CN112343233A - 圆形屋面空间管桁架结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种圆形屋面空间管桁架结构及其施工方法。该结构由五榀环向桁架、十二榀径向桁架和十二组径向支撑杆件组成，施工方法为：增设钢柱→转换梁及中心支撑架制作安装固定→移动径向桁架支撑架→内环桁架吊装拼装安装→径向桁架对称安装→以此循环完成整圈桁架→中心支撑架同步分次卸载→检验合格→撤除支撑架。本发明结构适用于高度高、跨度大且建于钢结构夹层上方的圆形屋面，与建筑主体匹配度高，同时具备足够的强度、刚度和稳定性。施工方法采用分段拼装的方式进行，多个支撑系统用以辅助施工，保证了构件组装尺寸的精度，提高了安装精度，使安装质量偏差控制高于了国家标准，最终满足了质量、工期、安全施工等要求。

Description

圆形屋面空间管桁架结构及其施工方法

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，特别涉及一种适用于高度高、跨度大且建于钢结构夹层上方的圆形屋面空间管桁架结构及其施工方法。

背景技术

随着时代的发展，各式各样的建筑结构应用而生，其中钢结构建筑是目前建筑工程中最常见的建筑结构之一。但是在城市建设高速发展的大环境下，钢结构建筑的实施常常也会遇到诸多的限制条件，例如：建筑主体的外型形状、建筑主体的高度太高、建筑主体的跨度太大、建筑工程的工期紧张、施工现场的场地狭窄、结构构件不适用工厂预制、周边环境不适用跨外大型起重机的使用等等，这些因素无论是从结构设计还是施工方法上均会限制着钢结构建筑的进一步发展和普及。此外，对于一些特殊要求的钢结构建筑，其制作拼装安装精度要求较高，施工起来难度相对较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种适用于高度高、跨度大且建于钢结构夹层上方的圆形屋面空间管桁架结构及其施工方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种建于钢结构夹层上方的圆形屋面空间管桁架结构，由五榀环向桁架、十二榀径向桁架和十二组径向支撑杆件组成；

五榀环向桁架分别为由内而外同心设置的内环桁架、二环桁架、三环桁架、四环桁架和外环桁架，外环桁架通过周边混凝土柱顶设置的十二个支座支撑固定；

十二榀径向桁架呈放射状均布安装在五榀环向桁架之间，每榀径向桁架的内端和外端分别与内环桁架和外环桁架连接安装，内外端之间的部分分别与二环桁架、三环桁架、四环桁架交叉连接安装；每榀径向桁架由两片单体桁架拼装而成，单体桁架在平面内为弧形状设置，两片单体桁架以弧口对接的方式进行拼装；

十二组径向支撑杆件呈放射状均布安装在三环桁架与外环桁架之间，且十二组径向支撑杆件与十二榀径向桁架依次间隔设置；每组径向支撑杆件由结构相同的上弦弧形杆件和下弦弧形杆件组成，每弦弧形杆件由两根弧形杆拼装而成，两根弧形杆的外端对接在一起且与外环桁架固定、内端分离设置且均与三环桁架固定。

作为优选的技术方案，内环桁架的上、下弦杆为φ500×16，其余环向桁架的上、下弦杆为φ168×6；径向桁架的上弦杆为φ325×10、下弦杆为φ273×14。

进一步的，上述建于钢结构夹层上方的圆形屋面空间管桁架结构的施工方法，包括如下步骤：

1）夹层增设钢柱

在夹层内正对圆形屋面中心部位位置处的混凝土柱顶增设四根钢柱，钢柱的柱头与楼板顶紧；

2）转换梁及中心支撑架的支设

转换梁安装在设置有钢柱的位置处，中心支撑架安装在转换梁上，中心支撑架的顶层铺设平台板，具体如下：

转换梁及中心支撑架是由下部结构和上部结构组成的受力架体，转换梁为下部结构，具体是由四榀转换桁架梁形成的一个四边形框架结构，四角均设置25mm厚的支脚板，支脚板安装在设置有钢柱的楼面位置处；中心支撑架为上部结构，其安装在转换梁上部，中心支撑架的上部为正六边型架体，正六边形的外接圆即为内环桁架的中心线，中心支撑架的顶层铺设平台板，平台板的高度比内圈桁架下弦低400mm，在正六边形外围的六根立柱部位分别安装工字钢支墩，形成用于支撑待安装的内环桁架的六个支撑点；

3）内环桁架安装

先将内环桁架均分成四块置于地面，然后吊装至中心支撑架上进行拼装焊接，具体如下：

安装前先在中心支撑架的平台板上放线，放出中心原点和内环平面定位控制线，在平台板上放出十二榀径向桁架的节点位置，在平台板上位于中心支撑架外围的六个立柱处支设工字钢支墩，作为支撑内环桁架的支撑点，由于利用现场塔吊吊装重量的限制，将内环桁架在楼地面上拼装制作，先将内环桁架的下弦圆环和竖腹杆斜腹杆组装成型，分成四块吊装至中心支撑架上进行拼装焊接，然后将在楼地面制作的上弦圆环分四块吊装后拼装成型并完成连接节点的焊接；

4）径向桁架安装

径向桁架按照对称安装的方式进行，具体为：安装第一榀径向桁架、再安装第七榀径向桁架→安装第二榀径向桁架、再安装第八榀径向桁架→安装第三榀径向桁架、再安装第九榀径向桁架→安装第四榀径向桁架、再安装第十榀径向桁架→安装第五榀径向桁架、再安装第十一榀径向桁架→安装第六榀径向桁架、再安装第十二榀径向桁架；

