CN106284665B - 一种斜钢柱双螺旋空间结构及其施工方法 - Google Patents
一种斜钢柱双螺旋空间结构及其施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及建筑施工技术，尤其涉及一种斜钢柱双螺旋空间结构及其施工方法。其空间结构包括多根倾斜钢柱和与倾斜钢柱连接的内螺旋环道和外螺旋环道，所述内螺旋环道和外螺旋环道分别围绕倾斜钢柱渐变上升，形成内外两圈闭合的人行通道，所述内、外螺旋环道分别与倾斜钢柱之间通过钢板悬挑连接。本发明操作性强，高空悬挑安装一次就位精度高，安全简便，大大缩短了工期，同时节约了大量的安全支撑措施。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术，尤其涉及一种斜钢柱双螺旋空间结构及其施工方法。
背景技术
随着国内建筑行业的发展，钢结构越来越多的应用到建筑结构中。从早期的超高层建筑(如上海环球金融中心)，到后期的大悬挑结构(深圳证券交易中心)，钢结构使得建筑从高度、跨度和造型上一步步突破，建筑师开始在保证建筑结构使用功能的条件下设计一些造型新颖的建筑，越来越多的造型新颖的结构形式出现。建筑形式由直线型逐渐发展为空间单面曲线(如机场及场馆的屋面)形式，但是空间双曲结构形式在国内案例很少。
先有的空间双曲结构，施工时需要在高空进行对接组装，制作厂单独制作各加工段，运送至现场分段进行吊装，吊装过程中底部需要设置支撑胎架，每个吊装单元在制作厂单独加工制作，由于单独制作段的加工误差，最后形成累计，会对现场安装精度产生不利影响，空间弯扭构件在施工过程中需要设置多组支撑胎架，对地面场地要求较高，其施工安全及精度不易控制。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺陷和不足，提供一种斜钢柱双螺旋空间结构及其施工方法，该方法操作性强，高空悬挑安装一次就位精度高，安全简便，大大缩短了工期，同时节约了大量的安全支撑措施。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种斜钢柱双螺旋空间结构包括多根倾斜钢柱和与倾斜钢柱连接的内螺旋环道和外螺旋环道，所述内螺旋环道和外螺旋环道分别围绕倾斜钢柱渐变上升，形成内外两圈闭合的人行通道，所述内、外螺旋环道分别与倾斜钢柱之间通过钢板悬挑连接。
进一步地，所述倾斜钢柱竖直方向的倾斜角度为62°。
进一步地，所述内、外螺旋环道与倾斜钢柱之间通过悬臂板连接。
本发明还提供了一种斜钢柱双螺旋空间结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)深化设计
根据建筑及结构施工图，结合已确定好的关键点设计坐标，使用软件建立结构模型，放样出螺旋环道空间样条曲线，并划分成若干个环道单元；在软件中以一组环道单元的一个角点为原点，自建坐标系，然后在环道三个边界上间隔700mm～1000mm布置一个控制点，在自建的坐标系内标注以上各控制点的坐标，出深化图纸，为螺旋环道预拼装做准备；
(2)制作厂预拼装组装组合加工
根据步骤1过程中放样出的环道单元定位坐标，在环道单元的边界上设置多个坐标点控制将环道单元的边界准确定位，且螺旋环道在制作厂采取“预拼装组装组合”的加工技术：
在步骤1过程中，首先根据现场分段要求深化每一段螺旋环道的环道单元成为多个制作单元，在此基础上，按照至少每四段的制作单元为一组深化出预拼装图纸，以一组预拼装段某一个角点为坐标零点，建立空间三维坐标系，放样出各边界预拼装坐标；同时每组预拼装的制作单元末段与相邻组预拼装的制作单元首段进行一次预拼装，即相邻组用一段制作单元进行了搭接，以保证预拼装的连续性和螺旋环道安装时的整体性；
