CN111364615B - 一种异形、曲面悬挂式钢结构体系的安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢结构施工技术领域，具体涉及一种异形、曲面悬挂式钢结构体系的安装方法，其解决了传统的安装方法施工精度难以保证；工期时间较长；需要投入大量的脚手架、斜吊杆逐层吊装费用；高空隐患多的问题。本发明包括核心筒、巨型桁架、临时支撑、斜吊杆和各楼层梁；安装方法如下：S1：核心筒施工；S2：临时支撑安装；S3：巨型桁架地面组装；S4：巨型桁架吊装；S5：斜吊杆安装；S6：临时支撑卸载；S7：各楼层梁吊装；S8：S4‑S7步骤中监测巨型桁架的位移量。本发明保证了施工精度；安装效率高、缩短了安装工期、降低操作安全风险；节约了脚手架的搭设、吊装费用，减少了高空对接节点降低临边防护费用，从而降低施工成本。

Description

一种异形、曲面悬挂式钢结构体系的安装方法

技术领域

本发明属于钢结构施工技术领域，具体涉及一种异形、曲面悬挂式钢结构体系的安装方法。

背景技术

随着科学技术、建筑设计的不断发展，人们对建筑造型、功能的要求越来越高，为了满足这些需求，一些异形、曲面的新型悬挂钢结构体系逐渐进入人们的视野。

传统的施工方案为：

方案一：结构正装，吊杆、楼层梁分层分节由底至顶依次吊装，最后进行顶部巨型桁架空中散装；巨型桁架空中散装，大量的空中对接焊，易引起较多的焊接缺陷，施工质量无法保证；焊接周期长，效率低；脚手架搭设数量较多，搭设费用高；楼层梁分层分节吊装，相应的斜吊杆分节制作和安装，制作费用高，安装的临边防护多、费用高。

方案二：结构正装，沿建筑物外围划分为若干片，分片安装，顶部巨型桁架整体吊装；分片安装时底层架空，需大量投入临时支撑费用；施工效率低；分片对接精度难保证，不能够保证劲性柱与巨型桁架对接处全熔透焊缝要求；巨型桁架就位后与斜吊杆的对接精度也无法保证。

发明内容

本发明要解决传统的安装方法施工精度难以保证；工期时间较长；需要投入大量的脚手架、斜吊杆逐层吊装费用；高空隐患多的问题，提供了一种异形、曲面悬挂式钢结构体系的安装方法。

本发明采用如下的技术方案实现：一种异形、曲面悬挂式钢结构体系的安装方法，包括核心筒、巨型桁架、临时支撑、斜吊杆和各楼层梁；安装方法如下：

S1：核心筒施工；核心筒内设有钢筋和用于支撑巨型桁架的劲性柱；

核心筒的钢筋框架的搭建，加工劲性柱，复核劲性柱的出厂前留设的基准线，安装劲性柱；

S2：临时支撑安装；临时支撑包括若干立柱、横梁、侧向支撑和水平支撑；位于临时支撑顶部的顶部横梁的两端均固定有挡板，两个挡板的内侧均设有千斤顶；

临时支撑选型：根据施工场地及结构形式，提前确定临时支撑的形式和材料；

临时支撑可行性分析：应用有限元软件建立模型，确定临时支撑的安装位置并且对吊装各阶段临时支撑的强度应力、长细比及稳定性进行验算；

临时支撑现场安装：在巨型桁架的悬挑端安装临时支撑；现场依次安装临时支撑的立柱、横梁、侧向支撑和水平支撑；

S3：巨型桁架地面组装；巨型桁架包括主桁架和次桁架；巨型桁架各构件进入现场后在胎架上进行整体组装；

胎架放置在地面上，沿主桁架与次桁架的连接节点设置胎架立柱，再沿主桁架与次桁架位置通长设置横梁，在保证胎架稳定性的情况下同时进行主桁架和次桁架标高的控制；在地面上放出巨型桁架2的外轮廓线，胎架上标记控制线，并采用全站仪进行定位测量；两榀主桁架依次定位，次桁架依次就位；复核巨型桁架2总体尺寸；按照先后顺序进行焊接；补漆；脱胎；

