CN104631684A - 基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢结构应用技术领域，具体公开了基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统及其组装方法，由变截面箱型支撑组件和凹形顶盖组件构成。本发明基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统有益效果在于：1、其结构简单，组装、精准便捷；2、安装时斜柱起到连接与支撑作用，斜支撑和交叉支撑所组成的菱形结构，支撑稳定、可靠；3、摇摆柱和圆形支撑座分别与混泥土连接固定支撑，提高支撑钢结构的承载力；4、内凹顶盖钢结构整体采用中心辐射状的径向钢拉梁，形成以张力为主的单层受拉网壳，顶盖中心设中心刚性环，以便于径向钢拉梁的连接与节点构造，同时采用桁架布置以提高中心刚性环的刚度。

Description

基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统及其组装方法

技术领域

本发明属于钢结构应用技术领域，具体涉及基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统及其组装方法。

背景技术

江苏大剧院建筑形体好似八方汇聚而来的几颗水珠，饱满光润、晶莹剔透，

是集演艺、会议、展示、娱乐等功能为一体的大型文化综合体，具备接待世界一

流艺术表演团体演出的条件和能力；大剧院建筑在满足使用功能的同时，按照三

星级绿色建筑标准进行设计，创造环保节能的观演类建筑空间，为观众提供观看

表演的最优质的整体环境，建成后将成为江苏省和南京市的标志性文化建筑，江苏大剧院总建筑面积270223平方米，建筑高度47.3米。

由于本钢结构外罩结构尺度较大，外形呈不规则布置，节点构造复杂，这给钢结构制作及安装带来了极大的困难；同时，本工程为超大型综合工程，钢结构制作、安装、混凝土施工、幕墙以及设备安装各专业工种均紧密相关，互相影响，所以存在大量的交叉施工及难点。

因此，基于上述问题，本发明提供基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统及其组装方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统及其组装方法，其结构简单、便于进行精准的安装且外形美观。

技术方案：本发明一方面提供基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统，由变截面箱型支撑组件和凹形顶盖组件构成；所述变截面箱型支撑组件，包括顶环梁，及与顶环梁连接的斜柱，及设置在相邻斜柱之间的斜支撑、中环梁和交叉支撑，及设置在斜柱上的摇摆柱；所述凹形顶盖组件，与顶环梁连接的拉梁，及与拉梁一端连接的内环梁，及均匀设置在拉梁上的连接支撑件，其中，连接相邻拉梁的连接支撑件组成圆形结构、且圆形结构由顶环梁向内环梁逐渐递减。

本技术方案的，所述变截面箱型支撑组件还包括设置在斜柱一端的圆形支撑座。

本技术方案的，所述内环梁，包括圆形支撑本体，及均匀设置在圆形支撑本体上的第一支撑板连接牛腿，及一端与第一支撑板连接牛腿连接的支撑板，及设置在圆柱形支撑柱上、且与支撑板另一端连接的第二支撑板连接牛腿，及均匀设置在圆柱形支撑柱上的拉梁连接牛腿。

本发明另一方面提供基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统的组装方法，包括以下步骤，变截面箱型支撑组件的安装，1）首先采用临时支撑顶部调节装置调整斜柱2倾斜角度，斜柱2定位倾斜角度采用临时支撑进行初步定位，通过在临时支撑的顶部设置调整油泵，用油泵微调将斜柱的倾斜角度调整到位，临时支撑应采用缆风绳稳定加固。2）再采用经纬仪和全站仪对斜柱2定位轴线和标高进行监控，斜柱2倾斜角度调整后，用临时马板卡死，然后采用经纬仪对斜柱轴线进行监测，用全站仪对斜柱顶部标高进行测量，确保轴线和标高的安装正确。凹形顶盖组件的安装，3）保证胎架刚度及定位模板高度可调，由于顶环梁1分段重量重，所以定位用的支撑胎架必须保证具有足够的刚度，同时定位模板采用可调装置，确保模板高度具有可调作用，以随时调整定位标高。4）预放焊接收缩余量和变形值，顶环梁1分段安装时，通过分析和计算，将顶环梁节段的定位位置统一向外侧移出约5mm，同时在每个分段接口处预放2mm焊接收缩余量，使顶环梁1焊接后实际定位精度通过抵消焊接收缩和变形后更接近理想的安装精度。5）预留合拢口，分区对称安装，为避免顶环梁1分段安装出现累积误差，顶环梁1安装时分为左右二个区，并在二个区之间设置二个合拢段，作为调整段，每个区内的顶环梁分段安装定位时从中间向二端对称安装，使累积误差影响减小，最后通过摇摆柱6、圆形支撑座7与混泥土结构安装固定。