每榀径向桁架在安装时采用分片立式散装的方式进行，即先安装一片弧形单体桁架，再安装另一片弧形单体桁架；每榀径向桁架的内侧端与内环桁架连接安装、外侧端与周边混凝土柱顶设置的支座连接安装；每完成一榀径向桁架的安装后，就接着安装二环桁架、三环桁架、四环桁架分别位于每榀径向桁架的两片弧形单体桁架之间的部分，具体安装时要先安装中部的三环桁架、再安装两侧的二环桁架和四环桁架；

安装相邻的下一榀径向桁架时，当下一榀径向桁架的其中一片弧形单体桁架安装完成后，要先安装二环桁架、三环桁架、四环桁架、外环桁架分别位于相邻两榀径向桁架之间的部分，该部分安装完成后再继续安装另一片弧形单体桁架，两片弧形单体桁架安装完成后，继续安装二环桁架、三环桁架、四环桁架分别位于两片弧形单体桁架之间的部分；以此类推，完成周圈所有径向桁架的安装；

径向桁架安装过程中，在其中部支撑设置有径向桁架支撑架；

5）支撑架的卸载

按照以上工艺顺序和方法安装并焊接，完成后进行卸载；卸载分两部分，第一部分是径向桁架支撑架的卸载，第二部分是中心支撑架的卸载，全部径向桁架支撑架卸载后，再进行中心支撑架的卸载；

径向桁架支撑架的卸载采用先进行第一榀径向桁架支撑架和第七榀径向桁架支撑架的卸载，依次进行第二榀径向桁架支撑架和第八榀径向桁架支撑架、第三榀径向桁架支撑架和第九榀径向桁架支撑架、第四榀径向桁架支撑架和第十榀径向桁架支撑架、第五榀径向桁架支撑架和第十一榀径向桁架支撑架、第六榀径向桁架支撑架和第十二榀径向桁架支撑架的卸载；

中心支撑架的卸载采用分次同步卸载法，卸载时在支撑内环桁架的六个支撑点旁边各用一台25t液压千斤顶顶到内环桁架的下弦时，取下工字钢支墩，此时转为六台千斤顶支撑，控制六台千斤顶每次同步卸载，每次卸载高度为10mm，直到卸载完成，结构完成受力转换；

6）十二组径向支撑杆件的安装

卸载完成后，采用高空散装法在以形成的整体屋盖桁架结构上依次进行十二组径向支撑杆件的组装焊接；

7）支座固定

所有结构杆件安装完成后，对周边支座螺栓进行再次施宁紧固，并固定牢固，对整个结构进行检测检验，合格后撤除中心支撑架即可。

作为优选的技术方案，钢柱高度低于夹层净高4cm，在钢柱就位后用四台千斤顶将柱头与楼板顶紧，柱脚板下四周加斜垫铁，拆除千斤顶后支600*600侧模并用C60高强度无收缩灌浆料从一端灌注将柱底空隙灌密实。

作为优选的技术方案，中心支撑架包括七根垂直设置的主支撑钢柱，其中六根主支撑钢柱沿内环桁架一圈均匀分布，剩下一根主支撑钢柱沿内环桁架的圆心分布，相邻的主支撑钢柱之间连接固定有水平杆；中心支撑架顶部的平台板厚度为12mm，在平台板上设置有千斤顶对拼装内环桁架的位置进行微调，调整时由两人对千斤顶同步升起，并备用不同厚度的钢板进行调整，调整核实后对钢板焊接固定。

作为优选的技术方案，第一榀径向桁架安装时，采用四根缆风绳进行临时拉结防止倾倒，以确保中心支撑架一侧受荷时的稳定性；相邻的第二榀径向桁架的第一片弧形单体桁架在未与第一榀径向桁架拉结时，塔吊不松钩的情况下连接环向桁架。

本发明空间管桁架结构适用于高度高、跨度大且建于钢结构夹层上方的圆形屋面，通过合理分段拼装而成，与建筑主体匹配度高，同时具备足够的强度、刚度和稳定性。本发明空间管桁架结构的施工方法科学合理，通过现场塔吊进行吊装施工，利用塔吊本身的作用半径及额定起重能力即可完成，很好的解决了因施工场地狭小而难以启用其他设备施工的问题；该方法采用巧妙的分段拼装的方式进行桁架结构的安装，同时设置了多个支撑系统用以辅助施工，保证了构件组装尺寸的精度，对桁架组装成型和焊接质量起到了关键的作用，提高了安装精度，使安装质量偏差控制高于了国家标准，最终满足了质量、工期、安全施工等要求，充分发挥了科技的作用。

附图说明

此处的附图用来提供对本发明的进一步说明，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明圆形屋面空间管桁架结构的三维示意图。

图2为本发明圆形屋面空间管桁架结构的截面示意图。

图3为本发明中转换梁及中心支撑架示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为本发明圆形屋面空间管桁架结构的建筑轴线示意图。

图6为本发明中钢柱分布示意图。

图7为本发明中钢柱安装示意图。

图8为本发明中单体桁架及胎架示意图。

图9为图8 的立面图。

图10为图8的竖向剖视图。

图11为本发明方法中径向桁架安装顺序示意图。

图12为本发明方法中安装第一榀径向桁架的第一片弧形单体桁架示意图。

图13为本发明方法中安装第一榀径向桁架的第二片弧形单体桁架示意图。

图14为本发明方法中安装第一榀径向桁架内二环桁架、三环桁架、四环桁架部分的示意图。

图15为本发明方法中安装第七榀径向桁架的示意图。

图16为本发明方法中安装第二榀径向桁架的第一片弧形单体桁架以及安装第一、二榀径向桁架之间二环桁架、三环桁架、四环桁架、外环桁架部分的示意图。

图17为本发明方法中安装第二榀径向桁架的第二片弧形单体桁架以及安装第二榀径向桁架之间二环桁架、三环桁架、四环桁架部分的示意图。

图18为本发明方法中安装第八榀径向桁架的示意图。

图中：1-内环桁架、2-二环桁架、3-三环桁架、4-四环桁架、5-外环桁架、6-径向桁架、6-1-单体桁架、7-钢柱、8-千斤顶、9-转换梁、10-中心支撑架、11-径向桁架支撑架、12-胎架、13-径向支撑杆件、a-第一榀径向桁架、b-第七榀径向桁架、c-第二榀径向桁架、d-第八榀径向桁架。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明，以下结合参考附图并结合实施例对本发明作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，一种建于钢结构夹层上方的圆形屋面空间管桁架结构，由五榀环向桁架、十二榀径向桁架6和十二组径向支撑杆件13组成；

