CN116084696A - 大跨度螺旋跌级桁架施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大跨度螺旋跌级桁架施工方法，其特征在于，包括一下步骤：在深化设计阶段通过有限元软件建模分析来确定合理的分段分节方法，加工厂根据分段分节方法进行相应构件的加工制作，现场设置专用的拼接胎架，在地面上完成桁架分段拼接，在桁架分段处设置格构柱临时支撑，然后朝大跨度螺旋跌级桁架发散方向依次分段吊装各个分区的环桁架，卸载时通过采用千斤顶由螺旋跌级桁架的外圈向内圈进行分区、分级、同步卸载，本发明通过“合理分段分节、地面分段拼接、分段支撑、分区分段吊装、分区分级卸载”的施工方法，有效地减少了高空焊接作业量，降低了高空作业的安全风险，保证了安装精度，提高了施工效率，具有较高的推广价值。

Description

大跨度螺旋跌级桁架施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种大跨度螺旋跌级桁架施工方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，大跨度钢结构在大型公共建筑中得到了广泛应用。各大城市的体育馆、会展馆、机场、火车站以及高铁站等大型公共建筑常采用大跨度钢结构，其造型独特美观、空间形式多样、规模庞大，已然成为一个城市现代化的彰显。

体育馆类大型公共建筑钢结构工程施工常常面临施工工序复杂、安装精度不易控制及高空焊接作业量大等难题，需要根据结构实际情况和现场施工条件进行综合考虑，并采取有效应对措施，以保证施工的安全、质量与效率。

如附图2和附图3所示的某体育馆大跨度螺旋跌级钢管桁架屋盖，主要存在以下施工难题：(1)跨度大，桁架最大跨度为119m，属于超过一定规模的危大工程。(2)高空焊接作业量大、施工场地较窄、安装精度不易控制等。(3)该体育馆大跨度螺旋跌级钢管桁架屋盖的造型独特新颖，结构复杂，施工难度较大，而目前未公开有适用于本发明所需的大跨度螺旋跌级桁架的施工方法。

发明内容

为克服现有技术中心存在的缺陷，本发明提供了一种大跨度螺旋跌级桁架施工方法，通过“合理分段分节、地面分段拼接、分段支撑、分区分段吊装、分区分级卸载”的施工方法，有效地减少了高空焊接作业量，降低了高空作业的安全风险，保证了安装精度，提高了施工效率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种大跨度螺旋跌级桁架施工方法，包括：

构建大跨度螺旋跌级桁架的3D模型，并将大跨度螺旋跌级桁架沿发散方向由里向外分为中心区、位于所述中心区外围的至少一个第一构件区以及位于所述大跨度螺旋跌级桁架外侧区域的第二构件区，并在加工厂进行相应分区内的构件的加工制作；

