CN108678257B - 一种大角度斜屋面钢结构及其施工方法 - Google Patents

一种大角度斜屋面钢结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

一种大角度斜屋面钢结构及其施工方法，该结构连接在主体结构上，包括中间平台、环向连接在中间平台四角的倾斜主支撑钢柱、连接在倾斜主支撑钢柱顶端之间的防风围梁和构造钢柱，其中相邻的倾斜主支撑钢柱之间间隔连接有屋面檩条。本发明涉及超高层钢结构建筑安装作业，对于以钢结构为主要结构形式的大角度斜屋面，提出一种自上而下的倒装施工方法，利用本方法可以确保倾斜主受力竖向构件在安装过程中的作业安全，利用结构本身的中间平台进行施工支撑，通过优先安装的中部平台，减少支撑措施的投入，有效的保证了倾斜屋面钢结构安装的进度、质量和安全，加快工期，降低了钢结构安装的不安全因素。可广泛应用于倾斜屋面施工。

Description

一种大角度斜屋面钢结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，特别是一种屋面结构及其施工方法。
背景技术
目前，随着建筑领域的发展，建筑的多样性和复杂性逐步体现出来，在超高层建筑中，经常会有锥形钢结构屋面的设计方案，该类屋面具有倾斜角度大、倾斜钢柱不易施工的特点，按照常规的钢结构安装技术，需要进行倾斜钢柱的精确就位安装，施工过程中为了防止安装过程中倾斜钢柱倾倒，需要在结构内侧设置若干钢支撑或满堂脚手架，由于钢柱数量一般较多，为了保证分段后的每节钢柱在安装过程中的稳固，施工中需要投入大量的临时支撑或脚手架，措施投入巨大、人力物力成本高，而且结构安装后，临时支撑或脚手架不便于拆除倒运，整个施工周期长，工作量大，施工人员都是高空作业、容易出现危险。
发明内容
本发明的目的是提供一种大角度斜屋面钢结构及其施工方法，要解决屋面施工支撑结构投入量大、浪费人力物力的技术问题；并解决保证施工安全、提高施工效率的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大角度斜屋面钢结构，连接在主体结构上，包括中间平台、环向连接在中间平台四角的倾斜主支撑钢柱、连接在倾斜主支撑钢柱顶端之间的防风围梁和构造钢柱，其中相邻的倾斜主支撑钢柱之间间隔连接有屋面檩条。
所述中间平台的主体是双层网架，包括平行间隔设置的上层矩形网架和下层矩形网架以及连接在两者之间的竖向连杆和斜向连杆，其中上层矩形网架的侧边通过水平连杆连接有平行侧边的边杆，所述边杆与下层矩形网架的侧边之间连接有第一斜撑杆。
所述中间平台的四个角部形成锥形凹槽，其中边杆的端点为外凸点，上层矩形网架的侧边的端点为内凹点。
所述倾斜主支撑钢柱为空间立体结构，包括两个平面的三角形桁架和位于两个三角形桁架之间的中间斜弦杆，所述三角形桁架的中部支撑在中间平台的外凸点处，中间斜弦杆的中部支撑于中间平台的内凹点处。
所述中间平台的上层矩形网架和下层矩形网架结构相同，是由横杆和纵杆拼装而成的矩形网格状架体；其中横杆和纵杆均为型钢，一组横杆均匀间隔平行分布、纵杆平行间隔连接在横杆之间；所述上层矩形网架和/或下层矩形网架的网格内水平连接有至少一根水平斜杆；所述水平斜杆的两端通过水平耳板与对应的横杆和/或纵杆连接。
所述防风围梁是倒置的四棱台框架结构，包括上层防风围梁、下层防风围梁以及连接在上层防风围梁和下层防风围梁的角部之间第三连杆；所述上层防风围梁的框架内水平连接有井字形支架，其中井字形支架的网格内连接有水平的加强杆；所述防风围梁的四个侧面、相邻的第三连杆之间连接有交叉撑杆。
