CN104196246B - 一种连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑钢结构技术领域，具体涉及一种连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升施工方法，包括如下主要步骤：设计布置阶段；计算分析阶段；深化加工阶段；现场拼装阶段；整体提升阶段；补装拆除阶段。本发明具有科学先进、受力合理、构造简单、施工方便、节点形式可靠等优点。

Description

一种连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升施工方法

技术领域

本发明属于建筑钢结构技术领域，具体涉及一种连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升施工方法。

背景技术

随着我国经济水平的提高，国家对基础设施投入力度的加大，为缓解日益加剧的交通运输压力，高铁、飞机成为输送客流的大动脉。因此，大批大型客运交通枢纽需要扩建、新建。因公共建筑对大跨、大空间的需求，采用大跨空间结构形式的公共建筑如雨后春笋般涌现。大跨空间结构公共建筑不仅是一个城市的地标，同时也象征着一个国家的建筑技术水平。

大跨空间桁架结构，因其跨越能力强，空间整体受力性能好，且具有良好的抗震性能，越来越受工程师青睐。采用连续桁架多向受力结构的钢屋盖，随着跨数、跨度、悬挑长度、安装高度、重量逐步攀升；受力体系也由简单的平面单向受力体系上升到空间多向受力体系。这些变化对安装方案提出了更高的要求，新型施工工艺应运而生。

在传统桁架结构施工中，通常采用分段吊装、高空散装、滑移等施工方法，但对大跨连续桁架多向受力结构，往往工期紧、多工种穿插作业，施工条件受限，作业空间狭小，常规施工方案已不能满足工程需求。液压同步提升技术具有施工速度快，安全性能高，经济性好，保证工期和质量等优点，在钢结构行业中应用越来越广泛。

提升是结构沿竖向的平行移动，提升结构在支承结构正上方，致使提升结构在就位前不可避免的与支承结构发生位置干涉，为避开支承结构的干涉，常采用以下方法：

1）结构拼装阶段水平坐标与设计水平坐标错开，提升到设计标高后再水平滑移到设计位置；

2）将结构在支撑位置断开，分段、分块提升；

3）搭设临时提升架或桅杆作为支承结构。

以上几种常规方法分别存在操作复杂、结构整体性差、临时措施量大等缺陷；因此，找到一种合理的施工方法越来越迫切。

有鉴于此，本发明提供一种连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升施工方法，本案由此而生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全性能高、经济性好、保证工期和质量、操作简单、结构整体性好的连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升施工方法。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案为：一种连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升施工方法，包括如下步骤：

1）设计布置阶段：根据支承结构和提升结构空间位置关系，确定需要被抽空的腹杆和断开的弦杆；

2）计算分析阶段：建立结构整体模型，对提升施工过程进行施工模拟分析；

3）深化加工阶段：根据空间放样和计算结果，对提升结构和临时加固系统进行深化设计；

4）现场拼装阶段：搭设拼装胎架，整体拼装提升结构，同步拼装临时加固系统，拼装阶段重点检查临时加固系统与提升结构之间的位置关系，保证拼装精度；

5）整体提升阶段：首先进行试提升，提升结构脱离胎架高度200mm，悬停24小时，对结构和液压提升系统进行全方位检查，确认无误后进行正式提升；

6）补装拆除阶段：结构提升到设计标高后，补装被抽空的腹杆和弦杆后装段，全部杆件后装完毕，焊缝探伤合格后，对称拆除临时加固系统。

进一步，所述设计布置阶段，根据提升结构特点和提升工艺要求设计临时加固系统：布置弦杆平面回字形套箍和连接上下弦杆的V形撑；其中回字形套箍由两个正方形组成，外圈大正方形与弦杆呈45°夹角，内圈小正方形垂直于弦杆，并支撑在大正方形四边中点。

进一步，所述计算分析阶段，计算模型采用加固后的模型，边界约束按实际情况选取，荷载考虑恒载、活载、风荷载和不同步提升影响，采用加固后的模型进行施工模拟分析，并与原设计模型分析结果进行对比。