(3)大截面双曲环道单元空间定位
制作单元运输至现场后，提前在地面进行一次拼装组成环道单元，拼装完成后整体吊装，单个吊装环道单元平面尺寸小于等于9m×7m，空中调节难度大，在吊装前，提前在吊装的环道单元的四个角部上挂设四组倒链，保证就位后四个角部均能够进行调节，环道单元空间定位控制四个角点，分别给出各点的空间三维坐标，即可有效控制吊装环道单元的就位精度，调节过程中先调节与相邻连续环道单元的定位坐标，后调整与倾斜钢柱悬臂板对接的坐标点；
(4)无支撑单板悬挑环道临时固定
所述内、外螺旋环道与倾斜钢柱之间通过悬臂板连接，从内、外螺旋环道与倾斜钢柱连接悬臂板中间分段，同时悬臂板采取双面坡口形式，安装过程中每个螺旋环道的吊装环道单元与相邻上一个倾斜钢柱的环道单元及下一个倾斜钢柱悬臂板相连接，构件安装坐标调校到位后，环道单元一端与上一段环道单元的面板使用马板焊接固定，另一端使用马板将螺旋环道悬臂板与倾斜钢柱悬臂板焊接，同时将吊装的环道单元与悬臂板完成打底焊接，焊接过程中塔吊不能松钩，待焊接完成后，缓慢松钩，通过观察塔吊起重量读数显示器，来确保塔吊不在承受构件悬挑重量，塔吊完全松钩；
(5)单柱双螺旋空间结构施工顺序
根据单柱内外双曲螺旋结构特点，内螺旋环道对倾斜钢柱形成顺时针弯矩，外螺旋环道对钢柱形成逆时针弯矩，倾斜钢柱自身有沿逆时针倾斜的趋势，以倾斜钢柱为本体，内、外螺旋环道对倾斜钢柱形成弯矩方向互逆，先内环后外环、内环领先于外环半圈的施工进度进行施工，使得结构自身达成平衡体系，内螺旋环道和外螺旋环道施工全部按照从下向上、依次连续施工；
(6)结束施工。
本发明还可以优选为，所述步骤4中，双面坡口的坡口深度比例为1:2，坡口角度为35-45°。
本发明还可以优选为，所述步骤4中，打底焊接的焊接高度为15mm-25mm。
本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：
本发明操作性强，高空悬挑安装一次就位精度高，安全简便，大大缩短了工期，同时节约了大量的安全支撑措施，有效的保证了整体施工过程中的安全和质量；本发明通过三维建模放样，实现空间三维双曲边界定位，保证螺旋环道制作单元的制作精度，多组同时加工及预拼装，有效保证整体连续性；本发明的螺旋环道内外交错、依次连续安装，无需布置支撑措施，根据双螺旋结构自身特点达到自平衡，有效保证现场施工安全，节约大量的施工措施；本发明通过合理设置坡口形式，采用部分焊接及临时连接措施组合的方式，能够有效保证单板悬挑结构在无支撑情况下的施工安全；本发明螺旋环道在制作厂加工过程中相邻多组环道单元同时进行，加工组装过程中同时进行预拼装，提高制作精度，保证现场安装精度，有效解决了现场场地条件限制问题，在保证施工安全的情况下节约了大量的安全措施成本，在不布置支撑措施的情况下，采取合理的施工顺序，保证了整体结构施工过程中的稳定性及安全性，适用性广。
附图说明
图1为本发明实施例斜钢柱双螺旋空间结构的结构示意图；
图2为本发明实施例环道单元的深化设计图；
图3为本发明实施例环道单元的预拼装示意图一；
图4为本发明实施例环道单元的预拼装示意图二；
图5为本发明实施例的施工安装示意图一；
图6为本发明实施例的施工安装示意图二；
图7为本发明实施例的施工安装示意图三；
图8为本发明实施例的施工安装示意图四；
图9为本发明实施例的施工安装示意图五；
图10为本发明实施例的施工安装示意图六；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述：
实施例1
