CN103835369A - 一种可伸缩的高空连体钢结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑行业的施工设施，特别涉及于高空大跨度的走廊钢结构架的可伸缩的高空连体钢结构。特别涉及到架设于高空大跨度走廊结构架的逆向施工方法，本发明所要解决的第一个问题是提供一种钢走廊结构，其结构稳定，满足冷热的扩张与缩减；真正实现安全长久的使用。因此，本发明具有工艺简便，便于操作，不占用场地，质量一次验收合格，避免了重复用工，与采用大吨位吊机相比，节约机械费，具有较好的经济效益，而且具有噪音小，无污水、废气污染，固体废弃物遗洒少等优点。

Description

一种可伸缩的高空连体钢结构

技术领域

本发明涉及一种建筑行业的施工设施，特别涉及于高空大跨度的走廊钢结构架。 

本发明还涉及一种建筑施工方法，特别涉及到架设于高空大跨度走廊结构架的逆向施工方法。 

背景技术

近年来，随着工程技术的发展，高层建筑形式日趋多样化。连体钢结构由于其宏伟的气势，现代化的气息而被建筑师们所喜爱。如何优质、高效地完成高空连体钢结构的施工，是一项重要课题。 

如皋市行政综合服务中心工程东西两个16层塔楼之间为上拉下托型钢结构高空连廊13、16层为桁架，14、15层为钢梁走道，四层之间采用H型钢吊杆焊接连接成一整体。 

当时根据该连体钢结构上拉下托的承力特点，并考虑安装空间小、现场塔吊或大型吊机无法利用等困难，经过反复研究，研制了一种分区逆向构件斜吊施工工艺，形成了分区逆向构件斜吊施工工法。实践结果表明，分区逆向构件斜吊技术应用于高层建筑上拉下托型连体钢结构吊装，安全可靠，经济合理，这种钢结构的架设属于后架设，原先主楼混凝土结构的施工方案没有考虑该钢结构的架设，因此，在很多的细节考虑上存在问题，比如说，热胀冷缩问题有待解决。 

发明内容

本发明所要解决的第一个问题是提供一种钢走廊结构，其结构稳定，满足冷热的扩张与缩减；真正实现安全长久的使用。 

为完成上述发明目的，本发明是这样实现的：一种可伸缩的高空连体钢结构，它是由上拉桁架梁固定机构、中层梁固定机构、下托桁架梁固定机构、顶层桁架梁、底层桁架梁、中层梁和填充支撑构成；所述的顶层桁架梁、底层桁架梁、中层梁分别成对水平排列，每对顶层桁架梁和底层桁架梁通过连接件连接；所述的上拉桁架梁固定机构、中层梁固定机构和下托桁架梁固定机构分别埋设于两主体固定底座内，所述的顶层桁架梁、底层桁架梁、中层梁分别与上拉桁架梁固定机构、下托桁架梁固定机构和中层梁固定机构连接，填充支撑有序的安装于顶层桁架梁、底层桁架梁及中层梁之间形成钢结构走廊；其特征在于：所述顶层桁架梁和底层桁架梁分别平放于两侧主楼的固定底座预留空档内的上拉桁架梁固定机构、下托桁架梁固定机构弧形钢板上，中层梁悬吊于顶层桁架梁、底层桁架梁之间；通过中层梁固定机构与中层梁在空中连接；在顶层桁架梁与中层梁之间、中层梁与中层梁之间以及中层梁与底层桁架梁之间设有连接吊杆；所述的上拉桁架梁固定机构和下托桁架梁固定机构分别通过两侧的滑槽挡板进行两侧限位；滑槽档板与顶层桁架梁下弦支座滑板、底层桁架梁上弦支座滑板之间留有间隙；中层梁固定机构的两块挡板左右卡持着中层梁。本发明主要是解决后架设连廊中遇到的问题，从上述技术方案中我们看出；与以往的现场架设大不相同，主要区别是，其架设固定机构方式不同，对于顶层桁架梁与底层桁架梁来说，它们均未用混凝土封装；仅是架设在固定底座上，仅对左右方向的滑动移位限制，长度方向伸缩自如，从而做到在不与原建筑进行一体结合的情况下，来解决后架设钢连廊的变形自如，解决传统出现的后架设与先施工之间的开裂问题等问题。 