与现有技术相比，本发明基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统及其组装方法有益效果在于：1、其结构简单，组装、精准便捷；2、安装时斜柱起到连接与支撑作用，斜支撑和交叉支撑所组成的菱形结构，支撑稳定、可靠；3、摇摆柱和圆形支撑座分别与混泥土连接固定支撑，提高支撑钢结构的承载力；4、内凹顶盖钢结构整体采用中心辐射状的径向钢拉梁，形成以张力为主的单层受拉网壳，顶盖中心设中心刚性环，以便于径向钢拉梁的连接与节点构造，同时采用桁架布置以提高中心刚性环的刚度；5、径向钢拉梁间以3 m间距布置环梁钢梁，以协调各钢拉梁间的变形能力，同时可兼作主檩使用。

附图说明

图1是本发明的基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统的结构示意图；

图2是本发明的基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统安装后的结构剖面图；

图3是本发明的基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统的变截面箱型支撑组件结构示意图；

图4是本发明的基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统的凹形顶盖组件结构示意图；

图5是本发明的基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统的内环梁结构示意图；

图6至图8是本发明的基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统的变截面箱型支撑组件安装结构示意图；

图9至图10是本发明的基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统的凹形顶盖组件安装结构示意图；

其中，图中序号如下：1-顶环梁、2-斜柱、3-斜支撑、4-中环梁、5-交叉支撑、6-摇摆柱、7-圆形支撑座、8-内环梁、9-拉梁、10-连接支撑件、11-圆形支撑本体、12-第一支撑板连接牛腿、13-支撑板、14-第二支撑板连接牛腿、15-圆柱形支撑柱、16-拉梁连接牛腿。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

如图1、图2、图3和图4所示的基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统，由变截面箱型支撑组件和凹形顶盖组件构成；变截面箱型支撑组件，包括顶环梁1，及与顶环梁1连接的斜柱2，及设置在相邻斜柱2之间的斜支撑3、中环梁4和交叉支撑5，及设置在斜柱2上的摇摆柱6；凹形顶盖组件，与顶环梁1连接的拉梁9，及与拉梁9一端连接的内环梁8，及均匀设置在拉梁9上的连接支撑件10，其中，连接相邻拉梁9的连接支撑件10组成圆形结构、且圆形结构由顶环梁1向内环梁8逐渐递减。

进一步优选的，变截面箱型支撑组件还包括设置在斜柱2一端的圆形支撑座7，用于对变截面箱型支撑组件与建筑混凝土面进行快速、稳定的安装；如图5所示的内环梁8，包括圆形支撑本体11，及均匀设置在圆形支撑本体11上的第一支撑板连接牛腿12，及一端与第一支撑板连接牛腿12连接的支撑板13，及设置在圆柱形支撑柱15上、且与支撑板13另一端连接的第二支撑板连接牛腿14，及均匀设置在圆柱形支撑柱15上的拉梁连接牛腿16，一方面内环梁钢构件采用钢管截面，圆柱形支撑柱通过拉梁连接牛腿与拉梁相连，内侧通过支撑板与圆形支撑本体相连，对整个结构起到支撑的作用，另一方面整体内环梁构件呈折线圆环状，圆柱形支撑柱采用钢管截面，直径最大为1000mm，壁厚最大为40mm，钢材采用高建钢Q390GJC支撑载重量大、稳定。

实施例

进一步的图6、图7和图8所示，变截面箱型支撑组件的安装，1）首先采用临时支撑顶部调节装置调整斜柱2倾斜角度，斜柱2定位倾斜角度采用临时支撑进行初步定位，通过在临时支撑的顶部设置调整油泵，用油泵微调将斜柱的倾斜角度调整到位，临时支撑应采用缆风绳稳定加固；

2）再采用经纬仪和全站仪对斜柱2定位轴线和标高进行监控，斜柱2倾斜角度调整后，用临时马板卡死，然后采用经纬仪对斜柱轴线进行监测，用全站仪对斜柱顶部标高进行测量，确保轴线和标高的安装正确；

如图9、图10所示，凹形顶盖组件的安装，3）保证胎架刚度及定位模板高度可调，由于顶环梁1分段重量重，所以定位用的支撑胎架必须保证具有足够的刚度，同时定位模板采用可调装置，确保模板高度具有可调作用，以随时调整定位标高。

4）预放焊接收缩余量和变形值，顶环梁1分段安装时，通过分析和计算，将顶环梁节段的定位位置统一向外侧移出约5mm，同时在每个分段接口处预放2mm焊接收缩余量，使顶环梁1焊接后实际定位精度通过抵消焊接收缩和变形后更接近理想的安装精度。

5）预留合拢口，分区对称安装，为避免顶环梁1分段安装出现累积误差，顶环梁1安装时分为左右二个区，并在二个区之间设置二个合拢段，作为调整段，每个区内的顶环梁分段安装定位时从中间向二端对称安装，使累积误差影响减小，最后通过摇摆柱6、圆形支撑座7与混泥土结构安装固定。

