CN116497927A - 一种复杂结构体系建筑及其立体化施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂结构体系建筑及其立体化施工方法，建筑前后两侧分别设置有梭形钢结构与悬挑钢结构；建筑包括通过钢连廊连接的第一建筑结构与第二建筑结构；第一建筑结构与第二建筑结构均为回字形核心筒结构；第一建筑结构与第二建筑结构的回字形核心筒结构内部分别设置有第一钢结构与第二钢结构；第一建筑结构与第二建筑结构远离所述钢连廊的一侧面均设置有吊挂桁架。本发明提供的一种复杂结构体系建筑及其立体化施工方法，建筑整体美观，结构强度高，稳定性强，通过不同的结构体系构建不同的建筑功能区域，建筑与结构完美融合。基于结构体系受力特点的立体化施工方法具有实用性高，临时支撑少，施工工期短等优点。

Description

一种复杂结构体系建筑及其立体化施工方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种复杂结构体系建筑及其立体化施工方法。

背景技术

钢结构作为绿色建筑、节能建筑，其优势在于钢结构有利于工业化和产业化的生产，施工周期短，能有效提高资金投资的效益和施工现场文明。从材料性能上分析，钢结构具有重量轻、体量小的特点，有利于提高建筑的空间利用率，并且钢结构延性大因此抗震性能非常好。介于建筑的诸多优点，为了满足人们对于建筑物造型、美观、视觉冲击的要求，在融合设计师创新设计理念的基础上，异形建筑应运而生。

目前大型钢结构厂房、候机大厅、会展中心、剧院、体育场等大型工业、公共建筑不断涌现，例如上海浦东机场、广州体育馆主馆、广州会展中心、国家大剧院，这些建筑为大型钢结构的施工提供了有力的技术支撑；但是钢结构建筑有用钢量大，防火性能差、造价高等缺陷，因此，现需要一种型钢混凝土的建筑结构，兼具混凝土结构与钢结构的优点，并且便于施工，这是现有工程所追求的目标。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种复杂结构体系建筑及其立体化施工方法，钢结构在建筑中布置合理，承重力强，施工方法简单，便于施工。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种复杂结构体系建筑，所述建筑地上五层，地下一层或两层；所述建筑前后两侧分别设置有梭形钢结构与悬挑钢结构；所述建筑包括通过钢连廊连接的第一建筑结构与第二建筑结构；所述第一建筑结构与第二建筑结构均为回字形核心筒结构；所述第一建筑结构与第二建筑结构的回字形核心筒结构内部分别设置有第一钢结构与第二钢结构；所述第一建筑结构与第二建筑结构远离所述钢连廊的一侧面均设置有吊挂桁架；

所述第一钢结构包括正交桁架与屋面网架；所述正交桁架从地面吊装至三层墙面预设牛腿上；所述屋面网架安装在屋顶层；所述第二钢结构包括跨层桁架与楼面桁架；所述跨层桁架安装在三层至屋顶层；所述楼面桁架安装在三层和屋顶层；所述跨层桁架靠近所述钢连廊。