作为优化，所述的上拉桁架梁固定机构、下托桁架梁固定机构是由固定底座、固定后座构成，所述的固定底座安装于固定底座内；固定后座水平安装于固定底座的正后方，与顶层桁架梁、底层桁架梁的下弦端、上弦端相对应；所述的固定底座是由支座预埋板、支座端板、弧形钢板和预埋锚栓构成；预埋锚栓与预埋板解决放置稳定的基础问题，而弧形钢板则是与两侧滑槽挡板配合解决平衡问题；所述的支座预埋板，其上设有锚孔，与预埋锚栓穿孔塞焊，并预埋在固定底座内；所述的弧形钢板设立于支座端板之上，所述的支座端板上设有与锚孔相对应的穿孔；在弧形钢板的两侧设有滑槽挡板，所述的滑槽挡板呈倒置L形，焊接于弧形钢板上，滑槽挡板与支座端板、弧形钢板及预埋板三者最终形成一体，统一用于限定榀梁的向上和向左向右滑动。所述的弧形钢板的宽度与顶层桁架梁下弦底部的支座滑板、底层桁架梁上弦底部的支座滑板宽相配合；滑槽挡板卡设于顶层桁架梁下弦底部的支座滑板、底层桁架梁上弦底部的支座滑板的边沿；所述的支座端板与弧形钢板一体成形。 

作为优化，所述的支座端板的后端设有固定后座，所述的固定后座是由挡板翼缘和挡板腹板构成，所述挡板翼缘横向焊接于支座端板上，位于滑槽挡板的顶端；在挡板翼缘靠近桁架端部的一面设有缓冲层；所述的缓冲层是由固定板通过螺栓固定一层橡胶层形成。 

作为优化，所述的挡板腹板由三块纵向排列的钢板焊接于挡板翼缘后面；所述挡板腹板的底面焊接于支座端板上。 

因为是连廊，其上有人行走，需要承重，因此要考虑它的抗折弯力与抗剪力；该问题在上述方案中也一并进行了解决。同时，在安装桁架时，也会涉及到左右移动；通过上述挡板翼缘和挡板腹板的限定，防止过度前后移动操作造成桁架滑落。 

作为优化，所述的中层梁固定机构是由中层梁预埋件、限位件和加强肋构成；所述的限位件和加强肋由四组构成，两两相对，由限位件左右夹持着中层梁的中间部位，所述的限位件是一块限位板，两限位板之间的宽度比中层梁上的中间部位宽度大20mm；所述的加强肋呈直角梯形，焊接于限位板的背面。 

本技术方案仅限定了中层梁的左右移动，实现与中层梁的中间对接，将其向上、向下、向前、向后移动的位置空留出来，从而实现了中层梁结构的热胀冷缩对整体结构的不影响。所述的中层梁预埋件是由中层梁预埋板、中层梁预埋锚肋构成；所述的预埋锚肋呈矩阵排列于中层梁预埋板之下；所述的中层梁预埋板经过穿孔塞焊与中层梁预埋锚肋连接，焊接后再进行表面打磨，打磨平后再进行表面上的固定，并被预先埋于固定底座侧面。 

作为优化，所述的支座预埋板与预埋锚栓通过穿孔塞焊焊接，焊接后将表面进行磨平处理；所述的预埋锚栓的下部设有拆弯部。 

作为优化，顶层桁架梁、底层桁架梁、中层梁在车间分两段制作，运至两塔楼之间的连廊下面混凝土屋面平台上，在待安装位置的下方上拼装；因中间层走道(可有若干层，以下以两层中间层为例)的单榀中层梁侧向刚度、稳定性不够，吊装过程中容易侧弯，所以考虑将每层的两榀中层梁，通过部分填充支撑，拼装成整体形成中层梁平台后吊装，为减轻吊装时的重量，不宜将所有的填充支撑全部安装。 