进一步，所述深化加工阶段，回字形临时临时加固系统与桁架弦杆相贯焊接连接，在临时加固系统杆件端部开设相贯口，相贯口弧度同主结构弦杆外径。

进一步，所述补装拆除阶段，采用气割方式切割，防止在气割的时候损伤主结构弦杆，切割口距离弦杆外壁不小于10mm；气割完毕，将气割口打磨平整，补涂油漆。

本发明具有诸多优点与收益效果：

一、科学先进、受力合理：相对于传统提升施工方法，避免了结构拼装错位，提升到设计标高后再滑移的繁琐过程。临时临时加固系统由回字形加强套箍和V形撑组成，形式简洁、轻巧。回字形加强套箍主要传递支座位置轴力，V形撑主要传递支座位置剪力。充分利用了三角形的稳定性，并形成一个自平衡体系。加固杆件以受轴力为主，能充分发挥材料的强度。并保证了原结构的整体性，与设计状态最为吻合。

二、构造简单、施工方便：回字形加强套箍、V形撑与提升结构相贯焊连接。在深化加工阶段开设相贯口，深化、加工便利。现场拼装阶段焊接，施工方便。

三、节点形式可靠：相贯焊缝连接节点，传力可靠，且对主结构影响小。

四、适应性强：可适应不同管径、不同角度、长度的要求。

五、稳定性好：回字形套箍中的小正方形对大正方形起到面外支撑作用，减小长细比，临时加固系统稳定性好。

六、经济性好：减少了临时措施用量，经济性好。符合国家提出的可持续发展政策，同时对国家最新倡导的绿色环保建筑在施工方面也有了较好的响应与落实。

综上所述，实践证明，本发明在工程上取得了良好的效果，结构顺利提升到位，从而完成了连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升。

附图说明书

图1为本发明的结构提升点布置图；

图2是提升过程示意图；

图3是回字形套箍、支承结构与原结构位置关系示意图；

图4是V形撑、抽空杆件与原结构位置关系示意图；

图5是回字形加强套箍与V形撑共同组成的临时加固系统示意图；

图6是原结构局部抽空的部分示意图；

图7是原结构局部抽空后的结构示意图；

图8是加固后的结构示意图；

图9是提升过程示意图；

图10是提升到设计位置、补装后装杆件前结构示意图；

图11是提升到设计标高后，补装后装杆件完毕、拆除提升系统示意；

图12是拆除临时加固系统，结构回归到设计状态示意图。

具体实施方式

本发明的实施例如图1-12所示，对具体实施方式作进一步描述如下：

如图1-12所示的一种连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升施工方法是本发明的实施例之一。其总建筑面积达9.92万㎡，地上二层、地下一层，局部设置夹层。主体结构形式为钢筋混凝土框架结构加双向钢桁架结构，钢屋盖采用双向正交正放桁架结构。桁架结构平面投影为矩形，桁架屋盖南北长389.3m，东西长201m，东西向悬挑27.5m，南北向悬挑24.5m，最高点高度37.2m，最低点32.2m。基本柱网横向为三跨，跨度为40m、66m、40m三者之和146m；纵向最大柱距为53.1m。

钢屋盖采用“分区拼装、分区提升”的安装方案，拼装位置位于屋盖正下方9.85m标高楼面，最大提升高度21.85m，最大提升分区面积23500㎡，最大提升重量3300t。

本实施例包括四大部分：提升结构、支承结构、临时加固系统和提升系统，其中提升结构为局部抽空的多向连续桁架，支承结构为钢骨柱（含支座），临时加固系统由回字形套箍和V形撑组成，提升系统有提升架和液压提升设备组成。

采用局部抽空原位提升施工方法，充分利用结构既有支承柱，将屋盖在楼面拼装，对干涉位置进行局部抽空和加固处理，再提升到设计标高，从而完成钢屋盖安装。

具体步骤如下：

（1） 设计布置阶段

结合图1、2所示，根据提升结构的结构形式和施工方案，布置提升8；

结合图3、4所示，根据支承结构9和提升结构10空间位置关系（图2），确定需要被抽空的腹杆5和断开的弦杆2（图3、图4）。通常，与支座7相连的腹杆5需要后装，弦杆2设置后装段6，后装段6长度除满足规范要求外，被断开的弦杆2位置距离支座7边沿的距离保持在200mm左右较为合适。

根据提升结构特点和提升工艺要求，布置弦杆2平面回字形套箍1和连接上下弦杆2的V形撑4。其中回字形套箍1由两个正方形组成，外圈大正方形与弦杆2呈45°夹角，内圈小正方形垂直于弦杆2，并支撑在大正方形四边中点，从而确定临时加固系统11平面尺寸。在满足提升工艺要求的前提下，回字形套箍1应尽可能小。