其中，本屋面系统的顶环梁1，采用大型卷板机卷制成形，控制椭圆度，采用伸臂埋弧焊机焊接钢管对接焊缝，采用端面机加工保证钢管的长度和端面角度，采用平台地面划线组装的方法精确控制牛腿的组装精度；采用预拼装的方法，顶环梁分段加工后，采用预拼装的方法在工厂进行分段间的对接拼装，模拟现场安装位置，使每个分段间进行一次预拼，确保安装精度。

本屋面系统的内环梁8，采用大型卷板机卷制成形，控制椭圆度，采用伸臂埋弧焊机焊接钢管对接焊缝，采用端面机加工保证钢管的长度和端面角度，中心米字形节点采用单独加工制作，控制节点角度和焊接变形；节点拼接板采用数控等离子切割机进行切割下料，节点在专用组装胎架上进行整体组装，并严格控制各节点连接端口尺寸精度；内环梁钢管分段加工后，采用整体拼装的方法在工厂进行分段间的对接拼装，模拟现场安装位置，使每个分段间进行一次预拼，确保安装精度，并在整体拼装后再进行安装内环梁内外侧的牛腿，确保内环梁的整体性和节点的整体精度。

本屋面系统的拉梁9，拉梁腹板要求采用数控整体切割，不得采用折弯或拼装形成弧形状，翼缘板由于弧度不大，可在组装前先用卷板机加工成弧形，然后用油压机进行焊接反变形的压制，焊接采用埋弧焊接，先焊上翼缘后焊下翼缘，以保证拉梁挠度为正值，对于与顶环梁连接的向心关节轴承，安装前必须先对连接板进行镗孔，加工成紧配的位形公差，进行紧配组装；拉梁长度较长，工厂采用分段制作，同时为保证现场安装时拉梁二端连接节点以及与中间其它环梁连接节点的安装精度，采用在工厂进行拉梁制作分段间的预拼装，保证分段长度以及分段接口处板边差、坡口间隙、连接板的相对位置符合安装要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统，其特征在于：由变截面箱型支撑组

件和凹形顶盖组件构成；所述变截面箱型支撑组件，包括顶环梁（1），及与顶环梁（1）连接的斜柱（2），及设置在相邻斜柱（2）之间的斜支撑（3）、中环梁（4）和交叉支撑（5），及设置在斜柱（2）上的摇摆柱（6）；所述凹形顶盖组件，与顶环梁（1）连接的拉梁（9），及与拉梁（9）一端连接的内环梁（8），及均匀设置在拉梁（9）上的连接支撑件（10），其中，连接相邻拉梁（9）的连接支撑件（10）组成圆形结构、且圆形结构由顶环梁（1）向内环梁（8）逐渐递减。

2.根据权利要求1所述的基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统，其特征在于：所述变截面箱型支撑组件还包括设置在斜柱（2）一端的圆形支撑座（7）。

3.根据权利要求1所述的基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统，其特征在于：所述内环梁（8），包括圆形支撑本体（11），及均匀设置在圆形支撑本体（11）上的第一支撑板连接牛腿（12），及一端与第一支撑板连接牛腿（12）连接的支撑板（13），及设置在圆柱形支撑柱（15）上、且与支撑板（13）另一端连接的第二支撑板连接牛腿（14），及均匀设置在圆柱形支撑柱（15）上的拉梁连接牛腿（16）。

4.基于混凝土建筑的单层网壳钢结构屋面系统的组装方法，其特征在于：包括以下步骤，第一步，变截面箱型支撑组件的安装，1）首先采用临时支撑顶部调节装置调整斜柱2倾斜角度，斜柱2定位倾斜角度采用临时支撑进行初步定位，通过在临时支撑的顶部设置调整油泵，用油泵微调将斜柱的倾斜角度调整到位，临时支撑应采用缆风绳稳定加固；

2）再采用经纬仪和全站仪对斜柱2定位轴线和标高进行监控，斜柱2倾斜角度调整后，用临时马板卡死，然后采用经纬仪对斜柱轴线进行监测，用全站仪对斜柱顶部标高进行测量，确保轴线和标高的安装正确；

第二步，凹形顶盖组件的安装，3）保证胎架刚度及定位模板高度可调，由于顶环梁1分段重量重，所以定位用的支撑胎架必须保证具有足够的刚度，同时定位模板采用可调装置，确保模板高度具有可调作用，以随时调整定位标高；

4）预放焊接收缩余量和变形值，顶环梁1分段安装时，通过分析和计算，将顶环梁节段的定位位置统一向外侧移出约5mm，同时在每个分段接口处预放2mm焊接收缩余量，使顶环梁1焊接后实际定位精度通过抵消焊接收缩和变形后更接近理想的安装精度；

5）预留合拢口，分区对称安装，为避免顶环梁1分段安装出现累积误差，顶环梁1安装时分为左右二个区，并在二个区之间设置二个合拢段，作为调整段，每个区内的顶环梁分段安装定位时从中间向二端对称安装，使累积误差影响减小，最后通过摇摆柱6、圆形支撑座7与混泥土结构安装固定。