作为优化，为最大限度地减少卷扬机、扒杆（滑轮组）的重复移位次数，将连体钢结构连廊按顶层桁架梁、底层桁架梁、中层梁，分成南段（由顶、底层南四榀桁架梁，中间层南四榀中层梁及连接构件组成）、中段（由顶、底层中四榀桁架梁及连接构件组成，中段可有数段，以下以中段有一段为例）、北段（由顶、底层北四榀桁架梁，中间层北四榀中层梁及连接构件组成），扒杆分别站位于屋面上对应于这几段的中间位置处，根据连体钢结构连廊上拉下托的承力特点，运用ANSYS有限元分析软件进行施工仿真计算，采用分段逆向吊装技术，打破常规的自下而上的吊装顺序，由南向北依次完成几段自上而下的吊装。其余的次构件，利用现场塔吊，自下而上高空散装。 

采用上述技术方案后，本发明具有： 

其分段逆向吊装工艺，使用扒杆，就可完成高空连体钢结构顶层桁架梁、底层桁架梁、中层梁和填充支撑的安装，与采用大吨位吊机及整体提升相比，投入少，成本低。

其分段逆向吊装工艺，工艺简单，便于操作，危险因素少，作业环境安全，安装质量能保证。 

采用分段技术，能减少扒杆及滑轮组、卷扬机移位次数。 

采用逆向吊装技术，与连体钢结构上拉下托的承力特点一致。 

利用斜吊法，克服了顶层桁架梁、底层桁架梁、中层梁长于主楼净距的矛盾。 

加强撑杆、加强钢丝绳、临时固定支架以及及时安装跨间部分填充支撑稳定连接桁架梁，保证了桁架梁就位后的稳定。 

将两根中层梁拼装形成整体，避免了单根钢梁吊装中的侧弯。 

中层梁焊接临时搁置点，解决了吊杆安装前中层梁的临时搁置问题。 

因此，本发明具有工艺简便，便于操作，不占用场地，质量一次验收合格，避免了重复用工，与采用大吨位吊机相比，节约机械费，具有较好的经济效益，而且具有噪音小，无污水、废气污染，固体废弃物遗洒少等优点。 

一种用于权利要求所述的可伸缩的高空连体钢结构连廊搭建的方法，其安装方法： 

施工工艺流程：施工准备→南段安装→中段安装→北段安装→剩余填充支撑的安装→钢吊杆的安装→桁架梁滑动支座、中层梁限位支座的安装→构件补漆及防火涂料涂刷→压型钢板铺设、栓钉焊接→连廊屋面C型钢、拉条及彩钢板的安装→连廊楼层钢筋绑扎→连廊楼层混凝土浇筑。

施工准备阶段 

为防止桁架梁的上弦侧向失稳，在桁架上弦某节点（靠近1/3跨竖腹杆）处，两边对称采用H型钢加强撑杆（长度不大于桁架跨度的1/30），用加强钢丝绳拉接H型钢与桁架端部，预紧花篮螺丝，绷紧钢丝绳，有效减小上弦平面外计算长度，增强平面外刚度。

南段安装

1、安装流程

第一榀顶层桁架梁吊装、就位→桁架梁两端焊接临时固定支架→第二榀顶层桁架梁吊装、就位→顶层第一跨部分连接件安装，使第二榀桁架梁稳定→拆除第一榀顶层桁架梁上防失稳小H钢撑杆及钢丝绳、拆除桁架梁两端临时固定支架→下一层南侧中层梁平台整体吊装就位、临时搁置点的焊接→再下一层南侧中层梁平台整体吊装就位、临时搁置点的焊接→……→第一榀底层桁架梁吊装、就位→第二榀底层桁架梁吊装、就位→底层第一跨部分连接件安装，使两榀桁架梁稳定→移扒杆（滑轮组）、卷扬机