五榀环向桁架分别为由内而外同心设置的内环桁架1、二环桁架2、三环桁架3、四环桁架4和外环桁架5，外环桁架5通过周边混凝土柱顶设置的十二个支座支撑固定；

十二榀径向桁架6呈放射状均布安装在五榀环向桁架之间，每榀径向桁架6的内端和外端分别与内环桁架1和外环桁架5连接安装，内外端之间的部分分别与二环桁架2、三环桁架3、四环桁架4交叉连接安装；每榀径向桁架6由两片单体桁架6-1拼装而成，单体桁架6-1在平面内为弧形状设置，两片单体桁架6-1以弧口对接的方式进行拼装；

十二组径向支撑杆件13呈放射状均布安装在三环桁架3与外环桁架5之间，且十二组径向支撑杆件13与十二榀径向桁架6依次间隔设置；每组径向支撑杆件13由结构相同的上弦弧形杆件和下弦弧形杆件组成，每弦弧形杆件由两根弧形杆拼装而成，两根弧形杆的外端对接在一起且与外环桁架5固定、内端分离设置且均与三环桁架3固定。

上述结构中，内环桁架1的上、下弦杆为φ500×16，其余环向桁架的上、下弦杆为φ168×6；径向桁架6的上弦杆为φ325×10、下弦杆为φ273×14。

上述建于钢结构夹层上方的圆形屋面空间管桁架结构的施工方法，包括如下步骤：

1）夹层增设钢柱

如图6、图7所示，在夹层内正对圆形屋面中心部位位置处的混凝土柱顶增设四根钢柱7，钢柱7的柱头与楼板顶紧；钢柱7高度低于夹层净高4cm，在钢柱7就位后用四台千斤顶8将柱头与楼板顶紧，柱脚板下四周加斜垫铁，拆除千斤顶8后支600*600侧模并用C60高强度无收缩灌浆料从一端灌注将柱底空隙灌密实。

2）转换梁及中心支撑架的支设

如图3、图4所示，转换梁9及中心支撑架10是由下部结构和上部结构组成的受力架体，转换梁9为下部结构，具体是由四榀转换桁架梁形成的一个四边形框架结构，四角均设置25mm厚的支脚板，支脚板安装在设置有钢柱7的楼面位置处；中心支撑架10为上部结构，其安装在转换梁9上部，中心支撑架10包括七根垂直设置的立柱，其中六根立柱沿内环桁架1一圈均匀分布，剩下一根立柱沿内环桁架1的圆心分布，相邻的立柱之间连接固定有水平杆，中心支撑架10的上部为正六边型架体，正六边形的外接圆即为内环桁架1的中心线，中心支撑架10的顶层铺设平台板，平台板的高度比内环桁架1下弦低400mm，在正六边形外围的六根立柱部位分别安装工字钢支墩，形成用于支撑待安装的内环桁架1的六个支撑点。

3）内环桁架安装

先将内环桁架1均分成四块置于地面，然后吊装至中心支撑架10上进行拼装焊接，具体如下：

安装前先在中心支撑架10的平台板上放线，放出中心原点和内环平面定位控制线，在平台板上放出十二榀径向桁架6的节点位置，在平台板上位于中心支撑架10外围的六个立柱处支设工字钢支墩，作为支撑内环桁架1的支撑点，将内环桁架1在楼地面上拼装制作，先将内环桁架1的下弦圆环和竖腹杆斜腹杆组装成型，分成四块吊装至中心支撑架10上进行拼装焊接，然后将在楼地面制作的上弦圆环分四块吊装后拼装成型并完成连接节点的焊接。

4）径向桁架安装

径向桁架6按照对称安装的方式进行，如图6所示，具体为：安装第一榀径向桁架a、再安装第七榀径向桁架b→安装第二榀径向桁架c、再安装第八榀径向桁架d→安装第三榀径向桁架、再安装第九榀径向桁架→安装第四榀径向桁架、再安装第十榀径向桁架→安装第五榀径向桁架、再安装第十一榀径向桁架→安装第六榀径向桁架、再安装第十二榀径向桁架；

每榀径向桁架6在安装时采用分片立式散装的方式进行，即先安装一片弧形单体桁架6-1，再安装另一片弧形单体桁架6-1；每榀径向桁架6的内侧端与内环桁架1连接安装、外侧端与周边混凝土柱顶设置的支座连接安装；每完成一榀径向桁架6的安装后，就接着安装二环桁架2、三环桁架3、四环桁架4分别位于每榀径向桁架6的两片弧形单体桁架6-1之间的部分，具体安装时要先安装中部的三环桁架3、再安装两侧的二环桁架2和四环桁架4；

安装相邻的下一榀径向桁架6时，当下一榀径向桁架6的其中一片弧形单体桁架6-1安装完成后，要先安装二环桁架2、三环桁架3、四环桁架4、外环桁架5分别位于相邻两榀径向桁架6之间的部分，该部分安装完成后再继续安装另一片弧形单体桁架6-1，两片弧形单体桁架6-1安装完成后，继续安装二环桁架2、三环桁架3、四环桁架4分别位于两片弧形单体桁架6-1之间的部分；以此类推，完成周圈所有径向桁架6的安装；

