CN115977313A - 大跨度钢桁架结构及吊装方法 - Google Patents

Abstract

本发明大跨度钢桁架结构及吊装方法属于建筑施工技术领域，大跨度钢桁架结构以内环梁为中心，通过上下交错设置的上支撑梁和下支撑梁为主要杆件，通过三组波浪形的环形梁将上支撑梁和下支撑梁固定为一体，整体造型优美，结构稳定；而钢桁架结构与主体结构之间通过内环钢柱和外环钢柱连接，并且在第二组环形梁与主体梁柱之间拉斜撑进行固定，整体结构轻盈简洁，稳定性强，吊装时将大跨度钢桁架结构以内环梁的圆心分解为六部分，前面五部分采用预拼装后整体吊装的方式，而北侧90度由于距离较远，则采用散拼吊装的方式，整个吊装过程经济，安全、快捷，既能够保证施工进度，也能够提升吊装安全性。

Description

大跨度钢桁架结构及吊装方法

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及一种大跨度钢桁架结构及吊装方法。

背景技术

随着社会的发展，大跨度空间钢结构大量使用，其建设技术得以快速发展。比如北京奥林匹克运动会的大型体育场馆，其建设规模和技术水平领先世界，成为了我国空间结构发展的里程碑。大跨度钢结构具有跨度大、质量轻、造型丰富优美等优点，被广泛应用于公共建筑领域。跨度空间钢结构施工过程庞大复杂，施工方法和施工工艺繁琐，在施工阶段出现风险概率要比其他结构高。

大跨度空间钢结构通常位于顶部，在吊装施工时，下部的主体结构和屋面防水都已经完工，因此主体结构对大跨度钢结构的吊装造成较大的影响，需要根据大跨度钢桁架的结构，设计不同的吊装方式。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种大跨度钢桁架结构及吊装方法，本发明的大跨度钢桁架受力合理，结构稳定，以波浪形的结构寓意天空中飞翔的祥云。吊装过程根据大跨度刚桁架结构特点将大跨度结构件进行拆分，分开吊装，解决了跨度大、质量大以及拼装困难的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：大跨度钢桁架结构，包括内环梁，内环梁向外侧辐射有多个上支撑梁和多个下支撑梁，上支撑梁和下支撑梁交错间隔设置，将上支撑梁和下支撑梁的自由端以波浪线连接后，每个上支撑梁均位于波峰处，相邻的下支撑梁则位于波谷处，沿着上支撑梁的长度方向上还设置有三组与内环梁同圆心的环形梁，三组环形梁由内向外依次为第一环形梁，第二环形梁和第三环形梁，三组环形梁与每个上支撑梁和每个下支撑梁均连接；

所述内环梁下方间隔设置有多个内环钢柱，内环钢柱将内环梁支撑在结构顶面上，第一环形梁上间隔设置有多个外环钢柱，外环钢柱的底部与结构梁柱的顶面固定，外环钢柱的顶部与第一环形梁和上支撑梁的连接节点固定，结构梁柱的侧壁上固定设置有两个连接耳板，每个连接耳板均与斜撑的一端固定连接，斜撑的另一端与第二环形梁和下支撑梁的连接节点固定。

所述第三环形梁位于上支撑梁和下支撑梁的最外端，第三环形梁和第一环形梁之间通过多个加强梁连接，加强梁间隔设置在上支撑梁和下支撑梁之间。

所述内环钢柱包括支撑管，支撑管的两端均焊接固定有连接板，连接板的两侧与支撑管之间焊接有加强板，内环钢柱与结构顶面、内环梁之间通过连接座固定连接，所述连接座包括内夹板和外夹板，内环钢柱的连接板插入内夹板和外夹板之间并通过销轴将三者固定连接，将内环钢柱与内环梁、结构顶面固定连接。

