CN113235944A - 一种圆形倾斜悬挑管桁架屋盖的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种圆形倾斜悬挑管桁架屋盖的施工方法，所述屋盖包括数个径向桁架、和N组环向桁架，从第1组到第N组所述环向桁架的直径逐渐增大以从屋盖圆心向外的环形支撑，该屋盖的施工方法包括以下步骤：首先，在主馆的顶面中心处安装球支撑；第二，将径向桁架和环向桁架分段吊装；第三，对撑杆进行预应力张拉施工，并使屋盖相对水平面倾斜8.7±0.1°，屋盖施工完毕，整体强度有保障，桁架大部分可在工厂内焊接，避免了施工现场的环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术，具体是一种圆形倾斜悬挑管桁架屋盖的施工方法。
背景技术
由申请人主导建设的某科技馆项目，主馆是上窄下款的锥形结构，在主馆的外侧面上环绕螺旋形钢结构坡道。对此设计其屋盖时，采用管桁架结构，并提出了倾斜悬挑式的布局，以构建坡道的支撑体系。屋盖直径44.8米、高度3米、倾斜角度8度左右，屋盖管桁架周边悬挑尺寸为11米，悬挑面积占屋盖总面积的70%。目前并没有针对圆形倾斜悬挑管桁架屋盖的参考文献和施工实例，该结构的屋盖尺寸大、悬挑面积大，施工有较大的困难。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种圆形倾斜悬挑管桁架屋盖的施工方法，能够实现屋盖的整体结构稳定，悬挑强度和平衡性良好，便于后续部分的施工。本发明采用的技术方案如下：
一种圆形倾斜悬挑管桁架屋盖的施工方法，所述屋盖包括数个径向桁架、和N组环向桁架，从第1组到第N组所述环向桁架的直径逐渐增大以从屋盖圆心向外的环形支撑，该屋盖的施工方法包括以下步骤：
S1)在主馆的顶面中心处安装球支撑；
S2)将每个径向桁架顺次均分为第一段、第二段、第三段和第四段，用履带吊先将每个径向桁架的第二段和第三段吊装并与球支撑安装固定；所述径向桁架的第二段和第三段的外端略长于主馆的顶面边缘；
S3)将第一组环向桁架圆周依次均分为八段，分八次依次吊装与步骤S2)中的径向桁架组组装；所述第一组环向桁架的半径小于第二段或第三段径向桁架的长度；
S4)吊装径向桁架的第一段和第四段，对应于步骤S2)中的第二段和第三段分别组装；
S5)将剩余第二组至第N组的环向桁架依次分八段吊装，对本步骤中每组环向桁架中的每段吊装到位后都要对应安装竖直方向的撑杆，整体组装得到屋盖；所述N不大于5；
S6)对撑杆进行预应力张拉施工，并使屋盖相对水平面倾斜8.7±0.1°，屋盖施工完毕。
上述步骤S6)中，对撑杆进行预应力施工的方法为：由外圈到内圈进行张拉，即先张拉第N组环向桁架上的撑杆，以环向桁架分段的方式将对应的撑杆分为八组，沿屋盖中心进行对称张拉共计四步，每次张拉的拉力值为280 kN，使撑杆的预紧力为顶端240 kN、底端200 kN。
上述步骤S6)中，对撑杆整体张拉两次，两次的张拉方式和顺序相同，每次张拉分为两次加载，其中首次加载值为200kN、二次加载值为135~165kN；每次张拉的间隔至少为45分钟。
上述步骤S6)中，施工完成的屋盖的管桁架结构的径向形变量由中心向外依次递增，最外端的环向桁架形变量不超过50mm。
上述步骤S6)中，施工完成的屋盖的管桁架结构竖向最大变形在4mm以内、最大等效应力43MPa以内。
本发明的有益效果是：管桁架系统由径向桁架、环形桁架组成重约322.4t的圆形屋盖，分段吊装就位，悬挑处用预应力撑杆支撑并逐步张拉，保证屋盖的组装稳定性，便于后续螺旋坡道的施工。径向桁架、环形桁架都能在专门的厂区内分段焊接成形，现场只需要简单拼装焊接，减轻了现场环境污染，实现绿色施工。