所述构造钢柱包括平行设置在上层防风围梁上方的方形框架以及连接在方形框架和上层防风围梁之间的第三斜撑杆；所述第三斜撑杆有八根、呈发射状，其一端连接在方形框架的角部、另一端连接在井字形支架与上层防风围梁的交点位置。
所述倾斜主支撑钢柱的三角形桁架包括内侧弦杆、外侧弦杆以及连接在内侧弦杆和外侧弦杆之间的腹杆；两根内侧弦杆和中间斜弦杆的顶端汇聚于下层防风围梁的角部；两根外侧弦杆的顶端汇聚于上层防风围梁的角部，外侧弦杆与下层防风围梁的角部之间水平连接有第二连杆。
所述倾斜主支撑钢柱的内侧弦杆、外侧弦杆和中间斜弦杆之间连接有平面支撑架；所述平面支撑架位水平框架，位于中间平台的锥形凹槽位置处。
所述中间斜弦杆与内侧弦杆之间水平连接有第一连杆，与外侧弦杆之间连接有第二斜撑杆，与屋面檩条之间连接有水平斜撑杆。
所述屋面檩条包括一组平行间隔连接在内侧弦杆之间的横向檩条和一组连接在横向檩条之间的纵向檩条。
一种如所述的大角度斜屋面钢结构的施工方法，具体步骤如下：
步骤一，主体结构施工时预留施工大角度斜屋面钢结构所用的支撑埋件和/或紧固件。
步骤二，在主体结构上安装临时框架支撑。
步骤三，在临时框架支撑上安装中间平台。
步骤四，在中间平台的角部连接倾斜主支撑钢柱。
步骤五，在倾斜主支撑钢柱顶部连接防风围梁。
步骤六，在防风围梁的上方连接构造钢柱。
步骤七，在倾斜主支撑钢柱之间连接屋面檩条。
步骤八，拆除临时框架支撑，完成大角度斜屋面钢结构施工。
步骤二中，所述临时框架支撑为立体框架结构，包括至少四根立柱以及水平连接在相邻立柱上下两端部之间的横梁；所述立柱的下端通过支撑埋件与主体结构连接，上端设有连接中间平台的限位立杆；所述限位立杆四个为一组，对称设置在立柱顶部、限位在中间平台的下层矩形网架侧边两侧；所述立柱和横梁围合成的矩形框架内连接有四根斜撑杆，斜撑杆拼合呈菱形、其端部通过斜撑杆连接板与对应的立柱或横梁连接。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明克服了传统屋面施工难度大、施工成本高的缺点，解决了简化施工工序、提高施工效率和施工质量的技术问题。
本发明的大角度斜屋面钢结构结构设计合理、受力稳定，由于中间平台与倾斜主支撑钢柱的特殊关系，在中间平台的四个角部对应倾斜主支撑钢柱的位置形成锥形凹槽，便于两者契合连接；倾斜主支撑钢柱的顶部汇聚于防风围梁上，保证了整体结构强度和稳定性；各个构件之间通过连杆、斜撑进行连接，保证连接效果；构造钢柱和屋面檩条将整个屋面结构外形统一化，其整体性更好。
本发明涉及超高层钢结构建筑安装作业，对于以钢结构为主要结构形式的大角度斜屋面，提出一种自上而下的倒装施工方法，利用本方法可以确保倾斜主受力竖向构件在安装过程中的作业安全，利用结构本身的中间平台进行施工支撑，通过优先安装的中部平台，减少支撑措施的投入，有效的保证了倾斜屋面钢结构安装的进度、质量和安全，加快工期，降低了钢结构安装的不安全因素。
本发明可广泛应用于倾斜屋面施工。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的临时框架支撑结构示意图。
图2是本发明的中间平台结构示意图。
图3是本发明的中间平台安装完成结构示意图。
图4是本发明的倾斜主支撑钢柱安装完成结构示意图。
图5是本发明的大角度斜屋面安装完成结构示意图。
附图标记：1-临时框架支撑、10-立柱、11-斜撑杆、12-斜撑杆连接板、13-横梁、14-支撑埋件、15-限位立杆；2-中间平台、20-横杆、21-纵杆、22-水平耳板、23-水平斜杆、24-斜向连杆、25-竖向连杆、26-水平连杆、27-边杆、28-第一斜撑杆；3-倾斜主支撑钢柱、30-三角形桁架、31-内侧弦杆、32-外侧弦杆、33-中间斜弦杆、34-腹杆、35-第一连杆、36-水平斜撑杆、37-平面支撑架、38-第二斜撑杆、39-第二连杆；4-构造钢柱、40-方形框架、41-第三斜撑杆；5-防风围梁、50-上层防风围梁、51-下层防风围梁、52-交叉撑杆、53-井字形支架、54-第三连杆、55-加强杆；6-屋面檩条、60-横向檩条、61-纵向檩条。