第一榀径向桁架安装时，采用四根缆风绳进行临时拉结防止倾倒，相邻的第二榀径向桁架的第一片弧形单体桁架在未与第一榀径向桁架拉结时，塔吊不松钩的情况下连接环向桁架；

径向桁架6安装过程中，在其中部支撑设置有径向桁架支撑架11，如图2所示。

5）支撑架的卸载

按照以上工艺顺序和方法安装并焊接，完成后进行卸载；卸载分两部分，第一部分是径向桁架支撑架11的卸载，第二部分是中心支撑架10的卸载，全部径向桁架支撑架11卸载后，再进行中心支撑架10的卸载；

径向桁架支撑架11的卸载采用先进行第一榀径向桁架支撑架和第七榀径向桁架支撑架的卸载，依次进行第二榀径向桁架支撑架和第八榀径向桁架支撑架、第三榀径向桁架支撑架和第九榀径向桁架支撑架、第四榀径向桁架支撑架和第十榀径向桁架支撑架、第五榀径向桁架支撑架和第十一榀径向桁架支撑架、第六榀径向桁架支撑架和第十二榀径向桁架支撑架的卸载；

中心支撑架10的卸载采用分次同步卸载法，卸载时在支撑内环桁架1的六个支撑点旁边各用一台25t液压千斤顶顶到内环桁架1的下弦时，取下工字钢支墩，此时转为六台千斤顶支撑，控制六台千斤顶每次同步卸载，每次卸载高度为10mm，直到卸载完成，结构完成受力转换。

6）十二组径向支撑杆件的安装

卸载完成后，采用高空散装法在以形成的整体屋盖桁架结构上依次进行十二组径向支撑杆件13的组装焊接，为了附图的简洁明了，图1中仅显示了一组径向支撑杆件13的示意图，而实际中是在相邻的径向桁架6之间均设置有一组径向支撑杆件13；

7）支座固定

所有结构杆件安装完成后，对周边支座螺栓进行再次施宁紧固，并固定牢固，对整个结构进行检测检验，合格后撤除中心支撑架10即可。

以下列举一个具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明：

一、工程概况及特点

1、工程概况

所列举的具体实施例工程为山西省太原市轨道2号线一期工程控制中心屋面钢结构工程，该钢结构为圆形屋面空间管桁架结构，跨度为59.4米，由十二榀径向桁架6、五榀环向桁架及十二组“小花瓣”状的径向支撑杆件13组成,外环桁架5通过周边混凝土柱顶设置的十二个支座支撑，屋盖钢结构周边支座标高为40.500m，楼地面标高为30.420m。内环桁架5的上、下弦杆为φ500×16，其余环向桁架的上、下弦杆为φ168×6；径向桁架6的上弦杆为φ325×10、下弦杆为φ273×14。圆形屋面空间管桁架结构如图1、图2、图5所示。

本工程中径向桁架的单片弧形单体桁架如图8、图9所示，重量约为6.15t吨。

2、工程特点

（1）本工程为圆形屋盖钢结构，跨度大，直径58.8m，且构件在平面内为弧形，制作拼装安装精度要求高，施工难度大。

（2）本工程工期紧，现场场地狭窄，结构构件不适用工厂预制，需采取将已加工的零件运至现场拼装安装的方法，给施工组织管理带来一定困难。

（3）该钢结构层处于框架结构上部，高度高、跨度大，周边环境等不适用跨外大型起重机的使用，只能利用现场的塔吊，根据塔吊在作用半径内的额定起重能力，设计中心支撑架支撑内环桁架，内环桁架分四块分别吊装，十二榀径向桁架分24片弧形单体桁架分别吊装，高空组装安装具有一定难度。

（4）钢管桁架管-管对接焊缝和相贯连接节点焊缝的焊接质量，对结构安全有重大影响，需制定严格的焊接工艺，确保焊接质量。

二、现场条件

1、圆形屋面层的下层为钢结构夹层，夹层板为楼承板,板顶标高30.42m，板厚125mm，混凝土强度C30；夹层下部为混凝土框架，板顶标高28.48m，框架柱800mm*800mm，柱距8.4m*8.4m。

2、现场屋盖钢结构周边支撑于40.5m处钢筋混凝土梁顶。

3、现场布置塔吊为TC7013塔吊70m臂长，和6015塔吊60m臂长。

三、总体施工方案

根据屋盖结构形式和现场施工条件采用临时支撑架定位安装法。该支撑架定位安装法是通过设计安装合理的带转换梁式中心支撑架和弧形径向梁中部支撑架，将构件按照一定的安装工艺顺序吊装安装到结构构件所设计位置，经组装、校正、焊接连接固定的安装方法。该安装法需要在构件下设置支撑系统，待构件连接后再进行合理卸载，将结构受力转换到结构设计受力体系的施工安装方法。

首先对夹层内中心支撑架位置处的混凝土柱顶增加四根钢柱，夹层板上部设置转换梁，在内环桁架下部设置固定中心支撑架，用于安装内环桁架，中心支撑架设置于转换梁上，将上部荷载传至下部增设的钢柱上。采用塔式起重机吊装，为满足作业半径内吊重要求，内环桁架等分四块在中心支撑架上拼接安装，径向桁架的安装采用分片散装，中间加设径向桁架支撑架，对称安装，相邻两榀径向桁架及连接杆件安装完成后，方可卸载。在所有结构构件安装完成后，方可对中心支撑架卸载。

总体施工顺序为：增设钢柱→转换梁及中心支撑架制作安装固定→移动径向桁架支撑架（按对称数量考虑）→内环桁架吊装拼装安装→径向桁架对称安装→以此循环完成整圈桁架→中心支撑架同步分次卸载→检测检验合格→撤除中心支撑架。