如图1所示的一种斜钢柱双螺旋空间结构，其包括32根倾斜钢柱1和与倾斜钢柱1连接的内螺旋环道和外螺旋环道2，所述倾斜钢柱1的竖直方向上的倾斜角度为62°，内、外双螺旋环道围绕倾斜钢柱渐变上升，形成内外两圈闭合的人行通道，所述内、外螺旋环道与倾斜钢柱1之间通过60mm厚钢板悬挑连接，所述空间结构的外形为“弹簧”样式。如2-10图所示，斜钢柱双螺旋空间结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)深化设计
根据建筑及结构施工图，结合已确定好的关键点设计坐标(图2)，使用软件建立结构模型，放样出螺旋环道空间样条曲线，并划分成若干个环道单元3；深化出图时，以每四个环道单元3为一组出图；在软件中以一组环道单元的一个角点为原点，自建坐标系，然后在环道单元的三个边界上间隔700mm～1000mm布置一个控制点，在自建的坐标系内标注以上各控制点的坐标，出深化图纸，为环道预拼装做准备。
(2)制作厂预拼装组装组合加工
根据深化建模过程中放出的环道单元定位坐标，在环道单元边界上设置多个坐标点控制将环道单元边界准确定位，为了保证双曲环道单元边界准确尺寸，方便现场悬挑安装一次就位成功，并保证最后螺旋环道封闭尺寸及符合景观结构特点的要求，内、外螺旋环道在制作厂采取“预拼装组装组合”的加工技术：
在深化设计过程中，首先根据现场分段要求深化每一段螺旋环道的环道单元，成为若干个制作单元，在此基础上，按照每四段制作单元为一组深化出预拼装图纸，以一组预拼装段某一个角点为坐标零点，建立空间三维坐标系，放样出各边界预拼装坐标；同时每组预拼装的制作单元末段与相邻组预拼装的制作单元首段进行一次预拼装，即相邻组用一段环道单元进行了搭接，以保证预拼装的连续性和环道安装时的整体性：即设A、B、C、D、E、F、G等为各加工制作单元，A、B、C、D为一组预拼装，D、E、F、G为一组预拼装，D单元为两组预拼装组的衔接点，其余依次搭接类推(图3和图4)；每段环道单元在加工组装过程中，同时与相邻环道进行了一次预拼装，有效的保证了双螺旋空间环道单元的加工制作精度。
(3)大截面双曲环道单元空间定位
所述制作单元运输至现场后，提前在地面进行一次拼装，成为多个环道单元，拼装完成后整体吊装，单个吊装环道单元3平面尺寸最大约9m×7m，空中调节难度大，在吊装前，提前在吊装环道单元四个角部上挂设四组倒链，保证就位后四个角部均能够进行调节；环道单元3空间定位控制四个角点，分别给出各点的空间三维坐标，即可有效控制吊装环道单元就位精度，调节过程中先调节与相邻连续环道单元的定位坐标，后调整与倾斜钢柱悬臂板5对接的坐标点。
(4)无支撑单板悬挑环道临时固定
本工程内、外螺旋环道与倾斜钢柱1之间通过60mm悬臂板连接，根据此特点，从内、外螺旋环道与倾斜钢柱1连接悬臂板中间分段，同时悬臂板采取双面坡口形式，坡口深度比例为1:2，坡口角度为35～45°，安装过程中每个螺旋环道吊装环道单元3与相邻上一个倾斜钢柱环道单元及下一个倾斜钢柱悬挑钢板相连接连接，保证待安装制作单元两端均有支撑点，制作单元安装坐标调校到位后，环道单元一端与上一段环道单元的面板使用马板焊接固定，另一端使用50mm马板将螺旋环道悬臂板与倾斜钢柱悬臂板焊接，同时将吊装环道单元与悬臂板完成打底焊接，焊接高度约20mm。焊接过程中塔吊不能松钩，待焊接完成后，缓慢松钩，通过观察塔吊起重量读数显示器，确保塔吊不在承受构件悬挑重量，即读数器读数为0KN，塔吊完全松钩。
(5)单柱双螺旋空间结构施工顺序
根据单柱内外双曲螺旋结构特点，内螺旋环道对倾斜钢柱形成顺时针弯矩，外螺旋环道对钢柱形成逆时针弯矩，倾斜钢柱自身有沿逆时针倾斜的趋势，以钢柱为本体，内外环道对钢柱形成弯矩方向互逆。按照此特点，采取先内环后外环、内环领先于外环半圈的施工进度进行施工，使得结构自身达成平衡体系。内、螺旋环道、外螺旋环道施工全部按照从下向上、依次连续施工，更能增强施工过程中结构整体性，无需布置支撑措施，即可有效保证施工过程中结构的整体稳定性及连续性。