构件加工完成后运送至现场，根据对应分区的空间形状在现场设置专用的拼接胎架，在地面上完成中心区、至少一个第一构件区以及第二构件区构件的拼接；

构件拼接完成后，在所述大跨度螺旋跌级桁架沿高度方向的下方设置多个临时支撑，并在临时支撑沿高度方向的顶部固定安装千斤顶；

通过千斤顶并配合履带吊及汽车吊沿所述大跨度螺旋跌级桁架的发散方向依次分别进行至少一个第一构件区、中心区以及第二构件区构件的吊装，吊装的同时进行校正调整；

大跨度螺旋跌级桁架全部构件吊装并复合校正完成后，通过采用千斤顶由大跨度螺旋跌级桁架的外圈向内圈按照第一构件区、中心区以及第二构件区的顺序进行临时支撑的卸载。

较佳地，所述临时支撑采用格构柱，所述千斤顶固定安装在所述格构柱沿高度方向的顶部。

较佳地，所述临时支撑卸载时在卸载点处安装有由支撑立柱以及钢垫片组成的分级卸载保护装置。

由于采用上述技术方案，使得本发明具有以下有益效果：

1)在深化设计阶段，顺应结构的受力情况进行合理分区，同时通过有限元软件建模计算并进行模拟分析，然后确定合理的分段分节方法，有效地保证了安装精度，提高了施工效率。

2)通过现场设置专用的拼接胎架，且专用胎架根据分段桁架的空间形状进行调整，并采用多点支承方式，在地面上完成桁架分段拼接，提高了桁架分段拼接精度。

3)通过在主桁架分段处设置格构柱临时支撑，并通过千斤顶来对桁架高度进行细部调整，有效地保证了结构的稳定性与安装精度。

4)朝螺旋跌级桁架发散方向依次分段进行吊装，并及时进行校正调整，保证了施工过程中结构的安装精度、安全性与稳定性，提高了施工效率。

5)采用千斤顶由螺旋跌级桁架外圈向内圈进行分区、分级、同步卸载，保证了卸载过程中结构的安全性与稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明大跨度螺旋跌级桁架施工方法中施工过程模拟分析的Midas Gen有限元计算模型图。

图2为某体育馆大跨度螺旋跌级桁架屋盖深化设计的Tekla Structures模型图。

图3是附图2中大跨度螺旋跌级桁架Tekla Structures模型的俯视图。

图4是本发明大跨度螺旋跌级桁架施工方法中施工分区示意图。

图5是本发明大跨度螺旋跌级桁架施工方法中分段分节平面示意图。

图6是附图1中的格构柱临时支撑平面布置图。

图7是附图2中的A4区结构示意图。

图8是附图2中的A3区结构示意图。

图9是附图2中的A2区结构示意图。

图10是附图2中的A1区结构示意图。

图11是附图2中的B1区结构示意图。

图12是附图7中A4区第四环桁架的典型分段示意图。

图13是附图8中A3区第三环桁架的典型分段示意图。

图14是附图9中A2区第二环桁架的典型分段示意图。

图15是附图10中A1区第一环桁架的典型分段示意图。

附图中标号对应关系如下：

1-大跨度螺旋跌级桁架；2-格构柱临时支撑；3-A4区第四环桁架；4-A3区第三环桁架；5-A2区第二环桁架；6-A1区第一环桁架；7-A1区中心斗屏；8-V型钢柱；9-圆钢管柱；10-A4区径向桁架；11-A4区径向杆件；12-A3区径向杆件；13-A2区径向杆件；14-A2区径向桁架；15-A1区环向杆件；16-A1区径向杆件；17-B1区桁架；18-B1区钢梁；19-B1区径向杆件；20-上弦杆；21-斜腹杆；22-竖腹杆；23-下弦杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明所要解决的技术问题是针对目前现有技术中未有公开的使用于大跨度螺旋跌级桁架的施工方法，如附图2和附图3所示的某体育馆建筑，该体育馆大跨度螺旋跌级桁架1屋盖主要由四道由里向外发散的环形螺旋平面桁架、中心斗屏桁架、径向杆件、环杆件以及次杆件组成，造型独特新颖，外形似“海螺”，因此其施工难度主要在于空间结构复杂、跨度大、结构形式比较特殊、作业量大、施工场地较窄、节点复杂、安装精度不易控制等，针对上述技术难题，本发明提出了一种大跨度螺旋跌级桁架的施工方法，通过“合理分段分节、地面分段拼接、分段支撑、分区分段吊装、分区分级卸载”，综合考虑了结构受力合理、施工过程的安全与质量、施工效率、吊装机械设备以及便于现场施工等因素，有效地减少了高空焊接作业量，降低了高空作业的安全风险，保证了安装精度，提高了施工效率，需要说明的是，如附图4所示，通过考虑结构形式并顺应结构的受力情况，将该大跨度螺旋跌级桁架分为包括中心区、三个第一构件区以及一个第二构件区，其中中心区为A1区，第一构件区包括A2、A3以及A4三个区，第二构件区为B1区，即该大跨度螺旋跌级桁架1沿螺旋环桁架的发散方向共分为包括A3、A2、A1、A4四个区的环桁架以及位于螺旋环桁架外侧的B1区桁架。

请参阅图10和图15所示，A1区结构包括A1区第一环桁架6、A1区中心斗屏7、A1区环向杆件15以及A1区径向杆件16，其中A1区第一环桁架6包括沿大跨度螺旋跌级桁架1高度方向设置并且呈环向分布的上弦杆20、下弦杆23以及垂直固定连接于上弦杆20以及下弦杆23之间的竖腹杆和斜向连接于上弦杆20以及下弦杆23之间斜腹杆21。