四、转换梁及中心支撑架设计

本工程中心支撑架按照内环桁架的设计直径10m，在直径10m的圆上及圆心均布七根H型钢500*200**12*16钢柱，并在转换梁上增加四根H型钢250*250*9*12钢柱；中心支撑架钢柱的柱高为9.6m，钢柱中间每隔3.2m设置水平杆，顶部为平台梁，水平杆及平台梁采用H型钢200*200*8*12；中心支撑架在地面设置格构式转换梁，转换梁支座为500*50*20，转换梁上下弦杆采用H型钢200*200*8*12，腹杆采用H型钢150*150*7*10，上部满铺10mm平台板；夹层钢柱选用350*350*20方管。根据预定的施工工况采用MIDAS软件进行有限单元分析和安全验算，满足施工工艺技术和安全要求。转换梁及中心支撑架结构如图3、图4所示。

五、胎架设计

径向桁架的弧形单体桁架采用立式拼装，设计拼装胎架12，底平台大骨架、立柱采用H250*125*6*9，底座宽3m，立柱高度3.6m，上部立柱与立柱间拉结方管120*120*4，立柱斜撑60*60*3方管，立柱上部牛腿为H250*125*6*9，用以支撑及调整上弦钢管高度，牛腿端部及下弦管外侧，用螺栓连接挡铁。弧形单体桁架6-1及胎架12如图8、图9、图10所示。

六、径向桁架支撑架设计

由于径向桁架平面外为弧形，安装时需要两端和中部区域三点支撑，防止偏心翻转或扭曲，中部设置格构式径向桁架支撑架，架体底部设置6m长200*200*8*12H型钢底座，柱身高度9.6m，采用φ60*3.5圆管，架体平面尺寸1.2m*1.2m，柱中缀板采用φ60*3.5圆管，间距1.3m，径向桁架支撑架如图2所示。径向桁架支撑架用缆风绳固定,相邻两榀径向桁架（四片弧形单体桁架）安装焊接完成后拆除，径向桁架依次对称安装。

七、施工工艺技术

1、加工要求

（1）对图纸的节点绘放大样（相贯线部分由相贯线设备在线上完成），所有材料在完成大样校核无误后再进行下料。

（2）所有材料必须经验收合格后方能投入使用（原材必须进行复验）。

2、夹层增设钢柱

（1）如图5、图6所示，在夹层4、5轴与P、N轴交汇处的混凝土柱顶增设350*350*20箱型钢柱，柱头板与柱脚板均为500*500*20钢板，为了便于现场安装，分节制作，现场安装时对接焊接。

（2）如图7所示，钢柱高度低于夹层净高4cm，在钢柱就位后用四台千斤顶将柱头与楼板顶紧，柱脚板下四周加斜垫铁，拆除千斤顶后支600*600侧模并用C60高强度无收缩灌浆料从一端灌注将柱底空隙灌密实。

3、转换梁及中心支撑架支设

（1）支设前对框架基础及中心支撑架进行定位放线并进行闭合。

（2）按照中心部位位置在地面放样，根据放样位置安装转换梁和中心支撑架，如图2所示。

（3）转换梁支座位置设500*500*20厚钢板，并增设12mm厚肋板加强节点。

（4）转换梁及中心支撑架连接节点按设计标准节点出详图施工，节点焊缝严格遵照详图质量要求，确保焊缝质量。

（5）转换梁及中心支撑架原位进行拼装与安装，安装过程中做好监测保证安装精度。

（6）模拟施工过程的计算中，架体满足稳定要求，考虑到施工过程中的动荷载，避免架体在荷载作用下产生偏移，安装完成后周边均布缆风绳拉结到周边框架柱上。

（7）中心支撑架整体安装验收合格后在顶层铺设12mm厚平台板。

4、内环桁架安装

（1）位于中心圈的内环桁架直径为10m，总长度31.416m，在地面整圆拼装后可拆为四块吊装至中心支撑架顶部进行拼装。

（2）中部支撑架顶部设立千斤顶对拼装内环桁架位置进行微调，调整时由两人对千斤顶同步起升，备用3mm、5mm等不同厚度钢板进行调整，调整核实后对钢板及制作焊接固定。

（3）为保证高空拼装时弧形管的稳定，增设四个支点，采用支架支设。为保证支架的稳定，将其与中心支撑架进行可靠连接。支设过程中随时监测定位桩点与架体的偏差，及时调整，确保内环桁架定位精确。

（4）分块后弧形梁单块重量4.8t，利用7015塔吊吊装，吊距37m，采用三点吊装，弧形梁中部设置10t倒链调节弧形梁的平衡。

（5）内环桁架拼装焊接验收合格后，与径向桁架连接的节点定位装配焊接。

5、径向桁架安装

（1）内环桁架安装检验合格后进行径向桁架的安装。

（2）安装第一榀径向桁架的第一片弧形单体桁架，如图12所示。

（3）安装第一榀径向桁架的第二片弧形单体桁架，如图13所示。

（4）安装第一榀桁架内的环向桁架部分，即二环桁架、三环桁架、四环桁架位于第一榀径向桁架内的部分，先安装中部的三环桁架，后安装两侧的二、四环桁架，如图14所示。

（5）安装第七榀径向桁架，方法同上述（2）、（3）、（4）步骤，如图15所示。

（6）安装第二榀径向桁架的第一片弧形单体桁架，并安装第一榀与第二榀径向桁架之间的环向桁架部分，即二环桁架、三环桁架、四环桁架、外环桁架位于第一榀与第二榀径向桁架之间的部分，如图16所示。