所述外环钢柱包括底板，底板上方固定设置有钢管，钢管的外侧环形分布有底部肋板，底部肋板分别与钢管的外壁及底板固定连接，所述钢管内部设置有多个筋板。

所述斜撑包括基管，基管的底部固定设置有连接耳板，连接耳板的两侧固定设置有加强肋板。

大跨度钢桁架结构的吊装方法，按照以下步骤进行：

步骤1）吊装前准备

桁架结构吊装前，主体结构必须施工完毕，并且经检验合格；

步骤2）轴线复测

在屋面钢柱端部施放轴线定位点，并根据现场标高设立标高线；

步骤3）内环钢柱和外环钢柱吊装

先在主体结构上方安装固定内环钢柱和外环钢柱，并调整垂直度及轴线位置；

步骤4）设计管桁架吊装顺序

将钢桁架分成6个单元，南侧90度，东侧45度，西侧45度，东北侧45度，西北侧45度，北侧90度；

其中南侧90度范围内杆件采用地面预拼，整体吊装的方式安装；

东侧45度、西侧45度、东北侧45度、西北侧45度范围内杆件采用地面预拼，整体吊装的方式安装；

北侧90度，因吊装距离较远，采用散拼单元法进行安装；

步骤5）南侧90度安装

在地面采用预先准备好的90度胎架，地面施画杆件投影线，将杆件临时固定在拼装平台上，复测轴线、标高，满足图纸及规范要求后，相贯口施焊；

焊接完成后，再次复测各杆件轴线及标高，确认无误后开始吊装，吊装完成后与内环钢柱以及外环钢柱焊接固定，并在主体结构顶面做临时支撑，确保安全；

步骤6）45度单元安装

改造原有90度临时胎架，将胎架分成2个45度胎架，进行东侧和西侧45度区域构件预拼装；

地面预拼装完成后，进行吊装作业，就位后与预先吊装固定完成的90度区域杆件进行相贯口焊接，吊装完成后与外环钢柱和内环钢柱焊接，在两个外环钢柱的悬挑范围内加设临时支撑，确保安全；

待南侧180度范围内杆件吊装完毕后，东北侧和西北侧45度区域地面预拼装，吊装就位后与已吊装焊接完成杆件对接施焊，吊装完成后与外环钢柱和内环钢柱焊接；

步骤7）北侧90度区域杆件安装

北侧90度区域杆件，在地面拼装成重量在3吨以内的杆件单元进行散拼吊装；

步骤8）待全部外弧管桁架小单元吊装焊接完成后，拆除屋面临时支点，对焊接处探伤补漆。

本发明与现有技术相比，具体有增益效果体现在。

1、本发明的大跨度钢桁架结构以“太行翔云”为设计理念，在钢桁架结构顶面覆盖轻型膜结构后，形态好似天空中飞翔的祥云，象征着山西航空产业翱翔于三晋大地之巅。

2、整体结构上以内环梁为中心，通过上下交错设置的上支撑梁和下支撑梁为主要杆件，通过三组波浪形的环形梁将上支撑梁和下支撑梁固定为一体，整体造型优美，结构稳定。而钢桁架结构与主体结构之间通过内环钢柱和外环钢柱连接，并且在第二组环形梁与主体梁柱之间拉斜撑进行固定，整体结构轻盈简洁，稳定性强。

3、吊装时将圆形的大跨度钢桁架结构以内环梁的圆心分解为南侧90度，东侧45度，西侧45度，东北侧45度，西北侧45度，北侧90度六部分，前面五部分采用预拼装后整体吊装的方式，而北侧90度由于距离较远，则采用散拼吊装的方式，整个吊装过程经济，安全、快捷，既能够保证施工进度，也能够提升吊装安全性。

附图说明

图1为本发明的整体布置示意图。

图2为本发明各个部件的位置示意图。

图3为内环钢柱与内环梁连接示意图。

图4为内环钢柱与结构顶面连接示意图。

图5为外环钢柱的结构示意图。

图6为斜撑的结构示意图。

图7为斜撑与主体结构的连接示意图。

图中，1为内环梁，2为上支撑梁，3为下支撑梁，4为第一环形梁，5为第二环形梁，6为第三环形梁，7为内环钢柱，71为支撑管，72为连接板，73为加强板，8为外环钢柱，81为底板，82为钢管，83为底部肋板，84为筋板，9为斜撑，91为基管，92为连接耳板，93为加强肋板，10为加强梁，11为内夹板，12为外夹板，13为结构顶面。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图2所示，大跨度钢桁架结构，包括由多段弧形钢管组成的内环梁1，内环梁1作为整个大跨度钢桁架的中心。由内环梁1向外侧辐射出多个上支撑梁2和多个下支撑梁3。上支撑梁2和下支撑梁3上下交错间隔设置，如果以横波的波浪线连接上支撑梁2和下支撑梁3的自由端后，每个上支撑梁2均位于波峰处，相邻的下支撑梁3则位于波谷处。以内环梁1的圆心，沿着上支撑梁2的长度方向上还设置有三组环形梁，三组环形梁的圆心与内环梁1的圆心重合。三组环形梁与每个上支撑梁2和每个下支撑梁3均连接，每个环形梁体整体均成波浪形。