附图说明
图1为本发明实施例屋盖的吊装截面示意图；
图2为本发明实施例屋盖的安装就位截面示意图；
图3为本发明实施例的径向桁架结构示意图；
图4为本发明实施例的环向桁架结构示意图；
图5为本发明实施例屋盖的悬挑处预应力撑杆的示意图；
图6为本发明实施例桁架安装就位后各个连接点处的应力分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步解释说明。
一种圆形倾斜悬挑管桁架屋盖的施工方法，所述屋盖包括数个径向桁架、和N组环向桁架，从第1组到第N组所述环向桁架的直径逐渐增大以从屋盖圆心向外的环形支撑，该屋盖的施工方法包括以下步骤：
S1)在主馆的顶面中心处安装球支撑；
S2) 根据工程结构特点及现场实际吊装条件，平均吊装水平距离大于60米，普通起重机械不能满足吊装重量要求，选用260t履带吊作为屋面管桁架安装的主要起重机械，并根据履带吊起重能力将径向桁架和环向桁架划分为吊装单元，参考图3和图4，在地面拼装场地将吊装单元拼装完成后，分段进行屋面管桁架吊装。径向桁架的每个分段重量约4.5t。具体是将每个径向桁架顺次均分为第一段、第二段、第三段和第四段，用履带吊先将每个径向桁架的第二段和第三段吊装并与球支撑安装固定；所述径向桁架的第二段和第三段的外端略长于主馆的顶面边缘；
S3)将第一组环向桁架圆周依次均分为八段，分八次依次吊装与步骤S2)中的径向桁架组组装；所述第一组环向桁架的半径小于第二段或第三段径向桁架的长度；
S4)吊装径向桁架的第一段和第四段，对应于步骤S2)中的第二段和第三段分别组装；
S5)将剩余第二组至第N组的环向桁架依次分八段吊装，对本步骤中每组环向桁架中的每段吊装到位后都要对应安装竖直方向的撑杆，整体组装得到屋盖；所述N不大于5；
S6)对撑杆进行预应力张拉施工，并使屋盖相对水平面倾斜8.7±0.1°，屋盖施工完毕。
上述步骤S6)中，对撑杆进行预应力施工的方法为：由外圈到内圈进行张拉，即先张拉第N组环向桁架上的撑杆，以环向桁架分段的方式将对应的撑杆分为八组，沿屋盖中心进行对称张拉共计四步，每次张拉的拉力值为280 kN，使撑杆的预紧力为顶端240 kN、底端200 kN。在螺旋坡道安施工前保证撑杆完成形变，后续施工顺利，撑杆内里逼近设计值。
第一次张拉完成后监测到外侧撑杆的预应力损失60-95%，无法满足施工要求。因此需要对外侧拉杆进行二次补拉调整，张拉值仍为280KN，张拉顺序与第一次张拉相同。先进行第二次模拟张拉，发现完成后内侧预应力损失40-80%，进行外侧预应力张拉调整时，内侧钢拉杆会损失应力值，并且底部与顶部不能同时分别达到200KN与240KN。在实际二次张拉时，设计为两次加载并控制加载间隔，保证撑杆完成形变。即上述步骤S6)中，对撑杆整体张拉两次，两次的张拉方式和顺序相同，每次张拉分为两次加载，其中首次加载值为200kN、二次加载值为135~165kN；每次张拉的间隔至少为45分钟。
屋面管桁架反拱确定技术预应力钢拉杆螺旋钢结构坡道安装完成后，屋面管桁架一方面作为支撑钢结构螺旋坡道的载体，另一方面还需要承受预应力钢拉杆张拉荷载，理论情况下会产生结构变形。综合考虑后，对屋面管桁架施加设计张拉荷载与钢结构理论荷载进行变形分析，上述步骤S6)中，施工完成的屋盖的管桁架结构的径向形变量由中心向外依次递增，最外端的环向桁架形变量不超过50mm。参考图6，施工完成后通过数据分析对比，变形数据为47-50mm，符合施工的安全性要求，解决了管桁架下挠变形问题。
