CN105442701A - 一种空间网架结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种空间网架结构及其施工方法，涉及建筑工程技术领域，针对现有钢结构网架用钢量大，使得整体刚度变弱，及安装施工难度增大，工作效率降低的问题。空间网架结构是由若干网架单元连续拼装而成的空间网格结构；网架单元包括沿其轴线径向分布的若干杆件，各杆件交汇的端部通过连接板固接在一起，且杆件由铝合金材料制成。施工方法：在工厂预制若干杆件及连接板；在现场安装施工中，先需将各构件编号，并与设计图纸一一对应、分类，使网架单元内的各杆件与连接板螺栓连接，杆件通过支座支撑在建筑物的混凝土结构上或钢柱上，从而逐步完成空间网架结构的拼装及固定。

Description

一种空间网架结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种空间网架结构及其施工方法。

背景技术

钢结构网架是一个由很多构件组成的空间体系，具有空间受力体系整体性好、刚度大、抗震性能好等优点，构成网架的基本单元有三角锥，三棱体，正方体，截头四角锥等；网架杆件通过节点结构(焊接钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点及焊接短钢管节点等)把杆件联系在一起组成空间形体，该节点上汇交的杆件数量随钢结构网架形式不同而变化，通常，节点的重量一般为钢结构网架总重量的20～25％，所占用钢量的比重较大，而且，当建筑物跨度较大时，由于钢结构网架高度较大，单元网格也较大，在较大内力的作用下杆件必然很粗，节点直径增大，对于受长细比控制的杆件，钢材的高强性能难以发挥作用，使得钢结构网架的整体刚度变弱，易发生变形现象。

另外，钢结构网架安装采用高空散装法，借助于吊车等吊装工具分类分区就位堆放，根据施工图纸的平面尺寸、空间结构等特点，在施工现场进行拼装，安装过程中需搭设承重脚手架进行高空作业，每个独立分区安装的顺序均由建筑物对称轴向两侧推进安装，单元间拼装完成时采用倒链和千斤顶进行安装精度调整和校正，因此，在钢结构网架安装施工过程中，对承重脚手架及现场机械设备的停机位置均有较高的要求，导致施工难度增大，工作效率降低。

发明内容

针对现有的钢结构网架用钢量大，使得钢结构网架整体刚度变弱，其安装施工过程中，对承重脚手架及现场机械设备的停机位置均有较高的要求，导致施工难度增大，工作效率降低的问题，本发明的目的是提供一种空间网架结构及其施工方法，采用铝合金材料制作杆件，不但减轻了空间网架结构的自重，节省了材料用量，降低了造价，而且结构较传统节点结构更加简单，施工更加方便。

本发明解决其技术问题所采用的一种空间网架结构，安装于建筑物的顶部，它是由若干网架单元连续拼装而成的空间网格结构；所述网架单元包括沿其轴线径向分布的若干杆件，各所述杆件交汇的端部通过连接板固接在一起，且所述杆件由铝合金材料制成。

优选的，所述杆件是由工字铝，及位于所述工字铝长度方向的两块侧板构成的闭合柱状结构。

优选的，所述连接板由铝合金材料制成，它包括位于所述杆件一侧的连接板一和位于所述杆件另一侧的连接板二，所述连接板一和所述连接板二均覆盖所述网架单元内各杆件交汇的端部，且所述连接板一和所述连接板二均与所述杆件的端部螺栓连接。

优选的，还包括若干不锈钢吊挂环，所述不锈钢吊挂环沿所述空间网架结构的脊线布置，且螺栓连接在位于顶部的所述连接板的中部。

优选的，还包括若干支座，所述支座包括铰接连接的支座本体和支座臂，所述支座本体的底部锚固在所述建筑物的混凝土结构内或焊接在所述建筑物的钢柱上，所述支座臂与所述杆件螺栓连接。

优选的，当所述支座本体底部需锚固在所述混凝土结构内时，所述支座本体包括相互垂直设置的底板一和侧板一，所述底板一与锚固件连接，所述支座臂包括相互垂直设置的底板二及侧板二，所述底板二与所述空间网架结构的杆件螺栓连接，所述侧板一与所述侧板二上设有相对应的通孔，并通过销轴连接；所述锚固件包括基板，所述基板的顶部固接有相对设置的一对截面为L形的扣件，所述支座本体的底板一牢固卡扣在一对所述扣件内，所述基板的底部居中焊接有一十字抗剪键，所述基板的底部四周焊接有若干锚筋。