（2）计算分析阶段

建立结构整体模型，对提升施工过程进行施工模拟分析。计算模型采用加固后的模型（图8），边界约束按实际情况选取，荷载考虑恒载、活载、风荷载和不同步提升影响。采用加固后的模型进行施工模拟分析，并与原设计模型（图12）分析结果进行对比。结构内力、变形满足提升施工要求。对附加应力较大的杆件进行替换，不仅确保了结构施工过程的安全性，更能保障结构使用状态的安全性。

根据提升施工模拟分析，确定回字形加强套箍1和V形撑4的截面规格。考虑施工的便利性，回字形加强套箍1的管径、壁厚宜略小于桁架弦杆，材质不低于主结构。

（3）深化加工阶段

根据空间放样和计算结果，对提升结构10和临时加固系统11进行深化设计。回字形临时加固系统11与桁架弦杆相贯焊接连接。在临时加固系统11杆件端部开设相贯口，相贯口弧度同主结构弦杆外径。工厂加工时，利用相贯线切割机进行数控切割。主弦杆断开位置应做成平面切口，全熔透对接焊接连接。

临时加固系统同主结构一起深化、加工制作。

（4）现场拼装阶段

拼装平台设置在屋盖正下方；搭设拼装胎架，整体拼装提升结构10（图7），同步拼装临时加固系统11（图5）。拼装阶段重点检查临时加固系统11与提升结构10之间的位置关系，保证拼装精度。临时加固系统11与弦杆2之间的焊缝100%探伤，焊缝质量要求满足《钢结构焊接规范》要求。拼装阶段、同步安装提升系统。

（5）整体提升阶段

首先进行试提升，提升结构10脱离胎架高度200mm，悬停24小时，对结构和液压提升系统进行全方位检查，确认无误后进行正式提升，按提升方案提升至设计标高（图10）。

液压同步提升系统施工技术已非常成熟，此处不再赘述。

（6）补装拆除阶段

结构提升到设计标高后，补装被抽空的腹杆5和弦杆2后装段6（图9）。全部杆件后装完毕，焊缝探伤合格后，对称拆除临时加固系统11。采用气割方式切割，防止在气割的时候损伤主结构弦杆2，切割口距离弦杆2外壁不小于10mm；气割完毕，将气割口打磨平整，补涂油漆。

结构回归到设计状态（图10），建筑效果还原初始设计形态。

上述实施例仅用于解释说明本发明的构思，而非本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性改动，比如提升结构为网架或其它网格结构、加强套箍由回字形改为口字型等，均应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

设计布置阶段：根据支承结构和提升结构空间位置关系，确定需要被抽空的腹杆和断开的弦杆；

计算分析阶段：建立结构整体模型，对提升施工过程进行施工模拟分析；

深化加工阶段：根据空间放样和计算结果，对提升结构和临时加固系统进行深化设计；

现场拼装阶段：搭设拼装胎架，整体拼装提升结构，同步拼装临时加固系统，拼装阶段重点检查临时加固系统与提升结构之间的位置关系，保证拼装精度；

整体提升阶段：首先进行试提升，提升结构脱离胎架高度200mm，悬停24小时，对结构和液压提升系统进行全方位检查，确认无误后进行正式提升；

补装拆除阶段：结构提升到设计标高后，补装被抽空的腹杆和弦杆后装段，全部杆件后装完毕，焊缝探伤合格后，对称拆除临时加固系统。

2.根据权利要求1所述的一种连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升施工方法，其特征在于：所述设计布置阶段，根据提升结构特点和提升工艺要求设计临时加固系统：布置弦杆平面回字形套箍和连接上下弦杆的V形撑；其中回字形套箍由两个正方形组成，外圈大正方形与弦杆呈45°夹角，内圈小正方形垂直于弦杆，并支撑在大正方形四边中点。

3.根据权利要求1所述的一种连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升施工方法，其特征在于：所述计算分析阶段，计算模型采用加固后的模型，边界约束按实际情况选取，荷载考虑恒载、活载、风荷载和不同步提升影响，采用加固后的模型进行施工模拟分析，并与原设计模型分析结果进行对比。

4.根据权利要求1所述的一种连续桁架多向受力结构局部抽空原位提升施工方法，其特征在于：所述补装拆除阶段，采用气割方式切割，防止在气割的时候损伤主结构弦杆，切割口距离弦杆外壁不小于10mm；气割完毕，将气割口打磨平整，补涂油漆。