上述步骤S6)中，施工完成的屋盖的管桁架结构竖向最大变形在4mm以内、最大等效应力43MPa以内。
管桁架现场厚板高空对接焊工作量大，焊接技术要求高，工作周期长，焊接变形控制难度大。因工厂的焊接环境、设备及器具等条件比现场好，在满足运输限制的条件下，最大限度地在工厂完成焊接工作，焊接方法控制参考表1。
表1-焊接施工方法控制
焊接过程中的局部加热，导致构件温度分布不均匀，从而造成各处的膨胀和收缩变形差异大，应力消减工艺有很多种类，根据钢结构行业施工特点，常用的消应力法为机械消除法和火焰消应力法或电加热消除法，具体参考表2。
表2-焊接应力消除方法
管桁架结构就位施工，是本工程的又一个难点问题。保证结构就位的施工质量，需要对施工的结构进行监测，保证施工的结构不至产生较大的挠度和施工施工变形，参考表3。
表3-管桁架焊接允差
桁架在安装焊接时进行挠度监测，具体方式是：在桁架上均匀布设沉降观测点，施工时用全站仪对沉降观测点进行三维空间坐标的观测，并实时记录观测数据，根据观测数据判断水平位移和标高的变化情况。全部构件安装完成后根据荷载的变化情况定期观测沉降观测点的三维空间坐标，直至水平位移和沉降稳定。
Claims (5)
1.一种圆形倾斜悬挑管桁架屋盖的施工方法，其特征在于：所述屋盖包括数个径向桁架、和N组环向桁架，从第1组到第N组所述环向桁架的直径逐渐增大以从屋盖圆心向外的环形支撑，该屋盖的施工方法包括以下步骤：
S1)在主馆的顶面中心处安装球支撑；
S2)将每个径向桁架顺次均分为第一段、第二段、第三段和第四段，用履带吊先将每个径向桁架的第二段和第三段吊装并与球支撑安装固定；所述径向桁架的第二段和第三段的外端略长于主馆的顶面边缘；
S3)将第一组环向桁架圆周依次均分为八段，分八次依次吊装与步骤S2)中的径向桁架组组装；所述第一组环向桁架的半径小于第二段或第三段径向桁架的长度；
S4)吊装径向桁架的第一段和第四段，对应于步骤S2)中的第二段和第三段分别组装；
S5)将剩余第二组至第N组的环向桁架依次分八段吊装，对本步骤中每组环向桁架中的每段吊装到位后都要对应安装竖直方向的撑杆，整体组装得到屋盖；所述N不大于5；
S6)对撑杆进行预应力张拉施工，并使屋盖相对水平面倾斜8.7±0.1°，屋盖施工完毕。
2.根据权利要求1所述的圆形倾斜悬挑管桁架屋盖的施工方法，其特征在于：上述步骤S6)中，对撑杆进行预应力施工的方法为：由外圈到内圈进行张拉，即先张拉第N组环向桁架上的撑杆，以环向桁架分段的方式将对应的撑杆分为八组，沿屋盖中心进行对称张拉共计四步，每次张拉的拉力值为280 kN，使撑杆的预紧力为顶端240 kN、底端200 kN。
3.根据权利要求1所述的圆形倾斜悬挑管桁架屋盖的施工方法，其特征在于：上述步骤S6)中，对撑杆整体张拉两次，两次的张拉方式和顺序相同，每次张拉分为两次加载，其中首次加载值为200kN、二次加载值为135~165kN；每次张拉的间隔至少为45分钟。
4.根据权利要求1所述的圆形倾斜悬挑管桁架屋盖的施工方法，其特征在于：上述步骤S6)中，施工完成的屋盖的管桁架结构的径向形变量由中心向外依次递增，最外端的环向桁架形变量不超过50mm。
5.根据权利要求1所述的圆形倾斜悬挑管桁架屋盖的施工方法，其特征在于：上述步骤S6)中，施工完成的屋盖的管桁架结构竖向最大变形在4mm以内、最大等效应力43MPa以内。
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