优选的，所述十字抗剪键的长度h大于等于150mm，所述锚筋的锚入长度h'大于等于30d，其中，d为所述锚筋的直径。

优选的，所述支座本体的底板一与所述锚固件的基板之间还设有密封层，所述密封层由3mm厚聚四氟乙烯材料制成。

优选的，所述连接板的形状为圆形、矩形、多边形或与交汇杆件端部的形状相配合。

另外，本发明还提供了一种空间网架结构的施工方法，步骤如下：

一、按设计要求，在工厂预制若干所述杆件及所述连接板；

一、在现场安装施工中，先需将各构件编号，并与设计图纸一一对应、分类，使所述网架单元内的各杆件与连接板螺栓连接，所述杆件通过所述支座支撑在所述建筑物的混凝土结构上或钢柱上，从而逐步完成所述空间网架结构的拼装及固定。

本发明的效果在于：

一、由于能源中心释放的气体会腐蚀传统钢结构网架，而且长时间的日晒雨淋也会使传统钢结构网架锈迹斑斑，而本发明的空间网架结构，一方面，由连接板取代传统钢结构网架的节点结构(焊接钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点及焊接短钢管节点等)，不但减轻了空间网架结构的自重，节省了材料用量，而且结构较传统节点结构更加简单，施工更加方便；另一方面，采用铝合金材料制作杆件，铝合金强度比较高，具有良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性，能够避免外界不利环境对空间网架结构的侵蚀和破坏，从而保证施工质量；而且，由于铝合金密度低，空间网架结构每平方米铝合金的耗材量约为18kg/m²，约为钢结构网架的1/2～1/3，因此，本实施例的空间网架结构在节约自身材料用量的同时大大减轻了施加于其下部建筑结构的荷载，减少了下部建筑结构的建筑材料消耗量，空间网架结构的综合造价比传统钢结构网架低约20％；除此之外，铝合金材料的再生利用率比钢材高出30％，因而能够进一步降低材料成本。

二、本发明的一种空间网架结构的施工方法，空间网架结构的各构件预先通过工厂精准制作，按设计图纸现场拼装并固定，由于全部采用螺栓连结，无现场焊接，施工环节单一，大大降低了施工管理及质量控制难度；而且，在下部混凝土结构的承载能力有限，而且起重机械没有停机位置的不利条件下，该施工方法拼装过程中，几乎可以不用任何机械设备，基本均采用人工作业，与传统钢结构网架需采用高空人工散拼工作相比，既提高了施工效率，又使得施工安全性得以保障；另外，由于建筑物施工不受上部空间网架结构施工的影响，使得空间网架结构拼装作业能够与下部建筑工程同步施工，从而加快了整个工程的进度。

附图说明

图1为本发明一实施例网架单元的结构示意图；

图2为图1的A-A向的剖面图；

图3为本发明一实施例中杆件通过支座固定于混凝土结构中的示意图；

图4为图3的B向的侧视图；

图5为本发明一实施例中锚固件的仰视图；

图6为本发明另一实施例中杆件通过支座固定于钢柱上的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种空间网架结构及其施工方法作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

实施例一：本实施例以某能源中心建筑物顶部装饰网架的施工为例，下面结合图1至图6说明本发明的一种空间网架结构，它是由若干网架单元10连续拼装而成的空间网格结构；如图1和图2所示，网架单元10包括沿其轴线ax径向分布的若干杆件11，各杆件11交汇的端部通过连接板12固接在一起，且上述杆件11由铝合金材料制成。

由于能源中心释放的气体会腐蚀传统钢结构网架，而且长时间的日晒雨淋也会使传统钢结构网架锈迹斑斑，而本实施例的空间网架结构，一方面，由连接板12取代传统钢结构网架的节点结构(焊接钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点及焊接短钢管节点等)，不但减轻了空间网架结构的自重，节省了材料用量，而且结构较传统节点结构更加简单，施工更加方便；另一方面，采用铝合金材料制作杆件11，铝合金强度比较高，具有良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性，能够避免外界不利环境对空间网架结构的侵蚀和破坏，从而保证施工质量；而且，由于铝合金密度低，空间网架结构每平方米铝合金的耗材量约为18kg/m²，约为钢结构网架的1/2～1/3，因此，本实施例的空间网架结构在节约自身材料用量的同时大大减轻了施加于其下部建筑结构的荷载，减少了下部建筑结构的建筑材料消耗量，单一从结构造价上计算，该空间网架结构的造价比传统钢结构网架低约10％，而且，下部建筑结构还可节省5％～8％的造价，并减少了日后维护的费用，因此，本实施例的空间网架结构的综合造价比传统钢结构网架低约20％；除此之外，铝合金材料的再生利用率比钢材高出30％，因而能够进一步降低材料成本。

