CN112482578A - 采用临时支撑的大跨度转换桁架及其施工方法 - Google Patents

采用临时支撑的大跨度转换桁架及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种采用临时支撑的大跨度转换桁架，包括转换桁架、临时支撑架和预埋件，所述转换桁架包括多个桁架段，所述桁架段连接交点对应的下层楼面处设置预埋件，所述临时支撑架底部与预埋件连接，所述临时支撑架顶部通过刚性圆管或者砂箱与桁架段端头的底部连接。还提供了上述转换桁架的施工方法，包括：一、桁架段连接交点对应的下方楼面处设置预埋件；二、临时支撑架底部与预埋件连接，在临时支撑架顶部安装刚性圆管或者砂箱，调节高度；三、把桁架段吊装到刚性圆管或者砂箱上，且桁架段端头架设在刚性圆管或者砂箱位置，并进行焊接形成转换桁架；四、焊接完成后，分级卸载转换桁架，依次对刚性圆管进行切割或者对砂箱进行排砂拆除。

Description

采用临时支撑的大跨度转换桁架及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑结构施工技术领域，特别涉及一种采用临时支撑的大跨度转换桁架其及施工方法。
背景技术
在高层建筑中，上部楼层往往需要满足住宅、办公室、客房等小开间的轴线布置要求，下部则需要满足商店、酒楼等较大跨度的柱网空间要求，因此当下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层的差异较大，或者上、下楼层竖向轴线错位时，则在结构改变的楼层布置转换层。
目前，越来越多的高层建筑采用了转换层以满足不同建筑功能的需求。结构转换层在建筑物中起“承上启下”的作用，既是下部结构的“顶板”，又是上部结构的“基础”，在整个建筑物结构体系中，起到至关重要的连接作用。转换桁架以其更明确和更合理的受力特点、更轻巧的结构形式、更节省的材料用量和可跨越更大的跨度等优越性，而使其具有广泛的应用前景。
大跨度的转换桁架多采用钢材制作成分段结构的桁架段，对钢结构的桁架段进行分段吊装和空中拼接，由于桁架段尺寸与重量大，工件安装中可能发生摆动或错位，且高空操作安全风险高，安装时对接困难、操作难度大，转换桁架的安装精度无法保证，给施工安全和质量管理带来很大困扰。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种采用临时支撑的大跨度转换桁架，包括转换桁架、临时支撑架和预埋件，所述转换桁架包括多个桁架段，所述桁架段连接交点对应的下层楼面处设置预埋件，所述临时支撑架底部与预埋件连接，所述临时支撑架顶部通过刚性圆管或者砂箱与桁架段端头的底部连接。
可选的，所述临时支撑架顶部与刚性圆管采用螺栓连接；所述刚性圆管与桁架段端头的底部采用焊接。
可选的，所述砂箱包括箱体和顶杆，所述临时支撑架顶部与箱体的底部采用螺栓连接，所述箱体侧面下部设有排砂孔，所述排砂孔采用螺纹堵头封堵，所述顶杆从箱体上端插入箱体内使得箱体形成封闭内腔，所述封闭内腔中填充砂子。
可选的，所述桁架段包括下弦、腹杆和上弦，所述腹杆的两端分别与下弦和上弦焊接，所述相邻桁架段的下弦端头之间和上弦端头之间采用焊接，在焊接前先采用托板或者马板进行临时固定连接。
可选的，所述临时支撑架包含多个工装段，所述工装段两端设有法兰盘，相邻工装段的法兰盘采用螺栓连接。
可选的，所述临时支撑架底部的法兰盘和预埋件通过卡板固定连接。
可选的，所述临时支撑架的顶部通过缆风绳拉接。
可选的，所述腹杆包含斜腹杆，所述斜腹杆安装时用支杆临时固定，所述支杆的底部与下弦固定连接，所述支杆的顶部与斜腹杆连接。
可选的，所述下弦端头相互焊接时，采用辅助夹紧装置固定，所述辅助夹紧装置包括至少两个相对的夹块，两个相对的所述夹块的距离可以调节，所述夹块内有导向腔，所述导向腔内置滑块，所述顶块在夹块的相对面且穿入导向腔内，所述滑块与顶块设有配合斜面，所述调节螺杆从下部穿入导向腔且端头顶着滑块，所述夹块的相背侧设有紧固螺丝，所述紧固螺丝穿入导向腔且端头顶着滑块；所述顶块的外露端顶着下弦端头连接缝位置。
本发明还提供了一种采用临时支撑的大跨度转换桁架的施工方法，包括以下步骤：