作为较优的实施方案，所述回字形核心筒结构为型钢混凝土结构。

作为较优的实施方案，所述建筑还包括安装在所述第二建筑结构顶部的钢结构观飞平台。

作为较优的实施方案，所述吊挂桁架与所述第一建筑结构和第二建筑结构之间均设置有斜撑。

作为较优的实施方案，所述第一建筑结构与第二建筑结构均预留有吊装设备进入场地的通道。

一种复杂结构体系建筑的立体化施工方法，包括以下步骤：

S1：地下室首节柱吊装与顶板浇筑；

S2：地上钢柱吊装与回字形核心筒结构的安装；

S3：正交桁架、跨层桁架与楼面桁架的吊装；

S4：悬挑钢结构与梭形钢结构的安装；

S5：吊挂桁架的安装；

S6：屋面网架的楼面拼装与整体提升；

S7：钢连廊的安装。

作为较优的实施方案，在完成屋面网架的整体提升后，浇筑第一建筑结构三层楼面的后浇带。

作为较优的实施方案，所述步骤S7之后还包括钢结构观飞平台的安装。

作为较优的实施方案，所述第一钢结构与第二钢结构安装完成后进行预留通道横梁的安装。

作为较优的实施方案，所述建筑采用先立面，后平面的施工顺序；所述立面施工采用半顺作半逆作施工方法；所述平面施工时采用上下层同时施工，左右流水施工方法。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种复杂结构体系建筑及其立体化施工方法，建筑体整体为型钢混凝土结构，兼具混凝土与钢结构的优点，整体结构强度高，稳定性强；建筑通过钢连廊分为第一建筑结构与第二建筑结构，两个建筑结构基于各自的功能空间安装不同的钢结构类型，并通过钢连廊连接为整体，整体结构美观，观赏性强，建筑前后两侧分别设置有梭形钢结构与悬挑钢结构；梭形钢结构用于构建梭形长廊，观赏视野好；悬挑钢结构用于支撑幕墙的安装，保证建筑体外表面的美观。第一建筑结构与第二建筑结构侧面安装的吊挂桁架用于构建建筑体挑高入厅大堂，结构承力强，安装稳定性高。总的来说，本发明中的建筑整体美观，造型多变，结构强度高，稳定性强，通过不同的结构体系构建不同的建筑功能区域，建筑与结构完美融合；基于结构体系受力特点的立体化施工方法具有实用性高，临时支撑少，施工工期短。

附图说明

图1为本发明的建筑结构的平面俯视图；

图2为本发明的建筑结构的立面正视图；

图3为本发明的施工方法流程图；

图4为本发明的实施例3现场施工图。

图中：1、悬挑钢结构；2、梭形钢结构；3、钢连廊；4、第一建筑结构；5、第二建筑结构；6、吊挂桁架；7、屋面网架；8、正交桁架；9、跨层桁架；10、楼面桁架；11、钢结构观飞平台。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供了一种复杂结构体系建筑，所述建筑地上五层，地下一层或两层；所述建筑前后两侧分别设置有梭形钢结构2与悬挑钢结构1；所述建筑包括通过钢连廊3连接的第一建筑结构4与第二建筑结构5；所述第一建筑结构4与第二建筑结构5均为回字形核心筒结构；所述第一建筑结构4与第二建筑结构5的回字形核心筒结构内部分别设置有第一钢结构与第二钢结构；所述第一建筑结构4与第二建筑结构5远离所述钢连廊3的一侧面均设置有吊挂桁架6；值得说明的是，建筑地下室可为一层或两层，或者局部为两层的结构；第一建筑结构4与第二建筑结构5通过钢连廊3连接为整体，第一钢结构与第二钢结构以回字形核心筒结构为安装基础进行安装，保证整体结构的强度，建筑前后两侧分别设置有梭形钢结构2与悬挑钢结构1；梭形钢结构2用于构建梭形长廊，观赏视野好；悬挑钢结构1用于支撑幕墙的安装，保证建筑体外表面的美观。第一建筑结构4与第二建筑结构5侧面安装的吊挂桁架6用于构建建筑体挑高入厅大堂，结构承力强，安装稳定性高。总的来说，本发明中的建筑整体美观，造型多变，结构强度高，稳定性强，通过不同的结构体系构建不同的建筑功能区域，建筑与结构完美融合；基于结构体系受力特点的立体化施工方法具有实用性高，临时支撑少，施工工期短。

所述第一钢结构包括正交桁架8与屋面网架7；所述正交桁架8从地面吊装至三层墙面预设牛腿上；所述屋面网架7安装在屋顶层；所述第二钢结构包括跨层桁架9与楼面桁架10；所述跨层桁架9安装在三层至屋顶层；所述楼面桁架10安装在三层和屋顶层；所述跨层桁架9靠近所述钢连廊3。值得说明的是，本申请中回字形核心筒结构为混凝土结构，与第一钢结构、第二钢结构共同构成型钢混凝土建筑，避免传统钢结构建筑用钢量大，防水性能差，造价高等缺点，兼具混凝土结构和钢结构的优点，并且本建筑结构中不同的功能空间由不同的钢结构构成，整体结构区域清晰明了，混凝土结构与钢结构完美协同，简化建筑结构体系，方便施工。值得说明的是，在本申请中跨层桁架9与楼面桁架10的安装是根据建筑的层数所具体设置的，在实际生产应用中，本领域技术人员可以根据实际情况进行具体设置；与本申请建筑层数不同，但钢结构一致的方案应落入本方案的保护范围之内。

作为较优的实施方案，所述回字形核心筒结构为型钢混凝土结构；值得说明的是，第一建筑结构4与第二建筑结构5的一层至三层为型钢混凝土结构，包括劲性柱；四层至屋顶层由第一钢结构与第二钢结构作为承力结构，保证上层结构安装的稳定性。