具体实施方式
实施例参见图5所示，这种大角度斜屋面钢结构，连接在主体结构上，包括中间平台2、环向连接在中间平台四角的倾斜主支撑钢柱3、连接在倾斜主支撑钢柱3顶端之间的防风围梁5和构造钢柱4，其中相邻的倾斜主支撑钢柱3之间间隔连接有屋面檩条6。
参见图2所示，所述中间平台2的主体是双层网架，包括平行间隔设置的上层矩形网架和下层矩形网架以及连接在两者之间的竖向连杆25和斜向连杆24，其中上层矩形网架的侧边通过水平连杆26连接有平行侧边的边杆27，所述边杆27与下层矩形网架的侧边之间连接有第一斜撑杆28；所述中间平台2的四个角部形成锥形凹槽，其中边杆27的端点为外凸点，上层矩形网架的侧边的端点为内凹点。
所述中间平台2的上层矩形网架和下层矩形网架结构相同，是由横杆20和纵杆21拼装而成的矩形网格状架体；其中横杆20和纵杆21均为型钢，一组横杆均匀间隔平行分布、纵杆平行间隔连接在横杆之间；所述上层矩形网架和/或下层矩形网架的网格内水平连接有至少一根水平斜杆23；所述水平斜杆23的两端通过水平耳板22与对应的横杆和/或纵杆连接。
上述中间平台的各个节点位置均是通过焊接连接的，同时焊接位置处另设有加强板加强节点位置强度，所述节点位置包括构件之间的连接位置、杆件对接的连接位置等，所述构件之间连接可以通过连接耳板连接，或者直接焊接。
参见图5所示，所述防风围梁5是倒置的四棱台框架结构，包括上层防风围梁50、下层防风围梁51以及连接在上层防风围梁50和下层防风围梁51的角部之间第三连杆54；所述上层防风围梁50的框架内水平连接有井字形支架53，其中井字形支架53的网格内连接有水平的加强杆55；所述防风围梁5的四个侧面、相邻的第三连杆54之间连接有交叉撑杆52。
所述下层防风围梁51的框架内水平连接的交叉撑杆或者井字形支架，进一步增强结构强度。
上述防风围梁5的各个节点位置均是通过焊接连接的，同时焊接位置处另设有加强板加强节点位置强度，所述节点位置包括构件之间的连接位置、杆件对接的连接位置等，所述构件之间连接可以通过连接耳板连接，或者直接焊接。
所述构造钢柱4包括平行设置在上层防风围梁50上方的方形框架40以及连接在方形框架40和上层防风围梁50之间的第三斜撑杆41；所述第三斜撑杆41有八根、呈发射状，其一端连接在方形框架40的角部、另一端连接在井字形支架53与上层防风围梁50的交点位置。
上述构造钢柱4的各个节点位置均是通过焊接连接的，同时焊接位置处另设有加强板加强节点位置强度，所述节点位置包括构件之间的连接位置、杆件对接的连接位置等，所述构件之间连接可以通过连接耳板连接，或者直接焊接。
所述倾斜主支撑钢柱3为空间立体结构，包括两个平面的三角形桁架30和位于两个三角形桁架30之间的中间斜弦杆33，所述三角形桁架30的中部支撑在中间平台的外凸点处，中间斜弦杆33的中部支撑于中间平台2的内凹点处。
所述倾斜主支撑钢柱3的三角形桁架30包括内侧弦杆31、外侧弦杆32以及连接在内侧弦杆31和外侧弦杆32之间的腹杆34；两根内侧弦杆31和中间斜弦杆33的顶端汇聚于下层防风围梁51的角部；两根外侧弦杆32的顶端汇聚于上层防风围梁50的角部，外侧弦杆32与下层防风围梁51的角部之间水平连接有第二连杆39。
所述倾斜主支撑钢柱3的内侧弦杆31、外侧弦杆32和中间斜弦杆33之间连接有平面支撑架37；所述平面支撑架37位水平框架，位于中间平台的锥形凹槽位置处。