S4：巨型桁架吊装；

利用BIM技术在狭小场地内进行吊装放样；在BIM模型中进行重心模拟，确定吊点；吊装机械对巨型桁架进行起吊；核心筒内的劲性柱与巨型桁架空中对接时，应用BIM模型进行空间坐标转换，结合测量数据进行误差纠偏及现场定位；通过临时支撑的千斤顶微调，巨型桁架就位；巨型桁架与核心筒内的劲性柱焊接；核心筒内浇筑混凝土；

S5：斜吊杆安装；

斜吊杆上口制作时留设有用于现场对接复核的基准线；斜吊杆上设有用于与各楼层梁连接的多层牛腿；

起吊斜吊杆，斜吊杆就位后，复核斜吊杆预留的基准线，现场用BIM模型转换生成三维控制坐标，采用高精度全站仪空间复核，底部与核心筒1衔接点通过BIM模型转换平面坐标提前在地面上放出牛腿的地样线，进行位置复核；斜吊杆的顶端与巨型桁架焊接，斜吊杆的底部与固定在核心筒上的钢梁焊接；

S6：临时支撑卸载；

核心筒内浇筑的混凝土强度达到100%后卸载临时支撑；

临时支撑按照同步、分级卸载，按结构变形趋势，通过螺旋千斤顶使临时支撑按预定的行程回落，直至临时支撑与巨型桁架完全脱离；

S7：各楼层梁吊装；

起吊楼层梁；安装楼层梁，楼层梁与斜吊杆的牛腿栓焊连接，楼层梁与固定在核心筒上的钢梁栓焊连接；自下至上依次安装其余楼层梁；

S8：S4-S7步骤中监测巨型桁架的位移量，监测点设于巨型桁架2的悬挑端部的次桁架下弦杆件交汇点上；S4中，巨型桁架就位后监测；S5中，斜吊杆安装后监测；S6中，卸载临时支撑前监测；S7中，各楼层梁安装后监测。

S6中，临时支撑的单次卸载高度低于5mm。

S4中，核心筒内混凝土的浇筑采用自密实混凝土。

斜吊杆采用整体制作。

本发明相比现有技术的有益效果：

本发明的巨型桁架在地面焊接，能达到主、次桁架连接焊缝的熔透质量要求，从而保证主巨型桁架的焊接质量；

本发明先将巨型桁架，再将斜吊杆对接在巨型桁架上，能够保证斜吊杆与巨型桁架的对接精度；

斜吊杆为整体结构，在厂内制作阶段完成构件的接长和节点补强，避免斜吊杆现场对接焊接，降低了现场斜吊杆的施工难度，缩短工期；

巨型桁架与各楼层梁均采用整体吊装，安装效率高、缩短了安装工期、降低操作安全风险；极大的节约了脚手架的搭设和斜吊杆逐层吊装费用，减少了高空对接节点降低临边防护费用，从而降低施工成本。

附图说明

图1为本发明安装流程图；

图2为本发明安装示意图；

图3为本发明临时支撑对巨型桁架微调的结构示意图；

图4为本发明监控巨型桁架位移量的监控点的示意图；

图5为本发明临时支撑的强度应力验算示意图；

图6为本发明临时支撑的长细比验算示意图；

图7为本发明临时支撑的稳定性验算示意图；

图8为本发明的倒装全过程模拟分析的结构位移分析示意图；

图9为本发明的倒装全过程模拟分析的强度应力比分析示意图；

图10为本发明的倒装全过程模拟分析的稳定应力比分析示意图；

图11为本发明的倒装全过程模拟分析的长细比分析示意图；

图中：1-核心筒，2-巨型桁架，3-临时支撑，4-斜吊杆，5-楼层梁，6-挡板，7-千斤顶，8-监测点。

具体实施方式

结合附图说明，对本发明的具体实施方式作进一步说明：

参照图1-图4，本发明提供了一种异形、曲面悬挂式钢结构体系的安装方法，包括核心筒1、巨型桁架2、临时支撑3、斜吊杆4和各楼层梁5；安装方法如下：

S1：核心筒1施工；核心筒1内设有钢筋和用于支撑巨型桁架2的劲性柱；

核心筒1的钢筋框架的搭建，加工劲性柱，复核劲性柱的出厂前留设的基准线，安装劲性柱；劲性柱起吊采用汽车式起重机进行，起吊安全系数选择1.25。起吊前，根据现场场地及吊车占位条件进行三维模拟放样确定吊点位置，确保吊车起重量满足安全系数要求，保证吊装安全可靠。钢丝绳及吊耳的选择根据模拟验算结果确定，以满足荷载要求。