(6)结束施工。
其中，如图5-10所示，具体的施工吊装步骤：
第一步：土建浇筑混环形基础混凝土，安装第一节倾斜钢柱；
第二步：从低至高依次顺序安装内环道；
第三步：安装第三节倾斜钢柱；
第四步：从最低端开始依次顺序安装外环的第一圈环道；
第五步：按照先内环、后外环的顺序依次安装环道单元；
第六步：安装顶部环道单元。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (3)
1.一种斜钢柱双螺旋空间结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)深化设计
根据建筑及结构施工图，结合已确定好的关键点设计坐标，使用软件建立结构模型，放样出螺旋环道空间样条曲线，并划分成若干个环道单元；在软件中以一组环道单元的一个角点为原点，自建坐标系，然后在环道三个边界上间隔700mm～1000mm布置一个控制点，在自建的坐标系内标注以上各控制点的坐标，出深化图纸，为螺旋环道预拼装做准备；
(2)制作厂预拼装组装组合加工
根据步骤1过程中放样出的环道单元定位坐标，在环道单元的边界上设置多个坐标点控制将环道单元的边界准确定位，且螺旋环道在制作厂采取“预拼装组装组合”的加工技术：
在步骤1过程中，首先根据现场分段要求深化每一段螺旋环道的环道单元成为多个制作单元，在此基础上，按照至少每四段的制作单元为一组深化出预拼装图纸，以一组预拼装段某一个角点为坐标零点，建立空间三维坐标系，放样出各边界预拼装坐标；同时每组预拼装的制作单元末段与相邻组预拼装的制作单元首段进行一次预拼装，即相邻组用一段制作单元进行了搭接，以保证预拼装的连续性和螺旋环道安装时的整体性；
(3)大截面双曲环道单元空间定位
制作单元运输至现场后，提前在地面进行一次拼装组成环道单元，拼装完成后整体吊装，单个吊装环道单元平面尺寸小于等于9m×7m，空中调节难度大，在吊装前，提前在吊装的环道单元的四个角部上挂设四组倒链，保证就位后四个角部均能够进行调节，环道单元空间定位控制四个角点，分别给出各点的空间三维坐标，即可有效控制吊装环道单元的就位精度，调节过程中先调节与相邻连续环道单元的定位坐标，后调整与倾斜钢柱悬臂板对接的坐标点；
(4)无支撑单板悬挑环道临时固定
所述内、外螺旋环道与倾斜钢柱之间通过悬臂板连接，从内、外螺旋环道与倾斜钢柱连接悬臂板中间分段，同时悬臂板采取双面坡口形式，安装过程中每个螺旋环道的吊装环道单元与相邻上一个倾斜钢柱的环道单元及下一个倾斜钢柱悬臂板相连接，构件安装坐标调校到位后，环道单元一端与上一段环道单元的面板使用马板焊接固定，另一端使用马板将螺旋环道悬臂板与倾斜钢柱悬臂板焊接，同时将吊装的环道单元与悬臂板完成打底焊接，焊接过程中塔吊不能松钩，待焊接完成后，缓慢松钩，通过观察塔吊起重量读数显示器，来确保塔吊不在承受构件悬挑重量，塔吊完全松钩；
(5)单柱双螺旋空间结构施工顺序
根据单柱内外双曲螺旋结构特点，内螺旋环道对倾斜钢柱形成顺时针弯矩，外螺旋环道对钢柱形成逆时针弯矩，倾斜钢柱自身有沿逆时针倾斜的趋势，以倾斜钢柱为本体，内、外螺旋环道对倾斜钢柱形成弯矩方向互逆，先内环后外环、内环领先于外环半圈的施工进度进行施工，使得结构自身达成平衡体系，内螺旋环道和外螺旋环道施工全部按照从下向上、依次连续施工。
2.根据权利要求1所述的斜钢柱双螺旋空间结构的施工方法，其特征在于，所述步骤4中，双面坡口的坡口深度比例为1:2，坡口角度为35-45°。
3.根据权利要求1所述的斜钢柱双螺旋空间结构的施工方法，其特征在于，所述步骤4中，打底焊接的焊接高度为15mm-25mm。
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