S100桁架段连接交点对应的下方楼面处设置预埋件；
S200临时支撑架底部与预埋件连接，在临时支撑架顶部安装刚性圆管或者砂箱，调节高度；
S300把桁架段吊装到刚性圆管或者砂箱上，且桁架段端头架设在刚性圆管或者砂箱位置，并进行焊接形成转换桁架；
S400焊接完成后，分级卸载转换桁架，依次对刚性圆管进行切割或者对砂箱进行排砂拆除。
可选的，所述预埋件位置的楼面下部若无竖向结构，则采用临时支撑柱回顶。所述刚性圆管和砂箱底部焊接连接在过渡圆板上，过渡圆板与临时支撑架顶部法兰盘通过螺栓连接；刚性圆管和砂箱顶部与转换桁架下弦的下表面连接。
可选的，在S400步骤中，分级卸载过程中应严格控制卸载顺序和每级卸载量。
可选的，在S100步骤中，根据项目中的桁架段连接交点布局和转换桁架安装高度，结合建筑结构构建转换桁架及其施工支撑模型，采用以下公式计算每个桁架段的抗剪承载力：
F桁i＝δiAiγsinθcosθ
上式中，F桁i表示桁架段i的抗剪承载力；δi表示桁架段的压应力；Ai表示桁架段的受压截面面积；γ表示模型系数；θ表示斜压倾角；
取各桁架段的抗剪承载力的最大值，对桁架段的选材与结构受力进行施工前复核，若桁架段的选材与结构受力不小于抗剪承载力的最大值，则复核通过；
然后试制复核通过的桁架段样品，对桁架段样品进行抗剪承载力，以保证施工采用的桁架段不存在受力安全问题。
可选的，根据转换桁架及其施工支撑模型，采用以下公式计算每个临时支撑架的受力：
Figure BDA0002834612370000031
上式中，F撑j表示桁架段连接交点j处的临时支撑架受力；fj(x)表示交点j处的临时支撑架的应力函数；n表示交点j处相邻的临时支撑架数量；fk(x)表示相邻的交点k处的临时支撑架的应力函数；Lk表示交点k与交点j的距离；λk表示交点k处的临时支撑架对交点j处的临时支撑架的影响系数；
取各临时支撑架受力的最大值，作为选择临时支撑架横截面尺寸的依据，即采用受力不小于各临时支撑架受力的最大值的横截面尺寸规格的临时支撑架。
本发明通过在大跨度的转换桁架的桁架段位置下方设置临时支撑架的方式，对桁架段连接处进行固定、定位和支撑，使得桁架段对接时不会发生摆动或错位，可以保证转换桁架的安装施工质量；另外，临时支撑架底部与下层楼面上设置的预埋件进行固定连接，增强了支撑的稳固性，因此临时支撑架的设置还可以降低空中作业的安全风险。临时支撑架为可拆装结构，能够重复利用。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种采用临时支撑的大跨度转换桁架结构立面图；
图2为采用临时支撑的大跨度转换桁架实施例二结构立面图；
图3为采用临时支撑的大跨度转换桁架实施例中转换桁架的下弦与临时支撑架结构示意图；
图4为采用临时支撑的大跨度转换桁架实施例中临时支撑架与预埋件连接示意图；
图5为采用临时支撑的大跨度转换桁架实施例中临时支撑架的工装段连接示意图；
图6为采用临时支撑的大跨度转换桁架实施例中临时支撑架、刚性圆管和转换桁架的下弦连接关系示意图；
图7为采用临时支撑的大跨度转换桁架实施例中临时支撑架、砂箱和转换桁架的下弦连接关系示意图；
图8为采用临时支撑的大跨度转换桁架实施例的辅助夹紧装置示意图；
图9为本发明实施例中一种采用临时支撑的大跨度转换桁架的施工方法流程图。
其中：1-转换桁架，2-临时支撑架，3-预埋件，4-下层楼面，5-砂箱，6-刚性圆管，7-临时支撑柱，8-卡板，9-辅助夹紧装置，11-桁架段，12-下弦，13-腹杆，14-上弦，15-支杆，21-工装段，22-法兰盘，51-箱体，52-顶杆，53-排砂孔，54-砂子，91-夹块，92-导向腔，93-滑块，94-顶块，95-调节螺杆，96-紧固螺丝。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种采用临时支撑的大跨度转换桁架，包括转换桁架1、临时支撑架2和预埋件3，所述转换桁架1包括多个桁架段11，所述桁架段11连接交点对应的下层楼面4处设置预埋件3，所述临时支撑架2底部与预埋件3连接，所述临时支撑架2顶部通过刚性圆管6或者砂箱5与桁架段11端头的底部连接。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明通过在大跨度的转换桁架的桁架段位置下方设置临时支撑架的方式，对桁架段连接处进行固定、定位和支撑，使得桁架段对接时不会发生摆动或错位，可以保证转换桁架的安装施工质量；另外，临时支撑架底部与下层楼面上设置的预埋件进行固定连接，增强了支撑的稳固性，因此临时支撑架的设置还可以降低空中作业的安全风险。临时支撑架为可拆装结构，使用时可搬运至现场安装，使用后可拆卸运输回收保存，能够重复利用。