2、第一榀顶层桁架梁安装

1）单榀桁架梁西移，使桁架梁东端位于混凝土梁之外，将东侧塔楼滑轮组上的吊绳栓扣在东吊耳处；

2）桁架梁东端提升，使桁架梁两端位于东西主楼的间隔内；

3）桁架梁在空中吊装状态（东高西低）；

4）桁架梁东端高于主楼平面50cm时，桁架梁暂停提升；

5）桁架梁东端吊点外栓扣一组吊装承重绳索，用5T手拉葫芦慢慢收紧，桁架梁西端继续慢慢提升，使桁架整体向东移动；

6）桁架梁西吊点上升，东吊点下降，使桁架梁水平后，缓慢使桁架梁就位安装。

3、第二榀顶层桁架梁及第一跨连接件的安装 

4、中层梁平台的吊装

吊装的方法基本类同于顶层桁架梁，由于中层梁两端支座仅起左右限位作用，上下无搁置点，因此就位后需要焊接临时搁置点。

5、底层桁架梁吊装 

底层桁架梁的安装类同于顶层桁架梁，但底层桁架梁的搁置点在上弦，底层南侧第一榀桁架梁不需要象顶层一样设置防失稳的临时加强撑杆、加强钢丝绳，吊装就位后，也不需要焊接临时固定支架。

中段安装

移扒杆（滑轮组）、卷扬机→第三榀顶层桁架梁吊装就位→顶层第二跨部分连接件安装，使第三榀桁架梁稳定→第四榀顶层桁架梁吊装、就位→顶层第三跨部分连接件安装，使第四榀桁架梁稳定→第三榀底层桁架梁吊装就位→底层第二跨部分连接件安装，使第三榀桁架梁稳定→第四榀底层桁架梁吊装、就位→底层第三跨部分连接件安装，使第四榀桁架梁稳定→移扒杆（滑轮组）、卷扬机

连体钢结构连廊北段安装

移扒杆（滑轮组）、卷扬机→第五榀顶层桁架梁吊装就位→顶层第四跨部分连接件安装，使第五榀桁架梁稳定→第六榀顶层桁架梁吊装、就位→顶层第五跨部分连接件安装，使第六榀桁架梁稳定→下一层北侧中层梁平台整体吊装就位、临时搁置点的焊接→再下一层北侧中层梁平台整体吊装就位、临时搁置点的焊接→……→第五榀底层桁架梁吊装、就位→底层第四跨部分连接件安装，使第五榀桁架梁稳定→第六榀底层桁架梁吊装、就位→底层第五跨部分连接件安装，使第六榀桁架梁稳定

填充支撑的安装

1、先在连体钢结构底部兜安全平网，然后自下而上安装填充支撑，然后拆除中间层临时搁置点，进行构件补漆及防火涂料涂刷。

2、桁架梁、连接件间采用扭剪型高强螺栓连接，由南向北顺次进行，每跨连接件从中间向两侧对称安装。每跨连接件全部安装结束后，进行高强螺栓的紧固。然后进行填充支撑的安装。 

3、所有构件都安装完成后，取消中层梁平台两端的临时搁置点，安装滑动支座、限位支座。 

油漆、压型钢板及混凝土浇筑

然后进行油漆、压型钢板安装、连廊屋面安装、钢筋绑扎、混凝土浇筑，在混凝土浇筑时，要注意：与东西塔楼之间留后浇带，待连廊幕墙全部安装完成后，将后浇带封闭。

附图说明

图1为顶层俯视图。 

图2为中撑层俯视图。 

图3为整体侧视图。 

图4为底层桁架梁基座与底层桁架梁配合的侧视图。 

图5为底层桁架梁基座与底层桁架梁配合的剖视图。 

图6为中层梁预埋件与中层梁配合的侧视图。 

图7为中层梁预埋件与中层梁配合的AA剖视图。 

图8为支座预埋板的结构侧视图。 

图9为弧形板的示意图。 

图10为限位件和加强肋结合示意图。 

具体实施方式

一种可伸缩的高空连体钢结构，它是由上拉桁架梁固定机构12、中层梁固定机构13、下托桁架梁固定机构14、顶层桁架梁21、底层桁架梁22、中层梁23和填充支撑5构成； 

所述的顶层桁架梁21、底层桁架梁22、中层梁23分别成对水平排列，每对顶层桁架梁和底层桁架梁通过连接件连接。

所述的上拉桁架梁固定机构12、中层梁固定机构13和下托桁架梁固定机构14分别埋设于两主体固定底座内。 

所述的顶层桁架梁21、底层桁架梁22、中层梁23分别与上拉桁架梁固定机构12、下托桁架梁固定机构14和中层梁固定机构13连接，填充支撑5有序的安装于顶层桁架梁、底层桁架梁及中层梁之间形成钢结构走廊。 