作为较优的实施方案，所述建筑还包括安装在所述第二建筑结构5顶部的钢结构观飞平台11，钢结构观飞平台11设置在最顶层，视野开阔。

作为较优的实施方案，所述吊挂桁架6与所述第一建筑结构4和第二建筑结构5之间均设置有斜撑，提高倒挂桁架安装结构的稳定性。

作为较优的实施方案，所述第一建筑结构4与第二建筑结构5均预留有吊装设备进入场地的通道。值得说明的是，在进行回字形核心筒结构内部的第一钢结构与第二钢结构的安装时常采用塔吊与汽车吊配合的方式进行吊装，因此，需要预留汽车吊进入施工场地的通道，并且，在汽车吊进场之前，需要对通道的承力进行核算，对通道直接增加配筋，进行加固，保证其强度能够支撑汽车吊工作的重力。

实施例2

如图1-3所示，本实施例是在上述实施例的基础上进行展开的，具体的，本实施例提供了一种复杂结构体系建筑的立体化施工方法，包括以下步骤：

S1：地下室首节柱吊装与顶板浇筑；

S2：地上钢柱吊装与回字形核心筒结构的安装；

S3：正交桁架8、跨层桁架9与楼面桁架10的吊装；

S4：悬挑钢结构1与梭形钢结构2的安装；

S5：吊挂桁架6的安装；

S6：屋面网架7的楼面拼装与整体提升；

S7：钢连廊3的安装。

作为较优的实施方案，在完成屋面网架7的整体提升后，浇筑第一建筑结构4三层楼面的后浇带。屋面网架7正下方为正交桁架8，设计有要求，在吊装施工完成正交桁架8后，浇筑混凝土，需要预加载，才能焊接支座并封闭后浇带；屋面网架7采用三层楼面拼装再整体吊装，通过屋面网架7的自身重量进行预加载，在完成屋面网架7的整体提升后，浇筑第一建筑结构4三层楼面的后浇带。

作为较优的实施方案，所述步骤S7之后还包括钢结构观飞平台11的安装。

作为较优的实施方案，所述第一钢结构与第二钢结构安装完成后进行预留通道横梁的安装。

作为较优的实施方案，所述建筑采用先立面，后平面的施工顺序；所述立面施工采用半顺作半逆作施工方法；所述平面施工时采用上下层同时施工，左右流水施工方法。值得说明的是，本申请中建筑结构体系复杂，传统施工流水作业方式难以满足进度、质量和安全要求。采用先混凝土结构、后钢结构，先立面、后平面，平面上下层同时施工，左右流水施工，吊挂桁架6结构半逆作法施工的立体化施工方式。本申请中施工基于设计受力体系的空间立体化施工，第一建筑结构4与第二建筑结构5同步施工，回字形核心筒结构中部大跨度结构上下一体施工，吊挂桁架6半顺作半逆作进行施工。

实施例3

如图1-4所示，本实施例是在上述实施例的基础上进行展开的，具体的，本实施例提供了一种复杂结构体系建筑及其立体化施工方法的工程实例，如下：

该项目位于成都空港产业服务区建设项目，包括国际会议厅与地下室，总建筑面积约190512.46㎡(地上87516.99㎡，地下102995.47㎡)；本项目地上5层，地下室1层局部2层，包含地下车库、设备用房及后勤服务用房等，该项目采用塔吊与汽车吊配合进行施工。

本项目一层至三层楼面为混凝土结构，钢结构主要为劲性柱。四层至屋顶层为桁架组成的钢框架结构，桁架跨度23m～54m。桁架类型以平面桁架为主，杆件截面主要为H形和箱型构件。