请参阅图9和图14所示，A2区结构包括A2区第二环桁架5、A2区径向杆件13以及A2区径向桁架14，其中A2区第二环桁架5包括沿大跨度螺旋跌级桁架1高度方向设置并且呈环向分布的上弦杆20、下弦杆23以及垂直固定连接于上弦杆20以及下弦杆23之间的竖腹杆和斜向连接于上弦杆20以及下弦杆23之间斜腹杆21。

请参阅图8和图13所示，A3区结构包括A3区第三环桁架4以及A3区径向杆件12，其中A3区第三环桁架4包括沿大跨度螺旋跌级桁架1高度方向设置并且呈环向分布的上弦杆20、下弦杆23以及垂直固定连接于上弦杆20以及下弦杆23之间的竖腹杆和斜向连接于上弦杆20以及下弦杆23之间斜腹杆21。

请参阅图7和图12所示，A4区结构包括A4区第四环桁架3以及A4区径向杆件11，其中A4区第四环桁架4包括沿大跨度螺旋跌级桁架1高度方向设置并且呈环向分布的上弦杆20、下弦杆23以及垂直固定连接于上弦杆20以及下弦杆23之间的竖腹杆和斜向连接于上弦杆20以及下弦杆23之间斜腹杆21。

请参阅图11所示，B1区结构包括B1区桁架17、B1区钢梁、B1区径向杆件19以及多根沿大跨度螺旋跌级桁架1高度方向设置的圆钢管柱9。

请参阅图5所示，该大跨度螺旋跌级桁架1A1区第一环桁架6分为9段，A2区第二环桁架5分为18段，A3区第三环桁架4分为32段，A4区第四环桁架3分为34段，其中，编号HJ1代表A1区的桁架编号，HJ2代表A2区的桁架标号，HJ3代表A3区的桁架编号，HJ4代表A4区的桁架编号，YP-HJ代表B1区的桁架编号。

请参阅图6所示，临时支撑采用格构柱临时支撑2，格构柱临时支撑2的顶部沿高度方向的顶部固定安装有用于对大跨度螺旋跌级桁架1高度进行细部调节的千斤顶，其中A1、A2、A3以及A4区共设置130个临时支撑，B1区设置20个临时支撑，一共有150个支撑点。

本发明大跨度螺旋跌级桁架施工方法，具体包括以下步骤：

1)在大跨度螺旋跌级桁架钢结构深化阶段，构建该体育馆大跨度螺旋跌级桁架屋盖的Tekla Structures模型图，通过采用有限元软件建模分析并充分考虑结构受力合理分段分节、构件加工制作、构件运输、结构构件拼接及吊装等因素，确定一种合理的分段分节方法，为钢结构加工制作及现场施工奠定良好基础，施工过程中对关键部位的位置、标高、变形及应变等进行实时监测，并及时采取相应的技术措施进行校正调整，保证结构的安装精度、安全性与稳定性；

2)构件加工好后运至现场，待构件进场验收后，现场设置专用的拼接胎架，专用拼接胎架根据分段桁架的空间形状进行调整，并采用多点支承方式，在地面上完成A3区第三环桁架4、A2区第二环桁架5的分段拼接。

3)待土建相应部分柱、梁、板及球型支座等施工完成后，安装A3区以及A2区格构柱临时支撑2；

4)A3区以及A2区格构柱临时支撑2安装完成并准备就绪后，通过履带吊、汽车吊依次分段吊装拼接完成后的A3区第三环桁架4以及A2区第二环桁架5，安装顺序为沿螺旋环桁架的发散方向，同时安装A3区径向杆件12以及次杆件等构件，形成局部稳定体系；

5)安装A1区格构柱临时支撑2，并在格构柱临时支撑2沿高度方向的顶部设置千斤顶，千斤顶用于对桁架高度进行细部调整；

6)根据A1区第一环桁架6的空间形状设置专用的拼接胎架，并采用多点支撑的方式，在地面上完成A1区第一环桁架6的分段拼接；

7)通过履带吊、汽车吊依次分段吊装A1区第一环桁架6，安装顺序为沿螺旋环桁架的发散方向，同时安装A2区径向杆件13以及次杆件等构件，与已安装的环桁架形成局部稳定体系。