在一个实施例中，如图6和图7所示，所述临时支撑架2顶部与刚性圆管6采用螺栓连接；所述刚性圆管6与桁架段11端头的底部采用焊接；所述砂箱5包括箱体51和顶杆52，所述临时支撑架2顶部与箱体51的底部采用螺栓连接，所述箱体51侧面下部设有排砂孔53，所述排砂孔53采用螺纹堵头封堵，所述顶杆52从箱体51上端插入箱体51内使得箱体51形成封闭内腔，所述封闭内腔中填充砂子54。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：刚性圆管和/或砂箱采用螺栓紧固在临时支撑架顶部，用于支撑桁架段，砂箱主要分为箱体和顶杆，箱体中填充细砂，顶杆下端撑在细砂上，通过控制细砂的填充量，可以调整砂箱的高度，实现桁架段对接的精度控制；使用完成后，通过排砂孔排出细砂，排出的细砂可以收集起来备以后使用，让砂箱顶部与桁架段脱离，拆卸方便。
在一个实施例中，如图2所示，所述桁架段11包括下弦12、腹杆13和上弦14，所述腹杆13的两端分别与下弦12和上弦14焊接，所述相邻桁架段11的下弦12端头之间和上弦14端头之间采用焊接，在焊接前先采用托板或者马板进行临时固定连接。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：桁架段的下弦、腹杆和上弦可以采用分件吊装，先吊装下弦，把相邻桁架段的下弦焊接后再吊装腹杆和上弦，这样分件吊装，减轻了吊装的重量，降低了对吊装设备的要求；在吊装下弦和上弦时，可以采用托板和马板对相邻的下弦和上弦做临时性固定连接，以保证焊接质量，增加焊接时的安全，在焊接完成后，再将托板和马板切除。
在一个实施例中，如图1-7所示，所述临时支撑架2包含多个工装段21，所述工装段21两端设有法兰盘22，相邻工装段21的法兰盘22采用螺栓连接；所述临时支撑架2底部的法兰盘22和预埋件3通过卡板8固定连接；所述临时支撑架2的顶部通过缆风绳拉接；所述腹杆13包含斜腹杆，所述斜腹杆安装时用支杆7临时固定，所述支杆7的底部与下弦固定连接，所述支杆7的顶部与斜腹杆连接。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：通过把临时支撑架分为多个工装段，进行部件标准化，提前进行标准化的工装段，方便保存和运输，在现场进行组成，各工装段通过法兰盘以螺栓进行紧固连接，根据项目的转换桁架高度，自由选择组装的工装段数量；由于标准化使得工装段可以相互替换使用；临时支撑架的顶部采用缆风绳拉接，可以增强临时支撑架的稳固性；斜腹杆安装时，采用支杆做竖直的临时固定，可以更好地定位焊接。
在一个实施例中，如图8所示，所述下弦12端头相互焊接时，采用辅助夹紧装置9固定，所述辅助夹紧装置9包括至少两个相对的夹块91，两个相对的所述夹块91的距离可以调节，所述夹块91内有导向腔92，所述导向腔92内置滑块93，所述顶块94在夹块91的相对面且穿入导向腔92内，所述滑块93与顶块94设有配合斜面，所述调节螺杆95从下部穿入导向腔92且端头顶着滑块93，所述夹块91的相背侧设有紧固螺丝96，所述紧固螺丝96穿入导向腔92且端头顶着滑块93；所述顶块94的外露端顶着下弦12端头连接缝位置。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：不使用时，松开调节螺杆，滑块在重力作用下滑至导向腔下端；使用时，把下弦端头连接缝处置于两个相对的夹块中间，以顶块的露端对着下弦，调节两个夹块的距离，然后旋转调节螺杆向内顶着滑块，随着滑块的移动，通过配合斜面把顶块朝外顶出，使得顶块把两个对接的下弦夹紧对齐固定，然后进行下弦接缝的焊接；通过该辅助夹紧装置，可以实现对接缝的调整与固定，保障焊接的精确度。