在内环梁1下方间隔设置有多个内环钢柱7，内环钢柱7将内环梁1支撑在主体结构顶面上，第一环形梁4上间隔设置有多个外环钢柱8，外环钢柱8的底部与结构梁柱的顶面固定，外环钢柱8的顶部与第一环形梁4和上支撑梁2的连接节点固定，每个结构梁柱的侧壁上固定设置有两个连接耳板92，每个连接耳板92均与斜撑9的一端固定连接，斜撑9的另一端与第二环形梁5和下支撑梁3的连接节点固定。

大跨度钢桁架结构通过内环钢柱7、外环钢柱8以及斜撑9与主体结构固定在一起。通过内环钢柱7、外环钢柱8分别为内环梁1、第一环形梁4提供支撑，而第二环形梁5则通过斜撑9与主体梁柱固定。最外侧的第三环梁6与第二环形梁5的间距较小，作为膜结构的固定基础件存在。不需要与主体结构在进行斜拉固定。整体结构设计轻盈简洁，没有太多的支撑构件，既能提供最大的结构稳定性，又能够很好的展现太行祥云的设计理念。

在上述实施例的技术，本实施例中进一步限定了第三环形梁的位置以及三组环形梁体之间的设计。具体的结构如下：

第三环形梁6位于上支撑梁2和下支撑梁3的最外端，第三环形梁6与第二环形梁5之间的间距最短，第三环形梁6作为膜结构的固定基础。在上述实施例中，三组环形梁之间没有增加多余的连接梁体，仅通过上支撑梁2和下支撑梁3来进行连接，为了使三组环形梁体构成一个整体，在第三环形梁6和第一环形梁4之间通过多个加强梁10连接，加强梁10间隔设置在上支撑梁2和下支撑梁3之间。

在上述两个实施例中没有对内环钢柱7、外环钢柱8以及斜撑9的结构进行具体限定，为了更好的理解本发明的结构，在本实施中提供一种具体的结构，方便理解。

如图3-图4所示，内环钢柱7包括支撑管71，支撑管71的两端均焊接固定有连接板72，连接板72的两侧与支撑管71之间焊接有加强板73，内环钢柱7与结构顶面13、内环梁1之间通过均连接座固定连接。内环梁1和结构顶面13上面均设置有连接座，内环钢柱7固定设置在两个连接座之间。连接座包括内夹板11和外夹板12，内环钢柱7的连接板72插入内夹板11和外夹板12之间并通过销轴将三者固定连接，将内环钢柱7与内环梁1、结构顶面13固定连接。

如图5所示，外环钢柱8包括底板81，底板81上方固定设置有钢管82，钢管82的外侧环形分布有底部肋板83，底部肋板83分别与钢管82的外壁及底板81固定连接，钢管82内部设置有多个筋板84。底板81固定在主体梁柱上，钢管82的上方与第二环形梁5以及上支撑梁2焊接固定。

如图6-图7所示，斜撑9的结构包括基管91，基管91的底部固定设置有连接耳板92，连接耳板92的两侧固定设置有加强肋板93。基管91的上部与第三环形梁6焊接固定，而连接耳板92与主体梁柱上延伸出的连接耳板92固定连接。

上面对整个大跨度钢桁架结构进行了详细描述，下面在上述结构的基础上，对整个大跨度结构的吊装过程进行详细描述。大跨度钢桁架的外弧管桁架吊装半径超过66米，吊装设备需满足在66米处符合安全系数的情况小，吊装重量不低于散拼单元重量（1.5吨）。依照现场实际情况，本发明拟选择260吨履带吊作为本发明吊装设备，具体吊装过程如下：