S2：临时支撑3安装；临时支撑3包括若干立柱、横梁、侧向支撑和水平支撑；位于临时支撑3顶部的顶部横梁3.1的两端均固定有挡板6，两个挡板6的内侧均设有千斤顶7；

临时支撑3选型：根据施工场地及结构形式，提前确定临时支撑3的形式和材料；

临时支撑3可行性分析：应用有限元软件建立模型，确定临时支撑3的安装位置并且对吊装各阶段临时支撑3的强度应力、长细比及稳定性进行验算（如图5-6所示）；

表1-临时支撑3可行性分析

临时支撑3现场安装：在巨型桁架2的悬挑端安装临时支撑3；现场依次安装临时支撑3的立柱、横梁、侧向支撑和水平支撑；

S3：巨型桁架2地面组装；巨型桁架2包括主桁架和次桁架；巨型桁架2各构件进入现场后在胎架上进行整体组装；

胎架放置在地面上，沿主桁架与次桁架的连接节点设置胎架立柱，再沿主桁架与次桁架位置通长设置横梁，在保证胎架稳定性的情况下同时进行主桁架和次桁架标高的控制；在地面上放出巨型桁架2的外轮廓线，胎架上标记控制线，并采用全站仪进行定位测量；胎架的搭设高度应考虑作业人员劳动强度，材料的选择应满足荷载要求；地面的承载力必须满足巨型桁架2及施工临时荷载，地面必须平整压实；两榀主桁架依次定位，次桁架依次就位；复核巨型桁架2总体尺寸；按照先后顺序进行焊接；焊接作业前根据不同接头形式进行工艺评定，确定焊接参数；焊接时尽可能采取对称焊接，同时需注意焊接作业温度，以减少焊接收缩对拼装精度的影响；补漆；脱胎；

S4：巨型桁架2吊装；

利用BIM技术在狭小场地内进行吊装放样；在BIM模型中进行重心模拟，确定吊点；吊装机械对巨型桁架2进行起吊；核心筒1内的劲性柱与巨型桁架2空中对接时，应用BIM模型进行空间坐标转换，结合测量数据进行误差纠偏及现场定位；通过临时支撑3的千斤顶7微调，巨型桁架2就位；巨型桁架2与核心筒1内的劲性柱焊接；核心筒1内浇筑混凝土；

巨型桁架2组装前，巨型桁架2单元内的构件全部施焊完成后，通过高精度全站仪扫描单元内各构件的节点精度，并在组装过程中根据扫描结果进行巨型桁架2整体精度的调整；巨型桁架2组装完成后，扫描劲性柱与巨型桁架2各节点的坐标数据，并对劲性柱及巨型桁架2的单构件及整体模型进行偏差分析，通过纠偏数据调整劲性柱及巨型桁架2的角度、截面尺寸精度，实现了巨型桁架2与劲性柱的精准对接。

S5：斜吊杆4安装；

斜吊杆4上口制作时留设有用于现场对接复核的基准线，基准线通过车间精控系统进行虚拟预拼装留设，基准线作为现场对接复核点，从而达到斜吊杆4精度控制的目的；斜吊杆4上设有用于与各楼层梁5连接的多层牛腿；

起吊斜吊杆4，斜吊杆4就位后，复核斜吊杆4预留的基准线，现场用BIM模型转换生成三维控制坐标，采用高精度全站仪空间复核，底部与核心筒1衔接点通过BIM模型转换平面坐标提前在地面上放出牛腿的地样线，进行位置复核；斜吊杆4的顶端与巨型桁架2焊接，斜吊杆4的底部与固定在核心筒1上的钢梁焊接；

S6：临时支撑3卸载；

核心筒1内浇筑的混凝土强度达到100%后卸载临时支撑3；

临时支撑3按照同步、分级卸载，按结构变形趋势，通过螺旋千斤顶使临时支撑3按预定的行程回落，直至临时支撑3与巨型桁架2完全脱离；

S7：各楼层梁5吊装；

起吊楼层梁5；安装楼层梁5，楼层梁5与斜吊杆4的牛腿栓焊连接，楼层梁5与固定在核心筒1上的钢梁栓焊连接；自下至上依次安装其余楼层梁5；

S8：S4-S7步骤中监测巨型桁架2的位移量，监测点设于巨型桁架2的悬挑端部的次桁架下弦杆件交汇点上；S4中，巨型桁架2就位后监测；S5中，斜吊杆4安装后监测；S6中，卸载临时支撑3前监测；S7中，各楼层梁5安装后监测；监测的位移量应小于控制位移量；控制位移量为有限元软件模拟的模拟位移量的1.15倍。