优选的，上述杆件11是由工字铝，及位于工字铝长度方向的两块侧板构成的闭合柱状结构；也就是说，工字铝型材两侧上、下翼缘之间各焊接一块侧板制成上述杆件11，工字铝的断面力学性能更为优良，侧向刚度大且抗弯能力强，使得制得的杆件11整体结构稳定性更强；上述工字铝及侧板均是在工厂预先切割并焊接完成，为后续现场的准确安装提供了保障；更进一步，各杆件11交汇的端部加工成楔形，更有利于拼装施工。

如图1和图2所示，上述连接板12由铝合金材料制成，它包括位于杆件11一侧的连接板一12a和位于杆件11另一侧的连接板二12b，连接板一12a和连接板二12b均覆盖网架单元10内各杆件11交汇的端部，且连接板一12a和连接板二12b均与各杆件11的端部螺栓连接；交汇的各杆件11的两侧均与连接板12a、12b螺栓连接，使得网架单元10的空间结构更为稳定可靠，而且拼装施工更加方便、安全，大量减少了高空焊接作业。

如图2所示，空间网架结构还包括若干不锈钢吊挂环13，在建筑物清洗工作中，不锈钢吊挂环13用于固定工作人员的安全绳，不锈钢吊挂环13沿空间网架结构的脊线布置，且螺栓连接在位于顶部的连接板一12a的中部；本实施例中的不锈钢吊挂环13底部连接M20不锈钢螺杆，且M20不锈钢螺杆底端贯穿连接板一12a并由M20不锈钢螺母固定，不锈钢吊挂环13与铝合金的连接板一12a螺栓连接，既保证了不锈钢吊挂环13与空间网架结构的可靠连接，又便于拆装。

如图3至图5所示，空间网架结构还包括若干支座14，支座14包括铰接连接的支座本体141和支座臂142，支座本体141的底部锚固在建筑物的混凝土结构1内，支座臂142与杆件11螺栓连接；空间网架结构通过若干支座14支撑于混凝土结构1上，支座本体141与支座臂142相铰接，不但便于施工，而且有利于空间网架结构的调整及校正。具体而言，支座本体141包括相互垂直设置的底板一和侧板一，底板一与锚固件15连接，支座臂142包括相互垂直设置的底板二及侧板二，底板二与空间网架结构的杆件11螺栓连接，侧板一与侧板二上设有相对应的通孔，并通过销轴连接；更进一步，如图4及图5所示，锚固件15包括基板151，基板151的顶部固接有相对设置的一对截面为L形的扣件154，支座本体141的底板一牢固卡扣在一对扣件154内，从而实现与锚固件15的可拆卸连接；基板151的底部居中焊接有一十字抗剪键152，基板151底部四周焊接有若干锚筋153，其中，十字抗剪键152是呈“十”字形设置的两块钢板，其作用是抵抗支座本体141底部剪力，防止支座本体141与混凝土结构1上表面之间出现滑移，锚筋153是进一步加固支座本体141与混凝土结构1之间的稳固连接。

如图3所示，十字抗剪键152的长度h大于等于150mm，锚筋153的锚入长度h'大于等于30d，其中，d为锚筋153的直径,满足上述长度的十字抗剪键152和锚筋153，能够保证支座本体141与混凝土结构1的连接强度。

优选的，如图4所示，支座本体141的底板一与锚固件15的基板151之间还设有密封层143，上述密封层143由3mm厚聚四氟乙烯(特氟龙)材料制成；聚四氟乙烯材料具有耐辐照性能和较低的渗透性，它长期暴露于大气中，能够保持性能不发生变化。

上述连接板12的形状为圆形、矩形、多边形或与交汇杆件11端部的形状相配合；如图1所示，本实施例的网架单元10具有6个等间距径向分布的杆件11，连接板12的形状与交汇杆件11端部的形状相配合，连接板12为具有6个等间距凸齿和凹齿的圆形，且凸齿的宽度与杆件11的宽度相同。

实施例二：如图6所示，与实施例一不同的是，支座本体141底板一的另一端设有连接杆，连接杆焊接在建筑物的钢柱2上，使得空间网架结构能够支撑在建筑物的钢柱2上。

实施例三：结合图1至图6说明本发明的一种空间网架结构的施工方法，具体步骤如下：

二、按设计要求，在工厂预制若干杆件11及连接板12，为了确保加工精度和提高生产能力，本实施例采用精度高的数控车床和立式多轴加工中心，并配备精密刀具完成工字铝、侧板及连接板12的切割，以保证各构件的加工质量及精度要求；