所述中间斜弦杆33与内侧弦杆31之间水平连接有第一连杆35，与外侧弦杆32之间连接有第二斜撑杆38，与屋面檩条6之间连接有水平斜撑杆36。
上述倾斜主支撑钢柱3的各个节点位置均是通过焊接连接的，同时焊接位置处另设有加强板加强节点位置强度，所述节点位置包括构件之间的连接位置、杆件对接的连接位置等，所述构件之间连接可以通过连接耳板连接，或者直接焊接。
所述屋面檩条6包括一组平行间隔连接在内侧弦杆31之间的横向檩条60和一组连接在横向檩条60之间的纵向檩条61。
上述屋面檩条6的各个节点位置均是通过焊接连接的，同时焊接位置处另设有加强板加强节点位置强度，所述节点位置包括构件之间的连接位置、杆件对接的连接位置等，所述构件之间连接可以通过连接耳板连接，或者直接焊接。
一种如所述的大角度斜屋面钢结构的施工方法，具体步骤如下：
步骤一，主体结构施工时预留施工大角度斜屋面钢结构所用的支撑埋件和/或紧固件。
步骤二，在主体结构上安装临时框架支撑1。
步骤三，参见图3所示，在临时框架支撑1上安装中间平台2。
步骤四，参见图4所示，在中间平台2的角部连接倾斜主支撑钢柱3。
步骤五，在倾斜主支撑钢柱3顶部连接防风围梁5。
步骤六，在防风围梁5的上方连接构造钢柱4。
步骤七，在倾斜主支撑钢柱3之间连接屋面檩条6。
步骤八，拆除临时框架支撑1，参见图5所示，完成大角度斜屋面钢结构施工。
参见图1所示，上述步骤二中，所述临时框架支撑1为立体框架结构，包括至少四根立柱10以及水平连接在相邻立柱上下两端部之间的横梁13；所述立柱10的下端通过支撑埋件14与主体结构连接，上端设有连接中间平台的限位立杆15；所述限位立杆15四个为一组，对称设置在立柱顶部、限位在中间平台的下层矩形网架侧边两侧；所述立柱10和横梁13围合成的矩形框架内连接有四根斜撑杆11，斜撑杆11拼合呈菱形、其端部通过斜撑杆连接板12与对应的立柱10或横梁13连接。
上述临时框架支撑1的各个节点位置均是通过焊接连接的，同时焊接位置处另设有加强板加强节点位置强度，所述节点位置包括构件之间的连接位置、杆件对接的连接位置等，所述构件之间连接可以通过连接耳板连接，或者直接焊接，其中立柱、横梁和斜撑杆均为H型钢，其翼缘板之间、在连接节点位置连接有加强肋板，保证连接强度。

Claims (7)

1.一种大角度斜屋面钢结构，连接在主体结构上，其特征在于：包括中间平台（2）、环向连接在中间平台四角的倾斜主支撑钢柱（3）、连接在倾斜主支撑钢柱（3）顶端之间的防风围梁（5）和构造钢柱（4），其中相邻的倾斜主支撑钢柱（3）之间间隔连接有屋面檩条（6）；
所述中间平台（2）的主体是双层网架，包括平行间隔设置的上层矩形网架和下层矩形网架以及连接在两者之间的竖向连杆（25）和斜向连杆（24），其中上层矩形网架的侧边通过水平连杆（26）连接有平行侧边的边杆（27），所述边杆（27）与下层矩形网架的侧边之间连接有第一斜撑杆（28）；
所述中间平台（2）的四个角部形成锥形凹槽，其中边杆（27）的端点为外凸点，上层矩形网架的侧边的端点为内凹点；
所述倾斜主支撑钢柱（3）为空间立体结构，包括两个平面的三角形桁架（30）和位于两个三角形桁架（30）之间的中间斜弦杆（33），所述三角形桁架（30）的中部支撑在中间平台的外凸点处，中间斜弦杆（33）的中部支撑于中间平台（2）的内凹点处；
所述防风围梁（5）是倒置的四棱台框架结构，包括上层防风围梁（50）、下层防风围梁（51）以及连接在上层防风围梁（50）和下层防风围梁（51）的角部之间第三连杆（54）；
所述上层防风围梁（50）的框架内水平连接有井字形支架（53），其中井字形支架（53）的网格内连接有水平的加强杆（55）；
