CN105604183A - 一种桁架后焊节点的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桁架后焊节点的施工方法，包含如下步骤：收集建筑施工要求，设计桁架结构；运用有限元软件建立桁架及桁架连接的下层建筑与上层建筑结构模型；对模型进行力学验算，计算出桁架的高受力节段进行局部注砼强化；用有限元软件对模型进行挠度分析，计算桁架荷载后下弦杆向下位移量，向下位移后的下弦杆两端在与立柱连接位置处设有缺口，所述缺口为后焊节点；制作桁架，所述立柱对应后焊节点的位置设置后焊接口；现场施工。通过深化设计，运用有限元软件计算局部注砼点和分析桁架荷载挠度，设定后焊节点位置和预留后焊接口，在后期施工中通过补焊后焊接口有效解决了弦杆受力变形对立柱的斜向拉扯力问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种桁架施工方法，尤其涉及一种桁架后焊节点的施工方法。
背景技术
桁架结构在早期主要是应用于木桥和屋架，而最早的金属桁架结构出现1845年的英国。桁架结构的最大特点就是当各节点均为铰接时，节点上杆件只承受轴力，而不承受弯矩和剪力。随着近代科学技术的发展，建筑材料性能得到极大的提升，钢筋混凝土桁架、钢桁架结构及型钢混凝土组合式桁架也随之应用于工程实践之中。
由于钢材具有强度高、自重轻、变形能力强、材质均匀及各向同性好等特点特别适合建造大跨度及超高层建筑。
2015年军事医学科学院院务部徐福宾教授采用有限元计算软件，建立三维模型，对建筑和施工过程中的临时支撑体系进行了数值模拟分析，得到了支撑架的应力和应力分布规律，其只是在简单的支撑架受力上进行了分析。
而随着钢桁架研究的不断深入，在最近几年，桁架的使用功能不断增加，其中比较新型的是箱型转换钢桁架的诞生。箱型转换钢桁架多用于大跨度空间与普通楼层结构的转换，造型美观，具有较大的结构承载力。采用轧制钢板焊接成型，借助于工厂大型加工设备，可加工成巨型铸钢节点。解决施工现场焊接复杂、质量不易保证的问题。但是，由于必须保证桁架杆件的抗压能力，往往架体杆件钢材厚高度较大，架体截面高度大。而且，由于钢桁架弹性比普通混凝土结构大，容易使上部混凝土结构因挠度过大而开裂，桁架荷载后沉降变形对立柱产生较大的不良侧压力等一系列技术质量问题急切需要解决。
本工程项目需要，裙楼转换桁架跨度为32m，桁架构件上部须支承上部5-7层楼盖，采用钢筋混凝土梁作为转换结构的施工难度较大，材料的耗损较多。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中桁架荷载后沉降变形对立柱产生较大的不良侧压力的问题，提供了本发明桁架后焊节点的施工方法，包含如下步骤：
S1：收集建筑施工要求，设计桁架结构，所述桁架包括由上弦杆和下弦杆构成的弦杆、以及连接在上弦杆和下弦杆之间的腹杆；
S2：运用有限元软件建立桁架及桁架连接的下层建筑与上层建筑结构模型，桁架与上层建筑及下层建筑通过多条立柱连接；
S3：用有限元软件对模型进行力学验算，计算出弦杆或腹杆的受压力值，受压力值超过预设值进入步骤S4，受压力值不超过预设值则进入步骤S5；所述预设值为建筑施工要求允许桁架形变安全范围内的受压力值；
S4：对桁架的上弦杆进行模拟注砼强化，选取下弦杆或腹杆的受压力值超过预设值的部位作为高受压节段进行模拟局部注砼强化，进入步骤S3；
S5：用有限元软件对模型进行挠度分析，计算桁架荷载后桁架向下位移量，向下位移后的下弦杆在与立柱连接位置处设有缺口，所述缺口为后焊节点；