S6中，临时支撑3的单次卸载高度低于5mm。

S4中，核心筒1内混凝土的浇筑采用自密实混凝土，免去振捣工艺，进而保证核心筒1内钢筋的精确位置，保证混凝土的密实度和结构施工质量。

斜吊杆4采用整体制作，斜吊杆4整体下料，但是原料的尺寸达不到要求所以需要接长，接长与节点补强处理全部在厂内完成，拼接焊缝全部一级熔透焊焊接质量，使得进入施工现场的斜吊杆4为整体；工厂制作斜吊杆4时应用TEKLA软件创建三维模型，进行节点的二次设计，自动生成零件图，并与数控加工设备直接对接，可有效提高零件下料精度，降低板材的损耗。

本发明在实施前对倒装全过程进行了模拟分析，即应用有限元软件建立模型，针 对各阶段安装工况进行可行性分析，对各阶段构件吊装状态的结构位移、强度应力、稳定应 力比及长细比分别进行验算（如图8-10所示），从而保证吊装过程安全。

可行性分析项目	控制值	验算值	结果
				结构位移	110.518（L/150）	19.681	OK
强度应力	0.85 N/mm<sup>2</sup>	0.319 N/mm<sup>2</sup>	OK
				稳定性	0.8 N/mm<sup>2</sup>	0.270N/mm<sup>2</sup>	OK
长细比	150	136.191	OK

表2-倒装全过程模拟分析

巨型桁架2的构件加工应用精控系统中的单构件精度检测与虚拟预拼装系统进行构件的检测，该系统是在BIM模型的基础上，采用搭载IN-CHECK软件的高精度全站仪采集构件或零部件的坐标数据在精控系统中进行模拟检测的过程。在板件下料完成后进行板件的精度检测，在构件组装阶段可通过调整余量来控制单构件精度。

制定了斜吊杆4的精度检测方案，应用虚拟预拼装软件对斜吊杆4角度、截面尺寸及牛腿位置进行全面拟合；现场安装过程中采用地面放样与全站仪空间定位结合的方式，保证了斜吊杆4与巨型桁架2及楼层梁的对接精度。

本发明采用倒装法，即先进行顶部巨型桁架2的整体吊装（地面胎架上散装），再进行斜吊杆4的整体吊装（斜吊杆4整体制作），最后进行各楼层梁5的依次安装。

本发明结合BIM技术，通过三维数字技术模拟建筑物，给出每个构件的精确轮廓尺寸及坐标数据；应用倒装法，斜吊杆整体制作、整体吊装，节点精度易于保证；施工时，采用搭载IN-CHECK的高精密全站仪建立高等级控制网，结合计算机对现场数据进行微调，最终现场安装精度达到1mm，高于规范标准与设计要求，焊缝质量全部达到一级要求。

本发明的有益之处：

本发明的巨型桁架在地面焊接，能达到主、次桁架连接焊缝的熔透质量要求，从而保证主巨型桁架的焊接质量；

本发明先将巨型桁架，再将斜吊杆对接在巨型桁架上，能够保证斜吊杆与巨型桁架的对接精度；

斜吊杆为整体结构，在厂内制作阶段完成构件的接长和节点补强，避免斜吊杆现场对接焊接，降低了现场斜吊杆的施工难度，缩短工期；

巨型桁架与各楼层梁均采用整体吊装，安装效率高、缩短了安装工期、降低操作安全风险；极大的节约了脚手架的搭设和斜吊杆逐层吊装费用，减少了高空对接节点降低临边防护费用，从而降低施工成本。

Claims (4)