所述防风围梁（5）的四个侧面、相邻的第三连杆（54）之间连接有交叉撑杆（52）；
所述构造钢柱（4）包括平行设置在上层防风围梁（50）上方的方形框架（40）以及连接在方形框架（40）和上层防风围梁（50）之间的第三斜撑杆（41）；
所述第三斜撑杆（41）有八根、呈发射状，其一端连接在方形框架（40）的角部、另一端连接在井字形支架（53）与上层防风围梁（50）的交点位置；
所述倾斜主支撑钢柱（3）的三角形桁架（30）包括内侧弦杆（31）、外侧弦杆（32）以及连接在内侧弦杆（31）和外侧弦杆（32）之间的腹杆（34）；
两根内侧弦杆（31）和中间斜弦杆（33）的顶端汇聚于下层防风围梁（51）的角部；
两根外侧弦杆（32）的顶端汇聚于上层防风围梁（50）的角部，外侧弦杆（32）与下层防风围梁（51）的角部之间水平连接有第二连杆（39）。
2.根据权利要求1所述的大角度斜屋面钢结构，其特征在于：所述中间平台（2）的上层矩形网架和下层矩形网架结构相同，是由横杆（20）和纵杆（21）拼装而成的矩形网格状架体；
其中横杆（20）和纵杆（21）均为型钢，一组横杆均匀间隔平行分布、纵杆平行间隔连接在横杆之间；
所述上层矩形网架和/或下层矩形网架的网格内水平连接有至少一根水平斜杆（23）；
所述水平斜杆（23）的两端通过水平耳板（22）与对应的横杆和/或纵杆连接。
3.根据权利要求1所述的大角度斜屋面钢结构，其特征在于：所述倾斜主支撑钢柱（3）的内侧弦杆（31）、外侧弦杆（32）和中间斜弦杆（33）之间连接有平面支撑架（37）；
所述平面支撑架（37）位水平框架，位于中间平台的锥形凹槽位置处。
4.根据权利要求1所述的大角度斜屋面钢结构，其特征在于：所述中间斜弦杆（33）与内侧弦杆（31）之间水平连接有第一连杆（35），与外侧弦杆（32）之间连接有第二斜撑杆（38），与屋面檩条（6）之间连接有水平斜撑杆（36）。
5.根据权利要求4所述的大角度斜屋面钢结构，其特征在于：所述屋面檩条（6）包括一组平行间隔连接在内侧弦杆（31）之间的横向檩条（60）和一组连接在横向檩条（60）之间的纵向檩条（61）。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的大角度斜屋面钢结构的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，主体结构施工时预留施工大角度斜屋面钢结构所用的支撑埋件和/或紧固件；
步骤二，在主体结构上安装临时框架支撑（1）；
步骤三，在临时框架支撑（1）上安装中间平台（2）；
步骤四，在中间平台（2）的角部连接倾斜主支撑钢柱（3）；
步骤五，在倾斜主支撑钢柱（3）顶部连接防风围梁（5）；
步骤六，在防风围梁（5）的上方连接构造钢柱（4）；
步骤七，在倾斜主支撑钢柱（3）之间连接屋面檩条（6）；
步骤八，拆除临时框架支撑（1），完成大角度斜屋面钢结构施工。
7.根据权利要求6所述的大角度斜屋面钢结构的施工方法，其特征在于：步骤二中，所述临时框架支撑（1）为立体框架结构，包括至少四根立柱（10）以及水平连接在相邻立柱上下两端部之间的横梁（13）；
所述立柱（10）的下端通过支撑埋件（14）与主体结构连接，上端设有连接中间平台的限位立杆（15）；
所述限位立杆（15）四个为一组，对称设置在立柱顶部、限位在中间平台的下层矩形网架侧边两侧；
所述立柱（10）和横梁（13）围合成的矩形框架内连接有四根斜撑杆（11），斜撑杆（11）拼合呈菱形、其端部通过斜撑杆连接板（12）与对应的立柱（10）或横梁（13）连接。
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