所述顶层桁架梁和底层桁架梁分别平放于两侧主楼的固定底座预留空档内的上拉桁架梁固定机构、下托桁架梁固定机构弧形钢板上，中层梁悬吊于顶层桁架梁21、底层桁架梁22之间；通过中层梁固定机构13与中层梁在空中连接；在顶层桁架梁与中层梁之间、中层梁与中层梁之间以及中层梁与底层桁架梁之间设有连接吊杆； 

所述的上拉桁架梁固定机构12和下托桁架梁固定机构14分别通过两侧的滑槽挡板147进行两侧限位；滑槽档板147与顶层桁架梁下弦支座滑板149、底层桁架梁上弦支座滑板149之间留有间隙；中层梁固定机构的两块挡板左右卡持着中层梁。

上拉桁架梁固定机构、下托桁架梁固定机构是由固定底座121、固定后座122构成，所述的固定底座121安装于固定底座内；固定后座水平安装于固定底座的正后方，与顶层桁架梁、底层桁架梁的下弦端、上弦端相对应； 

所述的固定底座121是由支座预埋板144、支座端板145、弧形钢板146和预埋锚栓148构成；预埋锚栓与预埋板解决放置稳定的基础问题，而弧形钢板则是与两侧滑槽挡板配合解决平衡问题；所述的支座预埋板,其上设有锚孔，与预埋锚栓穿孔塞焊，并预埋在固定底座内；所述的弧形钢板146设立于支座端板145之上，所述的支座端板145上设有与锚孔相对应的穿孔；在弧形钢板146的两侧设有滑槽挡板，所述的滑槽挡板147呈倒置L形，焊接于弧形钢板上，滑槽挡板与支座端板、弧形钢板及预埋板三者最终形成一体，统一用于限定榀梁的向上和向左向右滑动。

所述的弧形钢板的宽度与顶层桁架梁下弦底部的支座滑板、底层桁架梁上弦底部的支座滑板宽相配合；滑槽挡板卡设于顶层桁架梁下弦底部的支座滑板、底层桁架梁上弦底部的支座滑板的边沿； 

支座端板145的后端设有固定后座122，所述的固定后座122是由挡板翼缘1411和挡板腹板1412构成，所述挡板翼缘1411横向焊接于支座端板上，位于滑槽挡板147的顶端；在挡板翼缘1411靠近桁架端部的一面设有缓冲层1413；所述的缓冲层是由固定板1414通过螺栓固定一层橡胶层形成。

中层梁固定机构13是由中层梁预埋件131、限位件132和加强肋133构成；所述的限位件132和加强肋133由四组构成，两两相对，由限位件左右夹持着中层梁的中间部位，所述的限位件是一块限位板132，两限位板之间的宽度比中层梁上的中间部位宽度大20mm；所述的加强肋呈直角梯形，焊接于限位板的背面。 

中层梁预埋件131是由中层梁预埋板、中层梁预埋锚肋构成；所述的预埋锚肋呈矩阵排列于中层梁预埋板之下；所述的中层梁预埋板经过穿孔塞焊与中层梁预埋锚肋连接，焊接后再进行表面打磨，打磨平后再进行表面上的固定，并被预先埋于固定底座侧面。 

而上拉桁架梁固定机构几乎与下托桁架梁固定机构结构类似，仅存在细微的差别。

本发明主要是解决后架设连廊中遇到的问题，从上述技术方案中我们看出；与以往的现场架设大不相同，主要区别是，其架设固定机构方式不同，对于顶层桁架梁与底层桁架梁来说，它们均未用混凝土封装；仅是架设在固定底座上，仅对左右方向的滑动移位限制，长度方向伸缩自如，从而做到在不与原建筑进行一体结合的情况下，来解决后架设钢连廊的变形自如，解决传统出现的后架设与先施工之间的开裂问题等问题。 

Claims (6)