如图9所示，本发明实施例提供了一种采用临时支撑的大跨度转换桁架的施工方法，包括以下步骤：
S100桁架段连接交点对应的下方楼面处设置预埋件；
S200临时支撑架底部与预埋件连接，在临时支撑架顶部安装刚性圆管或者砂箱，调节高度；
S300把桁架段吊装到刚性圆管或者砂箱上，且桁架段端头架设在刚性圆管或者砂箱位置，并进行焊接形成转换桁架；
S400焊接完成后，分级卸载转换桁架，依次对刚性圆管进行切割或者对砂箱进行排砂拆除。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案提供了采用临时支撑的大跨度转换桁架的施工方法，先根据大跨度的转换桁架的设计，确定桁架段连接位置，在连接位置下方的下层楼面设置预埋件，临时支撑架底部与下层楼面上设置的预埋件进行固定连接，增强了支撑的稳固性，因此临时支撑架的设置还可以降低空中作业的安全风险。采用临时支撑架对桁架段连接处进行固定、定位和支撑，使得桁架段对接时不会发生摆动或错位，可以保证转换桁架的安装施工质量；另外，临时支撑架为可拆装结构，使用时可搬运至现场安装，使用后可拆卸运输回收保存，能够重复利用。
在一个实施例中，所述预埋件位置的下层楼面下部若无竖向结构，则采用临时支撑柱回顶；所述刚性圆管和砂箱底部焊接连接在过渡圆板上，过渡圆板与临时支撑架顶部法兰盘通过螺栓连接；刚性圆管和砂箱顶部与转换桁架下弦的下表面连接。分级卸载过程中应严格控制卸载顺序和每级卸载量。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：如果预埋件位置的下层楼面下部没有梁、墙或者柱类竖向结构体，即下层楼板该位置为无支撑空间，在此处增加临时支撑柱回顶，可以分担部分下层楼板的受力，防止对楼板的损伤，提高安全性；刚性圆管和/或砂箱与临时支撑架顶部采用螺栓紧固连接，可以方便使得完成后进行拆卸；分级卸载过程中应严格控制卸载顺序和每级卸载量，可预防安全事故的发生。
在一个实施例中，在S100步骤中，根据项目中的桁架段连接交点布局和转换桁架安装高度，结合建筑结构构建转换桁架及其施工支撑模型，采用以下公式计算每个桁架段的抗剪承载力：
F桁i＝δiAiγsinθcosθ
上式中，F桁i表示桁架段i的抗剪承载力；δi表示桁架段的压应力；Ai表示桁架段的受压截面面积；γ表示模型系数；θ表示斜压倾角；
取各桁架段的抗剪承载力的最大值，对桁架段的选材与结构受力进行施工前复核，若桁架段的选材与结构受力不小于抗剪承载力的最大值，则复核通过；
然后试制复核通过的桁架段样品，对桁架段样品进行抗剪承载力，以保证施工采用的桁架段不存在受力安全问题。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：通过建立转换桁架及其施工支撑模型，对转换桁架结构进行受力计算，在施工前期进行建筑受力复核，可避免由于转换桁架设计问题造成的施工质量问题；上述桁架段的抗剪承载力算法简单，计算量较小，可快速得出复核结果。
在一个实施例中，根据转换桁架及其施工支撑模型，采用以下公式计算每个临时支撑架的受力：
Figure BDA0002834612370000081
上式中，F撑j表示桁架段连接交点j处的临时支撑架受力；fj(x)表示交点j处的临时支撑架的应力函数；n表示交点j处相邻的临时支撑架数量；fk(x)表示相邻的交点k处的临时支撑架的应力函数；Lk表示交点k与交点j的距离；λk表示交点k处的临时支撑架对交点j处的临时支撑架的影响系数；
取各临时支撑架受力的最大值，作为选择临时支撑架横截面尺寸的依据，即采用受力不小于各临时支撑架受力的最大值的横截面尺寸规格的临时支撑架。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：通过上述算法公式，可以计算出需要的临时支撑架的受力；用于指导施工中选择合适规格的临时支撑架横截面尺寸，保障施工的安全与推进；该公式考虑了相邻临时支撑架的相互作用与影响，计算结果更准确。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种采用临时支撑的大跨度转换桁架，其特征在于，包括转换桁架、临时支撑架和预埋件，所述转换桁架包括多个桁架段，所述桁架段连接交点对应的下层楼面处设置预埋件，所述临时支撑架底部与预埋件连接，所述临时支撑架顶部通过刚性圆管或者砂箱与桁架段端头的底部连接。