S6：根据模型制作桁架，所述立柱对应后焊节点位置设置后焊接口；
S7：现场施工。
进一步的，所述桁架为钢箱桁架。
进一步的，所述步骤S7现场施工的具体步骤包括如下：
S21：搭建支撑架，在支撑架上表面设置有千斤顶；
S22：分段吊装桁架，放置在千斤顶上，调整千斤顶校准矫正桁架后通过螺栓固定桁架；
S23：拆卸千斤顶；
S24：留置后焊接口不焊接，对步骤S22中桁架其余部分进行焊接；
S25：在桁架上弦杆表面铺设钢筋楼承板；
S26：在上弦杆内全部注砼，在下弦杆和腹杆经步骤S4模拟的高受压节段局部注砼；
S27：桁架外包钢筋及进行砼浇筑；
S28：在桁架上面搭建上层建筑结构；
S29：屋面浇筑施工及砼养护；
S30：将下弦杆的后焊节点与立柱的后焊接口进行焊接；
S31：在后焊节点处的下弦杆内灌注砼。
进一步的，所述支撑架的顶部设有临时支墩，所述临时支墩包括铺设在支撑架顶部的钢网片以及在桁架接缝位置两侧横桥向各放置两根并排的工字钢，所述工字钢放置在钢网片上，所述千斤顶放置在临时支墩上。
优选的，所述支撑架底部设置钢板垫脚，支撑架设置有纵横剪刀支撑。
进一步的，所述步骤S24的焊接方法为：对分节桁架采用逐面焊接，桁架的弦杆一面留设缺口，当三面焊接完成后，再在缺口处覆盖钢板焊接密实。
优选的，在所述步骤S6中，在桁架内的高受力节段两侧设置竖板，所述竖板在所述桁架内围合形成用于注砼的局部空腔。
优选的，在所述步骤S6中，在所述后焊节点处的下弦杆内设置竖版，所述竖版与所述下弦杆围合形成用于注砼的局部空槽。
进一步的，所述步骤S26中注砼方法为：在所述上弦杆上设置若干个浇筑孔，砼浇筑时，从弦杆一端开始浇筑，采用边浇筑边振捣的方式进行施工；在所述下弦杆和腹杆的高受力节段处设置浇筑孔，边浇筑边振捣。
本发明具有如下有益效果：
1、通过深化设计，运用有限元软件分析桁架内力，对高受压节段采取局部内灌砼的方式，增强桁架的强度和刚度，提高转换桁架承载能力。
2、通过深化设计，运用有限元软件分析桁架荷载挠度，设定后焊节点位置和预留后焊接口，在后期施工中通过补焊后焊接口有效解决了弦杆受力变形对立柱的斜向拉扯力问题。
3、施工方法实现大型转换桁架的高空安装，提高了施工机械的使用效率，缩短了施工工期，节约了施工成本。
附图说明
图1是实施例1流程示意图；
图2是有限元软件对模型进行力学验算弦杆受力仿真示意图；
图3是有限元软件对模型进行力学验算腹杆受力仿真示意图；
图4是有限元软件对上弦杆模拟局部注砼后受力仿真示意图；
图5是有限元软件对下弦杆和腹杆模拟局部注砼后受理仿真示意图；
图6是有限元软件对桁架模型荷载挠度仿真示意图；
图7是桁架俯视结构示意图；
图8是桁架截面结构示意图；
图9是桁架局部示意图；
图10为支撑架安装示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明桁架后焊节点的施工方法，如图1、图7至图9所示，包含如下步骤：
S1：收集建筑施工要求，设计桁架1结构，如图9所示，所述桁架1为双向桁架，包括上弦杆11、下弦杆12、以及连接在上弦杆11和下弦杆12之间的腹杆13，优选的桁架1为钢箱桁架；
S2：运用有限元软件建立桁架1及桁架1连接的下层建筑与上层建筑结构模型，如图8所示，桁架1与上层建筑及下层建筑通过多条立柱4连接；
S3：用有限元软件对模型进行力学验算，计算出桁架1的受压的弦杆或腹杆13的受压力值，弦杆或腹杆13的受压力值超过预设值则进入步骤S4，受压力值不超过预设值则进入步骤S5；所述预设值为建筑施工要求允许桁架1形变安全范围内的受压力值。