1.一种可伸缩的高空连体钢结构，它是由上拉桁架梁固定机构、中层梁固定机构、下托桁架梁固定机构、顶层桁架梁、底层桁架梁、中层梁和填充支撑构成；所述的顶层桁架梁、底层桁架梁、中层梁分别成对水平排列，每对顶层桁架梁和底层桁架梁通过连接件连接；所述的上拉桁架梁固定机构、中层梁固定机构和下托桁架梁固定机构分别埋设于两主体固定底座内，所述的顶层桁架梁、底层桁架梁、中层梁分别与上拉桁架梁固定机构、下托桁架梁固定机构和中层梁固定机构连接，填充支撑有序的安装于顶层桁架梁、底层桁架梁及中层梁之间形成钢结构走廊；其特征在于：所述顶层桁架梁和底层桁架梁分别平放于两侧主楼的固定底座预留空档内的上拉桁架梁固定机构、下托桁架梁固定在弧形钢板上，中层梁悬吊于顶层桁架梁、底层桁架梁之间；通过中层梁固定机构与中层梁在空中连接；在顶层桁架梁与中层梁之间、中层梁与中层梁之间以及中层梁与底层桁架梁之间设有连接吊杆；所述的上拉桁架梁固定机构和下托桁架梁固定机构分别通过两侧的滑槽挡板进行两侧限位；滑槽档板与顶层桁架梁下弦支座滑板、底层桁架梁上弦支座滑板之间留有间隙；中层梁固定机构的两块挡板左右卡持着中层梁。

2.根据权利要求1所述的一种可伸缩的高空连体钢结构，其特征在于：所述的上拉桁架梁固定机构、下托桁架梁固定机构是由固定底座、固定后座构成，所述的固定底座安装于固定底座内；固定后座水平安装于固定底座的正后方，与顶层桁架梁、底层桁架梁的下弦端、上弦端相对应；所述的固定底座是由支座预埋板、支座端板、弧形钢板和预埋锚栓构成；所述的支座预埋板，其上设有锚孔，与预埋锚栓穿孔塞焊，并预埋在固定底座内；所述的弧形钢板设立于支座端板之上，所述的支座端板上设有与锚孔相对应的穿孔；在弧形钢板的两侧设有滑槽挡板，所述的滑槽挡板呈倒置L形，焊接于弧形钢板上，所述的弧形钢板的宽度与顶层桁架梁下弦底部的支座滑板、底层桁架梁上弦底部的支座滑板宽相配合；滑槽挡板卡设于顶层桁架梁下弦底部的支座滑板、底层桁架梁上弦底部的支座滑板的边沿；所述的支座端板与弧形钢板一体成形；所述的支座端板的后端设有固定后座，所述的固定后座是由挡板翼缘和挡板腹板构成，所述挡板翼缘横向焊接于支座端板上，位于滑槽挡板的顶端；在挡板翼缘靠近桁架端部的一面设有缓冲层；所述的缓冲层是由固定板通过螺栓固定一层橡胶层形成。

3.根据权利要求1所述的一种可伸缩的高空连体钢结构，其特征在于：所述的挡板腹板由三块纵向排列的钢板焊接于挡板翼缘后面；所述挡板腹板的底面焊接于支座端板上。

4.根据权利要求1所述的一种可伸缩的高空连体钢结构，其特征在于：所述的中层梁固定机构是由中层梁预埋件、限位件和加强肋构成；所述的限位件和加强肋由四组构成，两两相对，由限位件左右夹持着中层梁的中间部位，所述的限位件是一块限位板，两限位板之间的宽度比中层梁上的中间部位宽度大20mm；所述的加强肋呈直角梯形，焊接于限位板的背面。

5.根据权利要求4所述的一种可伸缩的高空连体钢结构，其特征在于：所述的中层梁预埋件是由中层梁预埋板、中层梁预埋锚肋构成；所述的预埋锚肋呈矩阵排列于中层梁预埋板之下；所述的中层梁预埋板经过穿孔塞焊与中层梁预埋锚肋连接，并被预先埋于固定底座侧面。

6.根据权利要求2所述的一种可伸缩的高空连体钢结构，其特征在于：所述的支座预埋板与预埋锚栓通过穿孔塞焊焊接，焊接后将表面进行磨平处理；所述的预埋锚栓的下部设有拆弯部。

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