大跨度钢桁架结构的吊装方法，按照以下步骤进行：

步骤1）吊装前准备

钢桁架结构吊装前，主体结构必须施工完毕，并且经检验合格；吊装前，起重机所行走的路线和支车的位置必须压实平整好，以确保吊装的顺利进行，起重机吊装工作范围内的障碍物必须预先清除。

吊装施工时使用的钢丝绳、索具、撬棒、卡环、包角、道木等应该准备齐全，并达到施工使用要求。

吊装前，安装施工人员根据桁架及次梁的实际尺寸，对吊装施工中垂直空间内影响和阻碍吊装的物体拆除清理干净。

步骤2）轴线复测

在屋面钢柱端部施放轴线定位点，并根据现场标高设立标高线。

步骤3）内环钢柱7和外环钢柱8吊装

依据图纸及相关规范先在主体结构上方安装固定内环钢柱7和外环钢柱8，并调整垂直度及轴线位置。

步骤4）设计管桁架吊装顺序

将管桁架分成6个单元，以均匀分布的八个内环钢柱7进行划分，南侧90度，东侧45度，西侧45度，东北侧45度，西北侧45度，北侧90度。

其中南侧90度范围内杆件采用地面预拼，整体吊装的方式安装；

东侧45度、西侧45度、东北侧45度、西北侧45度范围内杆件采用地面预拼，整体吊装的方式安装；

北侧90度，因吊装距离较远，采用散拼单元法进行安装；

步骤5）南侧90度安装

在地面采用预先准备好的90度胎架，地面施画杆件投影线，将杆件临时固定在拼装平台上，复测轴线、标高，满足图纸及规范要求后，相贯口施焊；

焊接完成后，再次复测各杆件轴线及标高，确认无误后开始吊装，吊装完成后与内环钢柱7以及外环钢柱8焊接固定，并在主体结构顶面做临时支撑，确保安全。

步骤6）45度单元安装

改造原有90度临时胎架，将胎架分成2个45度胎架，进行东侧和西侧45度区域构件预拼装；

地面预拼装完成后，进行吊装作业，就位后与预先吊装固定完成的90度区域杆件进行相贯口焊接，吊装完成后与外环钢柱8和内环钢柱7焊接，在两个外环钢柱8的悬挑范围内加设临时支撑，确保安全；

待南侧180度范围内杆件吊装完毕后，东北侧和西北侧45度区域地面预拼装，吊装就位后与已吊装焊接完成杆件对接施焊，吊装完成后与外环钢柱8和内环钢柱7焊接。

步骤7）北侧90度区域杆件安装

北侧90度区域杆件，在地面拼装成重量在3吨以内的杆件单元进行散拼吊装；

步骤8）待全部外弧管桁架小单元（嵌补段杆件吊装以及斜撑9杆件安装）吊装焊接完成后，拆除屋面临时支点，对焊接处探伤补漆。

本吊装方法最大限度的减少了吊装后在进行组装的方式，减少了工人高空作业带来的安全隐患，尽可能多的采用先拼装后吊装的方式。既能够加快施工进度，也能够保证施工质量。而且这种分解也能最大限度的利用设计的胎架，不需要针对不同结构设计新的胎架，造成浪费，一定程度上也能够提供施工进度。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.大跨度钢桁架结构，其特征在于：包括内环梁（1），内环梁（1）向外侧辐射有多个上支撑梁（2）和多个下支撑梁（3），上支撑梁（2）和下支撑梁（3）交错间隔设置，将上支撑梁（2）和下支撑梁（3）的自由端以波浪线连接后，每个上支撑梁（2）均位于波峰处，相邻的下支撑梁（3）则位于波谷处，沿着上支撑梁（2）的长度方向上还设置有三组与内环梁（1）同圆心的环形梁，三组环形梁由内向外依次为第一环形梁（4），第二环形梁（5）和第三环形梁（6），三组环形梁与每个上支撑梁（2）和每个下支撑梁（3）均连接；