1.一种异形、曲面悬挂式钢结构体系的安装方法，其特征在于：包括核心筒（1）、巨型桁架（2）、临时支撑（3）、斜吊杆（4）和各楼层梁（5）；安装方法如下：

S1：核心筒（1）施工；核心筒（1）内设有钢筋和用于支撑巨型桁架（2）的劲性柱；

核心筒（1）的钢筋框架的搭建，加工劲性柱，复核劲性柱的出厂前留设的基准线，安装劲性柱；

S2：临时支撑（3）安装；临时支撑（3）包括若干立柱、横梁、侧向支撑和水平支撑；位于临时支撑（3）顶部的顶部横梁（3.1）的两端均固定有挡板（6），两个挡板（6）的内侧均设有千斤顶（7）；

临时支撑（3）选型：根据施工场地及结构形式，提前确定临时支撑（3）的形式和材料；

临时支撑（3）可行性分析：应用有限元软件建立模型，确定临时支撑（3）的安装位置并且对吊装各阶段临时支撑（3）的强度应力、长细比及稳定性进行验算；

临时支撑（3）现场安装：在巨型桁架（2）的悬挑端安装临时支撑（3）；现场依次安装临时支撑（3）的立柱、横梁、侧向支撑和水平支撑；

S3：巨型桁架（2）地面组装；巨型桁架（2）包括主桁架和次桁架；巨型桁架（2）各构件进入现场后在胎架上进行整体组装；

胎架放置在地面上，沿主桁架与次桁架的连接节点设置胎架立柱，再沿主桁架与次桁架位置通长设置横梁，在保证胎架稳定性的情况下同时进行主桁架和次桁架标高的控制；在地面上放出巨型桁架（2）的外轮廓线，胎架上标记控制线，并采用全站仪进行定位测量；两榀主桁架依次定位，次桁架依次就位；复核巨型桁架（2）总体尺寸；按照先后顺序进行焊接；补漆；脱胎；

S4：巨型桁架（2）吊装；

利用BIM技术在狭小场地内进行吊装放样；在BIM模型中进行重心模拟，确定吊点；吊装机械对巨型桁架（2）进行起吊；核心筒（1）内的劲性柱与巨型桁架（2）空中对接时，应用BIM模型进行空间坐标转换，结合测量数据进行误差纠偏及现场定位；通过临时支撑（3）的千斤顶（7）微调，巨型桁架（2）就位；巨型桁架（2）与核心筒（1）内的劲性柱焊接；核心筒（1）内浇筑混凝土；

S5：斜吊杆（4）安装；

斜吊杆（4）上口制作时留设有用于现场对接复核的基准线；斜吊杆（4）上设有用于与各楼层梁（5）连接的多层牛腿；

起吊斜吊杆（4），斜吊杆（4）就位后，复核斜吊杆（4）预留的基准线，现场用BIM模型转换生成三维控制坐标，采用高精度全站仪空间复核，底部与核心筒（1）衔接点通过BIM模型转换平面坐标提前在地面上放出牛腿的地样线，进行位置复核；斜吊杆（4）的顶端与巨型桁架（2）焊接，斜吊杆（4）的底部与固定在核心筒（1）上的钢梁焊接；

S6：临时支撑（3）卸载；

核心筒（1）内浇筑的混凝土强度达到100%后卸载临时支撑（3）；

临时支撑（3）按照同步、分级卸载，按结构变形趋势，通过螺旋千斤顶使临时支撑（3）按预定的行程回落，直至临时支撑（3）与巨型桁架（2）完全脱离；

S7：各楼层梁（5）吊装；

起吊楼层梁（5）；安装楼层梁（5），楼层梁（5）与斜吊杆（4）的牛腿栓焊连接，楼层梁（5）与固定在核心筒（1）上的钢梁栓焊连接；自下至上依次安装其余楼层梁（5）；

S8：S4-S7步骤中监测巨型桁架（2）的位移量，监测点设于巨型桁架（2）的悬挑端部的次桁架下弦杆件交汇点上；S4中，巨型桁架（2）就位后监测；S5中，斜吊杆（4）安装后监测；S6中，卸载临时支撑（3）前监测；S7中，各楼层梁（5）安装后监测。

2.根据权利要求1所述的一种异形、曲面悬挂式钢结构体系的安装方法，其特征在于：S6中，临时支撑（3）的单次卸载高度低于5mm。

3.根据权利要求2所述的一种异形、曲面悬挂式钢结构体系的安装方法，其特征在于：S4中，核心筒（1）内混凝土的浇筑采用自密实混凝土。

4.根据权利要求3所述的一种异形、曲面悬挂式钢结构体系的安装方法，其特征在于：斜吊杆（4）采用整体制作。

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