（7）安装第二榀径向桁架的第二片弧形单体桁架以及位于第二榀径向桁架内的二环桁架、三环桁架、四环桁架部分，如图17所示。

（8）同样的方法安装第八榀径向桁架，如图18所示。

（9）以此类推，完成周圈径向桁架的安装，如图1所示。

（10）径向桁架安装过程中在桁架梁中部设置径向桁架支撑架，支架底座通过放线就位，支架用塔吊吊装就位，与底座用螺栓连接，同一榀径向桁架的两个支架通过水平杆和十字支撑进行连接，径向方向用70*7的等边角钢作支撑，如图2所示。

（11）第一榀径向桁架安装时，采用四根缆风绳进行临时拉结防止倾倒。第二榀径向桁架的第一片弧形单体桁架在未与第一榀径向桁架拉结时，塔吊不松钩的情况下连接环向桁架。

（12）具体实施时，径向桁架第四、五、六、七、八榀吊距超过了45米，塔吊不满足吊装作业条件，故将其拆分为两截，进行空中拼装对接。为保证桁架拼装精度，弧形的桁架在地面整体制作后拆分吊装。

（13）单榀吊装构件在未形成结构体系之前，均用缆绳拉结稳固。

（14）分节梁端部支撑位置增设临时立杆，确保拼接遇中结构不变形。

6、十二组径向支撑杆件的安装

卸载完成后，采用高空散装法在以形成的整体屋盖桁架结构上依次进行十二组径向支撑杆件13的组装焊接；

7、支撑架的卸载

（1）整体桁架全部安装完成并监测合格后方可卸载。卸载分两部分，第一部分是径向桁架支撑架11的卸载，第二部分是中心支撑架10的卸载，全部径向桁架支撑架11卸载后，再进行中心支撑架10的卸载；

径向桁架支撑架11的卸载采用先进行第一榀径向桁架支撑架和第七榀径向桁架支撑架的卸载，依次进行第二榀径向桁架支撑架和第八榀径向桁架支撑架、第三榀径向桁架支撑架和第九榀径向桁架支撑架、第四榀径向桁架支撑架和第十榀径向桁架支撑架、第五榀径向桁架支撑架和第十一榀径向桁架支撑架、第六榀径向桁架支撑架和第十二榀径向桁架支撑架的卸载；

中心支撑架10的卸载采用分次同步卸载法，卸载时在支撑内环桁架1的六个支撑点旁边各用一台25t液压千斤顶顶到内环桁架1的下弦时，取下工字钢支墩，此时转为六台千斤顶支撑，控制六台千斤顶每次同步卸载，每次卸载高度为10mm，直到卸载完成，结构完成受力转换。

（2）结构完成受力转换后，对屋盖桁架结构的挠度进行检测。

8、周边支座固定

屋盖桁架结构的挠度检测符合设计要求后，再次检测和紧固支座固定螺栓，并按设计要求点焊固定螺母。

9、支撑架拆除

（1）监测整体挠度符合要求，且周边支座螺栓紧固后方可撤除千斤顶及支架。

（2）中心支撑架拆除时用气割分层解体，吊装时利用7015塔吊利用直径10m的内圈空间，防止拆除过程中结构不稳定，必要时要随时增加临时支撑。

（3）拆除部件要计算好吊重，在确认拆除段与下段彻底脱离后，才能起吊和移动。

（4）拆除过程中，拆除段拉设溜绳，防止与已安屋面桁架结构碰撞；未拆除段及时拉设风缆绳，防止倾翻。

10、施工控制要点

（1）内环桁架HJ-2与径向桁架HJ-1连接节点在直径500×18管内加设衬板,板厚为6mm，焊缝为全熔透焊缝。

（2）内环桁架与径向桁架的所有水平杆件的对接焊缝均为全熔透焊缝。

（4）杆件的弯弧，应在弯管机上进行，热弯时应严格控制加热温度，热弯后应自然冷却，所弯弧度容许负不容许正,弯弧直径偏差≤10mm。

（5）杆件下料长度应考虑焊接收缩余量，下料长度控制±1mm,斜腹杆与上下炫杆交汇处保留合理的组装间隙，以保证焊缝的厚度。

（6）制作安装

1）工艺流程

图纸深化设计→原材料验收及复检→弯管加工→下料切割→除锈油漆→钢柱加固→中心支撑架10搭设→内环桁架1制作安装→径向桁架6制作安装→十二组“小花瓣”径向支撑杆件13组装→焊缝检验→桁架卸载→挠度检测→补涂及面漆喷涂→资料整理归档→交工。

2）采用BIM软件建立三维模型，按照预定的制作、组装和安装工艺，编制构件和零部件加工详图、构件组装和结构安装布置图，为构件准确制造，安装奠定基础，并进行工程仿真分析和安全验算，消除施工过程中的安全隐患。

3）钢材进场验收按照资料验收和实体验收进行。资料验收是检查核对进货清单和订货合同及是否相符，随行产品合格证和性能检验报告是否符合相关规范要求和订货合同的要求。实物验收是认真核对钢材的规格尺寸、外观质量、表面锈蚀程度是否满足设计及相关规范要求，并按照现行国家标准进行见证取样复验，以确保所使用钢材满足工程施工使用要求。

4)弯管加工

弯管加工在工厂进行，直径325mm以下的管采用液压冷弯设备加工，直径500mm的钢管采用高频热煨加工设备加工，加工时严格控制加热温度，以防影响钢材材质，并控制弯管精度。钢管弯曲矢高≤5mm，管口圆度偏差不大于2mm。

5）下料切割

下料加工在工厂进行，管件下料采用数控相贯线切割下料机完成，切割时采用合理的切割顺序并增加割线补偿，严格控制管件尺寸、相贯线的几何形状坡口尺寸及精度。

6)除锈涂装

采用抛丸除锈机除锈，控制除锈等级和表面粗糙度，表面粗糙度控制在50-80μm，以增强涂层附着力。 涂装时在需要焊接的部位100mm范围内用胶带进行保护。

7）钢柱加固

夹层地面下层混凝土柱的部位与夹层顶之间增加钢柱7加固，以使上部荷载通过中心支撑架10、转换梁9、钢柱7传递至下层可用于承载的混凝土柱 。钢柱7加固时，为保证加固质量，钢柱7用千斤顶8顶起，使柱顶板与楼面板紧密贴合，下部支设斜垫铁，用C60高强度无收缩灌浆料将柱底空隙灌密实。