所述内环梁（1）下方间隔设置有多个内环钢柱（7），内环钢柱（7）将内环梁（1）支撑在结构顶面上，第一环形梁（4）上间隔设置有多个外环钢柱（8），外环钢柱（8）的底部与结构梁柱的顶面固定，外环钢柱（8）的顶部与第一环形梁（4）和上支撑梁（2）的连接节点固定，结构梁柱的侧壁上固定设置有两个连接耳板（92），每个连接耳板（92）均与斜撑（9）的一端固定连接，斜撑（9）的另一端与第二环形梁（5）和下支撑梁（3）的连接节点固定。

2.根据权利要求1所述的大跨度钢桁架结构，其特征在于：所述第三环形梁（6）位于上支撑梁（2）和下支撑梁（3）的最外端，第三环形梁（6）和第一环形梁（4）之间通过多个加强梁（10）连接，加强梁（10）间隔设置在上支撑梁（2）和下支撑梁（3）之间。

3.根据权利要求2所述的大跨度钢桁架结构，其特征在于：所述内环钢柱（7）包括支撑管（71），支撑管（71）的两端均焊接固定有连接板（72），连接板（72）的两侧与支撑管（71）之间焊接有加强板（73），内环钢柱（7）与结构顶面（13）、内环梁（1）之间通过连接座固定连接，所述连接座包括内夹板（11）和外夹板（12），内环钢柱（7）的连接板（72）插入内夹板（11）和外夹板（12）之间并通过销轴将三者固定连接，将内环钢柱（7）与内环梁（1）、结构顶面（13）固定连接。

4.根据权利要求2所述的大跨度钢桁架结构，其特征在于：所述外环钢柱（8）包括底板（81），底板（81）上方固定设置有钢管（82），钢管（82）的外侧环形分布有底部肋板（83），底部肋板（83）分别与钢管（82）的外壁及底板（81）固定连接，所述钢管（82）内部设置有多个筋板（84）。

5.根据权利要求1所述的大跨度钢桁架结构，其特征在于：所述斜撑（9）包括基管（91），基管（91）的底部固定设置有连接耳板（92），连接耳板（92）的两侧固定设置有加强肋板（93）。

6.大跨度钢桁架结构吊装方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

步骤1）吊装前准备

桁架结构吊装前，主体结构必须施工完毕，并且经检验合格；

步骤2）轴线复测

在屋面钢柱端部施放轴线定位点，并根据现场标高设立标高线；

步骤3）内环钢柱（7）和外环钢柱（8）吊装

先在主体结构上方安装固定内环钢柱（7）和外环钢柱（8），并调整垂直度及轴线位置；

步骤4）设计管桁架吊装顺序

将钢桁架分成6个单元，南侧90度，东侧45度，西侧45度，东北侧45度，西北侧45度，北侧90度；

其中南侧90度范围内杆件采用地面预拼，整体吊装的方式安装；

东侧45度、西侧45度、东北侧45度、西北侧45度范围内杆件采用地面预拼，整体吊装的方式安装；

北侧90度，因吊装距离较远，采用散拼单元法进行安装；

步骤5）南侧90度安装

在地面采用预先准备好的90度胎架，地面施画杆件投影线，将杆件临时固定在拼装平台上，复测轴线、标高，满足图纸及规范要求后，相贯口施焊；

焊接完成后，再次复测各杆件轴线及标高，确认无误后开始吊装，吊装完成后与内环钢柱（7）以及外环钢柱（8）焊接固定，并在主体结构顶面做临时支撑，确保安全；

步骤6）45度单元安装

改造原有90度临时胎架，将胎架分成2个45度胎架，进行东侧和西侧45度区域构件预拼装；

地面预拼装完成后，进行吊装作业，就位后与预先吊装固定完成的90度区域杆件进行相贯口焊接，吊装完成后与外环钢柱（8）和内环钢柱（7）焊接，在两个外环钢柱（8）的悬挑范围内加设临时支撑，确保安全；

待南侧180度范围内杆件吊装完毕后，东北侧和西北侧45度区域地面预拼装，吊装就位后与已吊装焊接完成杆件对接施焊，吊装完成后与外环钢柱（8）和内环钢柱（7）焊接；

步骤7）北侧90度区域杆件安装

北侧90度区域杆件，在地面拼装成重量在3吨以内的杆件单元进行散拼吊装；

步骤8）待全部外弧管桁架小单元吊装焊接完成后，拆除屋面临时支点，对焊接处探伤补漆。

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