8)通过履带吊、汽车吊依次分段吊装A1区径向杆件16、A1区环向杆件15、A1区中心斗屏7以及次杆件等，与已安装的环桁架形成局部稳定体系。

9)安装A4区格构柱临时支撑2，并在格构柱临时支撑2沿高度方向的顶部设置千斤顶来对桁架高度进行细部调整。

10)根据A4区第四环桁架3的空间形状设置专用的拼接胎架，并采用多点支撑的方式，在地面上完成A4区第四环桁架3的分段拼接；

11)通过履带吊、汽车吊依次分段吊装A4区第四环桁架3，安装顺序为沿螺旋环桁架的发散方向，同时安装A4区径向桁架10、A4区径向杆件11等其他次杆件以及V型钢柱8等构件，并将A4区的环桁架、V型钢柱8与球型支座进行有效连接，与已安装的环桁架形成稳定体系，需要说明的是，这里采用倒序的安装手法，先安装大跨度螺旋跌级桁架屋盖，再安装装与主体结构连接的V型钢柱；

12)安装B1区格构柱临时支撑2，并在格构柱临时支撑2沿高度方向的顶部设置千斤顶来对桁架高度进行细部调整。

13)根据B1区第四环桁架3的空间形状设置专用的拼接胎架，并采用多点支撑的方式，在地面上完成B1区桁架17的分段拼接，然后通过履带吊、汽车吊依次分段吊装B1区桁架17，同时安装B1区钢梁18、B1区径向杆件19等其他次杆件等构件，然后安装B1区钢柱，与已安装的B1区结构形成稳定体系。

14)待大跨度螺旋跌级桁架1全部安装完成后，及时进行复核校正，确认无误后开始进行卸载。

15)由大跨度螺旋跌级桁架1的外圈向内圈进行卸载，采用千斤顶分区、分级、同步进行卸载，卸载分为四级卸载，第一级至第三级的卸载量均为30％，第四级的卸载量10％，卸载顺序为：A4区卸载→A3区卸载→A2区卸载→A1区卸载→B1区卸载，卸载时应分区同步进行，同时在卸载点处设置支撑立柱及钢垫片，支撑立柱与钢垫片组成分级卸载保护装置，保证卸载过程中结构的安全性与稳定性。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种大跨度螺旋跌级桁架施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建大跨度螺旋跌级桁架的3D模型，并将大跨度螺旋跌级桁架沿发散方向由里向外分为中心区、位于所述中心区外围的至少一个第一构件区以及位于所述大跨度螺旋跌级桁架外侧区域的第二构件区，并在加工厂进行相应分区内的构件的加工制作；

构件加工完成后运送至现场，根据对应分区的空间形状在现场设置专用的拼接胎架，在地面上完成中心区、第一构件区以及第二构件区构件的拼接；

构件拼接完成后，在所述大跨度螺旋跌级桁架沿高度方向的下方设置多个临时支撑，并在临时支撑沿高度方向的顶部固定安装千斤顶；

通过千斤顶并配合履带吊及汽车吊沿所述大跨度螺旋跌级桁架的发散方向依次分别进行至少一个第一构件区、中心区以及第二构件区构件的吊装，吊装的同时进行校正调整；

大跨度螺旋跌级桁架全部构件吊装并复合校正完成后，通过采用千斤顶由大跨度螺旋跌级桁架的外圈向内圈按照第一构件区、中心区以及第二构件区的顺序进行临时支撑的卸载。

2.如权利要求1所述的大跨度螺旋跌级桁架施工方法，其特征在于：所述临时支撑采用格构柱，所述千斤顶固定安装在所述格构柱沿高度方向的顶部。

3.如权利要求1所述的大跨度螺旋跌级桁架施工方法，其特征在于：所述临时支撑卸载时在卸载点处安装有由支撑立柱以及钢垫片组成的分级卸载保护装置。

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