2.根据权利要求1所述的采用临时支撑的大跨度转换桁架，其特征在于，所述临时支撑架顶部与刚性圆管采用螺栓连接；所述刚性圆管与桁架段端头的底部采用焊接。
3.根据权利要求1所述的采用临时支撑的大跨度转换桁架，其特征在于，所述砂箱包括箱体和顶杆，所述临时支撑架顶部与箱体的底部采用螺栓连接，所述箱体侧面下部设有排砂孔，所述排砂孔采用螺纹堵头封堵，所述顶杆从箱体上端插入箱体内使得箱体形成封闭内腔，所述封闭内腔中填充砂子。
4.根据权利要求1所述的采用临时支撑的大跨度转换桁架，其特征在于，所述桁架段包括下弦、腹杆和上弦，所述腹杆的两端分别与下弦和上弦焊接，所述相邻桁架段的下弦端头之间和上弦端头之间采用焊接，在焊接前先采用托板或者马板进行临时固定连接。
5.根据权利要求1所述的采用临时支撑的大跨度转换桁架，其特征在于，所述临时支撑架底部的法兰盘和预埋件通过卡板固定连接。
6.根据权利要求4所述的采用临时支撑的大跨度转换桁架，其特征在于，所述下弦端头相互焊接时，采用辅助夹紧装置固定，所述辅助夹紧装置包括至少两个相对的夹块，两个相对的所述夹块的距离可以调节，所述夹块内有导向腔，所述导向腔内置滑块，所述顶块在夹块的相对面且穿入导向腔内，所述滑块与顶块设有配合斜面，所述调节螺杆从下部穿入导向腔且端头顶着滑块，所述夹块的相背侧设有紧固螺丝，所述紧固螺丝穿入导向腔且端头顶着滑块；所述顶块的外露端顶着下弦端头连接缝位置。
7.一种采用临时支撑的大跨度转换桁架的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100桁架段连接交点对应的下方楼面处设置预埋件；
S200临时支撑架底部与预埋件连接，在临时支撑架顶部安装刚性圆管或者砂箱，调节高度；
S300把桁架段吊装到刚性圆管或者砂箱上，且桁架段端头架设在刚性圆管或者砂箱位置，并进行焊接形成转换桁架；
S400焊接完成后，分级卸载转换桁架，依次对刚性圆管进行切割或者对砂箱进行排砂拆除。
8.根据权利要求7所述的采用临时支撑的大跨度转换桁架的施工方法，其特征在于，所述预埋件位置的楼面下部若无竖向结构，则采用临时支撑柱回顶。所述刚性圆管和砂箱底部焊接连接在过渡圆板上，过渡圆板与临时支撑架顶部法兰盘通过螺栓连接；刚性圆管和砂箱顶部与转换桁架下弦的下表面连接。
9.根据权利要求7或者8所述的采用临时支撑的大跨度转换桁架的施工方法，其特征在于，在S100步骤中，根据项目中的桁架段连接交点布局和转换桁架安装高度，结合建筑结构构建转换桁架及其施工支撑模型，采用以下公式计算每个桁架段的抗剪承载力：
F桁i＝δiAiγsinθcosθ
上式中，F桁i表示桁架段i的抗剪承载力；δi表示桁架段的压应力；Ai表示桁架段的受压截面面积；γ表示模型系数；θ表示斜压倾角；
取各桁架段的抗剪承载力的最大值，对桁架段的选材与结构受力进行施工前复核，若桁架段的选材与结构受力不小于抗剪承载力的最大值，则复核通过；
然后试制复核通过的桁架段样品，对桁架段样品进行抗剪承载力，以保证施工采用的桁架段不存在受力安全问题。
10.根据权利要求9所述的采用临时支撑的大跨度转换桁架的施工方法，其特征在于，根据转换桁架及其施工支撑模型，采用以下公式计算每个临时支撑架的受力：
Figure FDA0002834612360000021
上式中，F撑j表示桁架段连接交点j处的临时支撑架受力；fj(x)表示交点j处的临时支撑架的应力函数；n表示交点j处相邻的临时支撑架数量；fk(x)表示相邻的交点k处的临时支撑架的应力函数；Lk表示交点k与交点j的距离；λk表示交点k处的临时支撑架对交点j处的临时支撑架的影响系数；
取各临时支撑架受力的最大值，作为选择临时支撑架横截面尺寸的依据，即采用受力不小于各临时支撑架受力的最大值的横截面尺寸规格的临时支撑架。
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