参见图2和图3，为有限元软件对桁架1模型进行力学验算，上弦杆11、下弦杆12和腹杆13的受力仿真示意图，A部位代表最大拉力点，B部位代表最大压力点，而且图中颜色由浅到深表示受力大小，也即颜色深表示桁架1受力处于危险范围，浅色表示桁架1受力处于安全范围。根据仿真结果，图2中，弦杆主要为下弦杆12一些部位的压力，也有一些部位的拉力值过高，且主要为A部位的拉力超过预设值；图3中，腹杆13同时有多处的B部位承受压力超过预设值以及另有个别A部位承受拉力偏高。
S4：对桁架1上弦杆11模拟注砼，下弦杆12或腹杆13的高受力节段模拟局部注砼强化，进入步骤S3重新进行力学验算，如图4所示为上弦杆11模拟注砼后弦杆受力仿真结果，发现上弦杆11受力均匀且处于安全范围；
如图5所示，继续在下弦杆12和腹杆13的经步骤S3验算出的高受力节段模拟注砼强化，桁架1整体受力均匀且处于安全范围，局部注砼即可达到桁架1整体的强化；
S5：在桁架上增加所述上层建筑结构的荷载，用有限元软件对模型进行挠度分析，计算桁架1荷载后下弦杆12向下位移量，向下位移后的下弦杆12两端在与立柱4连接位置处设有缺口，所述缺口为后焊节点5；如图6所示，图中A部位代表最大拉力点，B部位代表最大压力点，颜色由浅到深表示受力大小，也即颜色越深表示桁架1受力处于危险范围，浅色表示桁架1受力处于安全范围。根据仿真结果，桁架1在荷载后在局部受力严重，中间部位扰度明显，产生较大向下位移，在本工程项目中，测得最大竖向扰度41mm；
S6：如图7和图9所示，根据模型制作桁架1，在所述立柱4对应后焊节点5处设置后焊接口；
S7：现场施工。
其中，步骤S7现场施工包括：
S21：如图10所示，搭建支撑架2，在支撑架2上表面设置有千斤顶3；在所述支撑架2的顶部设有临时支墩23，所述临时支墩23包括铺设在支撑架2顶部的钢网片22以及在桁架1接缝位置两侧横桥向各放置两根并排的工字钢24，所述工字钢24放置在钢网片22上，所述千斤顶3放置在临时支墩23上。优选的，所述支撑架2的底部设置钢板垫脚，支撑架2设置有纵横剪刀支撑21。
S22：分段吊装桁架1，放置在千斤顶3上，调整千斤顶3校准矫正桁架1后通过螺栓14固定桁架1；
S23：拆卸千斤顶3；
S24：留置桁架1后焊接口不焊接，对步骤S22中桁架1其余部分进行焊接；其中焊接方法为：对分段的桁架1采用逐面焊接，桁架1的弦杆一面留设缺口，当三面焊接完成后，再在缺口处覆盖钢板焊接密实。留置的缺口可以保证焊接施工时内外两面焊接，在焊接完成后覆盖钢板焊接密实，提升焊接稳固度。
S25：在桁架1上弦杆11表面铺设钢筋楼承板；
S26：在上弦杆11内全部灌注砼，在下弦杆12和腹杆13经步骤S4模拟的高受力节段局部注砼；
S27：桁架1外包钢筋及砼浇筑；
S28：在桁架1上面搭建上层建筑结构；
S29：屋面浇筑施工及砼养护；
S30：将向下位移后的下弦杆12上的后焊节点5与立柱的后焊接口进行焊接；
S31：在后焊节点5处灌注砼。
优选的，所述步骤S6中，在钢箱桁架1内高受力节段两侧设置竖板，所述竖板在所述桁架内围合形成一用于注砼的局部空腔，从而阻挡流体砼的横向流动，在浇筑过程中更凝实稳固，在局部注砼效果上得到保障。
如图4所示，对比图2和图3仿真结果，在上弦杆11内注砼强化能明显减小桁架1受力，且在上弦杆11注砼降低桁架1扰度效果显著，如图5所示，在上弦杆11注砼后，在下弦杆12和腹杆13中局部注砼，即在不改变桁架结构的同时最大程度强化桁架，具有很高的经济性和实用性；在制作桁架1时可以减少后焊接口数量，直接体现在施工环节降低焊接工作量，提高施工效率。在桁架1上使用后焊方式，大大降低桁架1荷载产生形变对立柱4的斜向拉扯力，大大提高房屋整体结构稳定性。