8）转换梁9及中心支撑架10安装

安装前进采用全站仪进行精确放线，准确确定平面位置，先安装转换梁9再安装中心支撑架10，按架体设计要求的节点形式焊接牢固可靠。

9）内环桁架1制作安装

内环桁架1制作时为保证精度，上下弦在地面上分别组装为整圆环，然后分块吊装在平台上组装。上下弦钢管的对接口应相互错开。组装顺序为下弦管、立杆和腹杆上弦管。在平台上组装前，要进行一次安装整体测量放线，在放线时在平台上标记出构件中心点，同时安放出整体钢结构的定位线，每支点的之间尺寸偏差≤3mm，标高偏差≤3mm，放出内环与12榀径向桁架6连接的位置，并复核周边支座处预埋螺栓安装的偏差是否符合设计和安装要求，然后对内环桁架1精确定位。

10）径向桁架6制作安装

径向桁架6的预制拼装组焊在胎膜上进行，设计组装胎膜采用立式组装的方法，首先在平面上安装上下弦杆件，测量和固定的平面几何形状，可采用辅助的进行定位，为了保证上下炫杆与对应边柱和内环桁架的定位，两端加设临时竖杆以控制桁架上下弦杆之间的尺寸；

施焊时应注意焊接的顺序，防止平面外变形和桁架矢高的变形超大，要严格的控制径向桁架6两端之间在三环桁架位置处的尺寸，以保证花瓣之间形状的一致性，桁架焊接时，先焊下弦杆的对接焊缝，保证桁架拱度为正值；后焊上弦杆的对接焊缝，然后焊接下弦腹杆，最后焊接上弦杆间的腹杆节点；

同一腹杆的两端不得同时施焊：支管与主管的焊接宜先焊下弦节点焊缝、后焊上弦节点焊缝；同一腹杆的两端不得同时施焊，应当在焊完一端并冷却后，再焊另一端。对于弦杆与腹杆相接的KK、KT型节点，采用交错焊接法，以减少应力集中；

节点焊缝焊接完成后，按设计要求进行焊缝的检测，不合格焊缝应进行合理的修磨补焊，补焊完成并重新进行验收；

径向桁架6安装顺序应对称进行安装。安装前先安装桁架带支柱的立柱，采用临时斜杆支撑，使其达到稳定。单榀径向桁架6安装时在中部支撑径向桁架支撑架11，将径向桁架6的一端与内环桁架1上下弦，另一端与带支柱的立柱准确定位并焊接可靠后方可吊车松钩，二环桁架2、三环桁架3、四环桁架4、外环桁架5安装时要注意平面尺寸和位置偏差≤3mm，避免强拉硬扯，产生次应力。

11) 十二组“小花瓣”径向支撑杆件13

卸载完成后，采用高空散装法在以形成的整体屋盖桁架结构上依次进行十二组“小花瓣”径向支撑杆件13组装焊接。

12）桁架卸载

卸载时先卸载径向桁架6的径向桁架支撑架11，后卸载中心支撑架10，径向桁架支撑架11采用对称卸载法，中心支撑架10的卸载采用分次同步卸载法。

13）挠度检测

在十字直径位置上各检测四点，弧形径向桁架6下弦中部点和对应的内环桁架1下弦点，所检测挠度值应不大于设计提供的相应挠度值。

14）补涂及面漆喷涂

焊接部位的补涂必须按照原有的涂装要求分层涂装，验收合格后再进行面漆的涂装。涂层涂装应均匀、色泽一致、表面不得出现针眼、气孔和溜坠，涂层干膜厚度应满足设计要求。

上面是对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种圆形屋面空间管桁架结构，其特征在于：由五榀环向桁架、十二榀径向桁架和十二组径向支撑杆件组成；

五榀环向桁架分别为由内而外同心设置的内环桁架、二环桁架、三环桁架、四环桁架和外环桁架，外环桁架通过周边混凝土柱顶设置的十二个支座支撑固定；

十二榀径向桁架呈放射状均布安装在五榀环向桁架之间，每榀径向桁架的内端和外端分别与内环桁架和外环桁架连接安装，内外端之间的部分分别与二环桁架、三环桁架、四环桁架交叉连接安装；每榀径向桁架由两片单体桁架拼装而成，单体桁架在平面内为弧形状设置，两片单体桁架以弧口对接的方式进行拼装；

十二组径向支撑杆件呈放射状均布安装在三环桁架与外环桁架之间，且十二组径向支撑杆件与十二榀径向桁架依次间隔设置；每组径向支撑杆件由结构相同的上弦弧形杆件和下弦弧形杆件组成，每弦弧形杆件由两根弧形杆拼装而成，两根弧形杆的外端对接在一起且与外环桁架固定、内端分离设置且均与三环桁架固定。

2.根据权利要求1所述的圆形屋面空间管桁架结构，其特征在于：内环桁架的上、下弦杆为φ500×16，其余环向桁架的上、下弦杆为φ168×6；径向桁架的上弦杆为φ325×10、下弦杆为φ273×14。

3.根据权利要求1所述的圆形屋面空间管桁架结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）夹层增设钢柱

