）上，中间的受拉杆（3.13）的末端连接至第二壶栓曲面构件（2.2）与经向曲柱（1.1）的连接结点上。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种异形悬挑钢结构的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
步骤一，工厂内预制壶杯（1）、壶栓、壶柄（3）的钢结构构件；
步骤二，安装杯体的框架结构；
步骤三，安装壶栓，即安装壶栓曲面构件（2）；
步骤四，拼装壶柄：将壶柄构件运输至现场后进行编号，对壶柄的悬挑段（3a）和支撑段（3b）两部分进行拼装，以准备分别悬挑段和支撑段两部分进行吊装；
步骤五，利用全站仪在场地中间确定管形桁架的主管（3.1）位置及其标高；
步骤六，在步骤五所确定的位置上，利用定位装置（7）对将支撑段的主管（3.1）进行位置固定；
步骤七，在场地上对支撑段（3b）的腹杆（3.2）进行安装和焊接；
步骤八，吊装安装完成后的支撑段构件，并将支撑段（3b）分别与杯体的框架结构、壶栓、壶顶曲梁进行固定连接；
步骤九，在场地上对悬挑段（3a）的构件进行安装和焊接；
步骤十，吊装悬挑段，吊装及焊接过程中由于重力影响会使悬挑段水平位置发生变化，为了防止吊装完成后出现下垂现象，在焊接时需使悬挑段与水平方向形成仰角；
步骤十一，拼合支撑段和悬挑段，按照步骤五中的构件编号对接口位置进行焊接处理，接口部分进行加固焊接工作，全部采用全熔透焊缝。
6.根据权利要求5所述的一种异形悬挑钢结构的施工方法，其特征在于：所述步骤六中的定位装置（7）包括位于同一平面上呈放射状对称分布、中心重合的多根定位管（7.1），定位管（7.1）的两端头分别设有用于固定主管（3.1）的夹具（7.2）。
7.根据权利要求5所述的一种异形悬挑钢结构的施工方法，其特征在于：所述步骤一中的钢结构构件，包括经向曲柱（1.1）、维向曲梁（1.2）、壶栓曲面构件（2）、壶柄（3）、框架柱（4）、框架梁（5）和壶顶曲梁（6）。
8.根据权利要求7所述的一种异形悬挑钢结构的施工方法，其特征在于：所述步骤二中安装杯体的框架结构，包括安装内部的竖向框架柱（4）、安装框架柱（4）的柱顶之间的水平的框架梁（5）、安装经向曲柱（1.1）以及沿经向曲柱（1.1）逐层安装维向曲梁（1.2）。
9.根据权利要求8所述的一种异形悬挑钢结构的施工方法，其特征在于：所述步骤三中安装壶栓即安装壶栓曲面构件，是将壶栓曲面构件（3）外侧的端头与经向曲柱（1.1）固定连接，纬向曲梁（1.2）穿过壶栓曲面构件（3）外侧的端部并与之固定连接，使壶栓曲面构件（3）的下侧固定连接在框架梁（5）的上侧，并将壶栓曲面构件（3）内侧的端部与壶顶曲梁（6）固定连接。
10.根据权利要求9所述的一种异形悬挑钢结构的施工方法，其特征在于：所述步骤八中将支撑段（3b）置于第一壶栓曲面构件（2.1）、第二壶栓曲面构件（2.2）和第三壶栓曲面构件（2.3）的上方，将受压区的三根受压杆（3.11）的末端分别连接至第一壶栓曲面构件（2.1）、第二壶栓曲面构件（2.2）和第三壶栓曲面构件（2.3）与壶顶曲梁（6）的三个连接结点处，
将支点区的两根支点杆（3.12）的末端分别连接至第一壶栓曲面构件（2.1）和第三壶栓曲面构件（2.3）与框架梁（5）的两个连接结点处，
将受拉区左右两根受拉杆（3.13）的末端分别连接至第一壶栓曲面构件（2.1）和第三壶栓曲面构件（2.3）与经向曲柱（1.1）的两个连接结点之间的纬向曲梁（1.2）上，中间的受拉杆（3.13）的末端连接至第二壶栓曲面构件（2.2）与经向曲柱（1.1）的连接结点处。
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