二、在现场安装施工中，先需将各构件编号，并与设计图纸一一对应、分类，使网架单元10内的各杆件11与连接板12螺栓连接，杆件11通过支座14支撑在建筑物的混凝土结构1上或钢柱2上，从而逐步完成空间网架结构的拼装及固定，安装过程中采用满堂架空支撑脚手搭设、高空单件散装方案，部分无法搭设满堂脚手架的地方局部使用可移动脚手架来配合现场特殊工况，并严格按铝合金施工规范要求，确保安装误差在允许的范围内。

本发明的一种空间网架结构的施工方法，空间网架结构的各构件预先通过工厂精准制作，按设计图纸现场拼装并固定，由于全部采用螺栓连结，无现场焊接，施工环节单一，大大降低了施工管理及质量控制难度；而且，在下部混凝土结构的承载能力有限，而且起重机械没有停机位置的不利条件下，该施工方法拼装过程中，几乎可以不用任何机械设备，基本均采用人工作业，与传统钢结构网架需采用高空人工散拼工作相比，既提高了施工效率，又使得施工安全性得以保障；另外，由于建筑物施工不受上部空间网架结构施工的影响，使得空间网架结构拼装作业能够与下部建筑工程同步施工，从而加快了整个工程的进度。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种空间网架结构，安装于建筑物的顶部，其特征在于：它是由若干网架单元连续拼装而成的空间网格结构；所述网架单元包括沿其轴线径向分布的若干杆件，各所述杆件交汇的端部通过连接板固接在一起，且所述杆件由铝合金材料制成。

2.根据权利要求1所述的空间网架结构，其特征在于：所述杆件是由工字铝，及位于所述工字铝长度方向的两块侧板构成的闭合柱状结构。

3.根据权利要求1或2所述的空间网架结构，其特征在于：所述连接板由铝合金材料制成，它包括位于所述杆件一侧的连接板一和位于所述杆件另一侧的连接板二，所述连接板一和所述连接板二均覆盖所述网架单元内各杆件交汇的端部，且所述连接板一和所述连接板二均与所述杆件的端部螺栓连接。

4.根据权利要求3所述的空间网架结构，其特征在于：还包括若干不锈钢吊挂环，所述不锈钢吊挂环沿所述空间网架结构的脊线布置，且螺栓连接在位于顶部的所述连接板的中部。

5.根据权利要求1或2所述的空间网架结构，其特征在于：还包括若干支座，所述支座包括铰接连接的支座本体和支座臂，所述支座本体的底部锚固在所述建筑物的混凝土结构内或焊接在所述建筑物的钢柱上，所述支座臂与所述杆件螺栓连接。

6.根据权利要求5所述的空间网架结构，其特征在于：当所述支座本体底部需锚固在所述混凝土结构内时，所述支座本体包括相互垂直设置的底板一和侧板一，所述底板一与锚固件连接，所述支座臂包括相互垂直设置的底板二及侧板二，所述底板二与所述空间网架结构的杆件螺栓连接，所述侧板一与所述侧板二上设有相对应的通孔，并通过销轴连接；所述锚固件包括基板，所述基板的顶部固接有相对设置的一对截面为L形的扣件，所述支座本体的底板一牢固卡扣在一对所述扣件内，所述基板的底部居中焊接有一十字抗剪键，所述基板的底部四周焊接有若干锚筋。

7.根据权利要求6所述的空间网架结构，其特征在于：所述十字抗剪键的长度h大于等于150mm，所述锚筋的锚入长度h'大于等于30d，其中，d为所述锚筋的直径。

8.根据权利要求6所述的空间网架结构，其特征在于：所述支座本体的底板一与所述锚固件的基板之间还设有密封层，所述密封层由3mm厚聚四氟乙烯材料制成。

9.根据权利要求1所述的空间网架结构，其特征在于：所述连接板的形状为圆形、矩形、多边形或与交汇杆件端部的形状相配合。

10.如权利要求1至9任一项所述的空间网架结构的施工方法，步骤如下：

一、按设计要求，在工厂预制若干所述杆件及所述连接板；

二、在现场安装施工中，先需将各构件编号，并与设计图纸一一对应、分类，使所述网架单元内的各杆件与连接板螺栓连接，所述杆件通过所述支座支撑在所述建筑物的混凝土结构上或钢柱上，从而逐步完成所述空间网架结构的拼装及固定。