在夹层内正对圆形屋面中心部位位置处的混凝土柱顶增设四根钢柱，钢柱的柱头与楼板顶紧；

2）转换梁及中心支撑架的支设

转换梁安装在设置有钢柱的位置处，中心支撑架安装在转换梁上，中心支撑架的顶层铺设平台板，具体如下：

转换梁及中心支撑架是由下部结构和上部结构组成的受力架体，转换梁为下部结构，具体是由四榀转换桁架梁形成的一个四边形框架结构，四角均设置25mm厚的支脚板，支脚板安装在设置有钢柱的楼面位置处；中心支撑架为上部结构，其安装在转换梁上部，中心支撑架的上部为正六边型架体，正六边形的外接圆即为内环桁架的中心线，中心支撑架的顶层铺设平台板，平台板的高度比内圈桁架下弦低400mm，在正六边形外围的六根立柱部位分别安装工字钢支墩，形成用于支撑待安装的内环桁架的六个支撑点；

3）内环桁架安装

先将内环桁架均分成四块置于地面，然后吊装至中心支撑架上进行拼装焊接，具体如下：

安装前先在中心支撑架的平台板上放线，放出中心原点和内环平面定位控制线，在平台板上放出十二榀径向桁架的节点位置，在平台板上位于中心支撑架外围的六个立柱处支设工字钢支墩，作为支撑内环桁架的支撑点，将内环桁架在楼地面上拼装制作，先将内环桁架的下弦圆环和竖腹杆斜腹杆组装成型，分成四块吊装至中心支撑架上进行拼装焊接，然后将在楼地面制作的上弦圆环分四块吊装后拼装成型并完成连接节点的焊接；

4）径向桁架安装

径向桁架按照对称安装的方式进行，具体为：安装第一榀径向桁架、再安装第七榀径向桁架→安装第二榀径向桁架、再安装第八榀径向桁架→安装第三榀径向桁架、再安装第九榀径向桁架→安装第四榀径向桁架、再安装第十榀径向桁架→安装第五榀径向桁架、再安装第十一榀径向桁架→安装第六榀径向桁架、再安装第十二榀径向桁架；

每榀径向桁架在安装时采用分片立式散装的方式进行，即先安装一片弧形单体桁架，再安装另一片弧形单体桁架；每榀径向桁架的内侧端与内环桁架连接安装、外侧端与周边混凝土柱顶设置的支座连接安装；每完成一榀径向桁架的安装后，就接着安装二环桁架、三环桁架、四环桁架分别位于每榀径向桁架的两片弧形单体桁架之间的部分，具体安装时要先安装中部的三环桁架、再安装两侧的二环桁架和四环桁架；

安装相邻的下一榀径向桁架时，当下一榀径向桁架的其中一片弧形单体桁架安装完成后，要先安装二环桁架、三环桁架、四环桁架、外环桁架分别位于相邻两榀径向桁架之间的部分，该部分安装完成后再继续安装另一片弧形单体桁架，两片弧形单体桁架安装完成后，继续安装二环桁架、三环桁架、四环桁架分别位于两片弧形单体桁架之间的部分；以此类推，完成周圈所有径向桁架的安装；

径向桁架安装过程中，在其中部支撑设置有径向桁架支撑架；

5）支撑架的卸载

按照以上工艺顺序和方法安装并焊接，完成后进行卸载；卸载分两部分，第一部分是径向桁架支撑架的卸载，第二部分是中心支撑架的卸载，全部径向桁架支撑架卸载后，再进行中心支撑架的卸载；

径向桁架支撑架的卸载采用先进行第一榀径向桁架支撑架和第七榀径向桁架支撑架的卸载，依次进行第二榀径向桁架支撑架和第八榀径向桁架支撑架、第三榀径向桁架支撑架和第九榀径向桁架支撑架、第四榀径向桁架支撑架和第十榀径向桁架支撑架、第五榀径向桁架支撑架和第十一榀径向桁架支撑架、第六榀径向桁架支撑架和第十二榀径向桁架支撑架的卸载；

中心支撑架的卸载采用分次同步卸载法，卸载时在支撑内环桁架的六个支撑点旁边各用一台25t液压千斤顶顶到内环桁架的下弦时，取下工字钢支墩，此时转为六台千斤顶支撑，控制六台千斤顶每次同步卸载，每次卸载高度为10mm，直到卸载完成，结构完成受力转换；

6）十二组径向支撑杆件的安装

卸载完成后，采用高空散装法在以形成的整体屋盖桁架结构上依次进行十二组径向支撑杆件的组装焊接；

7）支座固定

所有结构杆件安装完成后，对周边支座螺栓进行再次施宁紧固，并固定牢固，对整个结构进行检测检验，合格后撤除中心支撑架即可。

4.根据权利要求3所述的圆形屋面空间管桁架结构的施工方法，其特征在于：钢柱高度低于夹层净高4cm，在钢柱就位后用四台千斤顶将柱头与楼板顶紧，柱脚板下四周加斜垫铁，拆除千斤顶后支600*600侧模并用C60高强度无收缩灌浆料从一端灌注将柱底空隙灌密实。

5.根据权利要求3所述的圆形屋面空间管桁架结构的施工方法，其特征在于：中心支撑架包括七根垂直设置的主支撑钢柱，其中六根主支撑钢柱沿内环桁架一圈均匀分布，剩下一根主支撑钢柱沿内环桁架的圆心分布，相邻的主支撑钢柱之间连接固定有水平杆；中心支撑架顶部的平台板厚度为12mm，在平台板上设置有千斤顶对拼装内环桁架的位置进行微调，调整时由两人对千斤顶同步升起，并备用不同厚度的钢板进行调整，调整核实后对钢板焊接固定。

6.根据权利要求3所述的圆形屋面空间管桁架结构的施工方法，其特征在于：第一榀径向桁架安装时，采用四根缆风绳进行临时拉结防止倾倒，相邻的第二榀径向桁架的第一片弧形单体桁架在未与第一榀径向桁架拉结时，塔吊不松钩的情况下连接环向桁架。

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