以上所述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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种桁架后焊节点的施工方法，其特征在于，包含如下步骤：
S1：收集建筑施工要求，设计桁架结构，所述桁架包括由上弦杆和下弦杆构成的弦杆、以及连接在上弦杆和下弦杆之间的腹杆；
S2：运用有限元软件建立桁架及桁架连接的下层建筑与上层建筑结构模型，桁架与上层建筑及下层建筑通过多条立柱连接；
S3：用有限元软件对模型进行力学验算，计算出弦杆或腹杆的受压力值，受压力值超过预设值进入步骤S4，受压力值不超过预设值则进入步骤S5；所述预设值为建筑施工要求允许桁架形变安全范围内的受压力值；
S4：对桁架的上弦杆进行模拟注砼强化，选取下弦杆或腹杆的受压力值超过预设值的部位作为高受压节段进行模拟局部注砼强化，进入步骤S3；
S5：用有限元软件对模型进行挠度分析，计算桁架荷载后下弦杆向下位移量，向下位移后的下弦杆在与立柱连接位置处设有缺口，所述缺口为后焊节点；
S6：根据模型制作桁架，所述立柱对应后焊节点位置设置后焊接口；
S7：现场施工。
2.根据权利要求1所述桁架后焊节点的施工方法，其特征在于，所述桁架为钢箱桁架。
3.根据权利要求2所述桁架后焊节点的施工方法，其特征在于，所述步骤S7现场施工包括：
S21：搭建支撑架，在支撑架上表面设置有千斤顶；
S22：分段吊装桁架，放置在千斤顶上，调整千斤顶校准矫正桁架后通过螺栓固定；
S23：拆卸千斤顶；
S24：留置后焊接口不焊接，对步骤S22中桁架其余部分进行焊接；
S25：在桁架上弦杆表面铺设钢筋楼承板；
S26：在上弦杆内全部注砼，在下弦杆和腹杆经步骤S4模拟的高受压节段局部注砼；
S27：桁架外包钢筋及进行砼浇筑；
S28：在桁架上面搭建上层建筑结构；
S29：屋面浇筑施工及砼养护；
S30：将下弦杆的后焊节点与立柱的后焊接口进行焊接；
S31：在后焊节点处的下弦杆内灌注砼。
4.根据权利要求3所述桁架后焊节点的施工方法，其特征在于，所述支撑架的顶部设有临时支墩，所述临时支墩包括铺设在支撑架顶部的钢网片以及在桁架接缝位置两侧横桥向各放置两根并排的工字钢，所述工字钢放置在钢网片上，所述千斤顶放置在临时支墩上。
5.根据权利要求3所述桁架后焊节点的施工方法，其特征在于，所述支撑架底部设置钢板垫脚，支撑架设置有纵横剪刀支撑。
6.根据权利要求3所述桁架后焊节点的施工方法，其特征在于，所述步骤S24的焊接方法为：对分段的桁架采用逐面焊接，桁架的弦杆一面留设缺口，当三面焊接完成后，再在缺口处覆盖钢板焊接密实。
7.根据权利要求3所述桁架后焊节点的施工方法，其特征在于，在所述步骤S6中，在桁架内的高受力节段两侧设置竖板，所述竖板在所述桁架内围合形成用于注砼的局部空腔。
8.根据权利要求3所述桁架后焊节点的施工方法，其特征在于，在所述步骤S6中，在所述后焊节点处的下弦杆内设置竖版，所述竖版与所述下弦杆围合形成用于注砼的局部空槽。
9.根据权利要求3所述桁架后焊节点的施工方法，其特征在于，所述步骤S26中注砼方法为：在所述上弦杆上设置若干个浇筑孔，砼浇筑时，从弦杆一端开始浇筑，采用边浇筑边振捣的方式进行施工；在所述下弦杆和腹杆的高受力节段处设置浇筑孔，边浇筑边振捣。
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