建筑前后两侧分别设置有梭形钢结构2与悬挑钢结构1；建筑包括通过钢连廊3连接的第一建筑结构4与第二建筑结构5；所述第一建筑结构4与第二建筑结构5均为回字形核心筒结构；所述第一建筑结构4与第二建筑结构5的回字形核心筒结构内部分别设置有第一钢结构与第二钢结构；所述第一建筑结构4与第二建筑结构5远离所述钢连廊3的一侧面均设置有吊挂桁架6；所述第一钢结构包括正交桁架8与屋面网架7；所述正交桁架8从地面吊装至三层墙面预设牛腿上；所述屋面网架7安装在屋顶层；面积4374㎡，网架厚度2.6～4m，网格尺寸3.0m*3.0m，顶部标高24.2m，网架上弦通过削冠球连接，重约800吨，采用整体提升的施工工艺。所述第二钢结构包括跨层桁架9与楼面桁架10；所述跨层桁架9安装在三层至屋顶层；主要呈南北走向分布，跨度17m～54m不等，单榀最重重量约380t，主要由H型钢组成，最大截面为H1200×800×80×80mm。所述楼面桁架10安装在三层和屋顶层；跨度18.0m～54.6m不等，截面高度2m～5m不等，单榀重量最重约68t，主要由H型钢组成，最大截面为H600×500×30×50mm，桁架形式为平面桁架。所述跨层桁架9靠近所述钢连廊3。

作为较优的实施方案，所述建筑还包括安装在所述第二建筑结构5顶部的钢结构观飞平台11。

作为较优的实施方案，为了保证吊挂桁架6的安装强度与稳定性，所述吊挂桁架6与所述第一建筑结构4和第二建筑结构5之间均设置有斜撑。

作为较优的实施方案，所述第一建筑结构4与第二建筑结构5均预留有汽车吊进入场地的通道。

一种复杂结构体系建筑的立体化施工方法，安装顺序包含平面安装顺序及立面安装顺序，所述建筑的平面施工顺序为从中向两侧进行施工；立面施工顺序为从下往上逐层安装。钢框架结构中钢柱、钢梁主要采用塔吊进行吊装，局部塔吊盲区采用汽车吊辅助安装(部分钢柱和钢梁的吊重超塔吊起重范围也需汽车吊辅助安装)。楼面桁架10主要采用地面拼装，汽车吊进行分段吊装；跨层桁架9采用设置临时支撑架汽车吊高空散拼的吊装方式；屋面网架7采用三层楼面拼装，整体提升方式进行施工。吊挂桁架6由上至下进行施工，采用吊柱进行支撑，避免传统施工方法中下部支撑结构需要穿过已安装完成的下部结构，导致施工困难等现象。

具体包括以下步骤：

S1：地下室首节柱吊装与顶板浇筑；安装地下室；

S2：地上钢柱吊装与回字形核心筒结构的安装；采用钢筋混凝土结构，保证建筑的整体强度与稳定性；钢柱随土建安装至三层楼面；

S3：正交桁架8、跨层桁架9与楼面桁架10的吊装；在进行正交桁架8、跨层桁架9与楼面桁架10的施工时，完成对应区域钢梁的安装；并且在进行正交桁架8、跨层桁架9与楼面桁架10后，第一建筑结构4与第二建筑结构5之间的钢结构也随之进行安装；

正交桁架8施工时，正交桁架8包括若干榀，正交桁架8两端设置在预设牛腿上，正交桁架8包括头尾相连的两段分段桁架，汽车吊在地下顶板上吊装第一段分段桁架，并在桁架跨中设置临时支撑；随后汽车吊和塔吊进行横向次桁架的吊装；汽车吊吊装第二段分段桁架完成一榀正交桁架8的吊装，再依次吊装剩余榀的正交桁架8，直至完成整体的吊装，拆卸临时支撑。

跨层桁架9施工前，需要进行吊重分析，取跨层桁架9最重分段进行吊重分析，若符合吊装要求，即可进行施工。跨层桁架9包括下弦杆，下部腹杆，中间弦杆，上部腹杆，上弦杆；包括以下流程：汽车吊分段吊装跨层桁架9下弦杆件；汽车吊吊装跨层桁架9下部腹杆；汽车吊吊装跨层桁架9中间弦杆；汽车吊吊装跨层桁架9上部腹杆；汽车吊吊装跨层桁架9上弦杆；跨层桁架9整榀吊装完成。

跨层桁架9与楼面桁架10上下交错，通过吊柱、销轴等相互连接，在安装过程中不仅会发生竖向变形，平面外的变形控制也极其重要，卸载时需综合考虑桁架自身及周边结构的稳定。

S4：悬挑钢结构1与梭形钢结构2的安装；还包括与悬挑钢结构1与梭形钢结构2对应钢梁与钢柱的安装；

S5：吊挂桁架6的安装；吊挂桁架6包括桁架主体与楼层桁架，桁架主体两端与两侧的钢框架连接，桁架主体的下方设置有吊柱，楼层桁架与吊柱通过销轴连接，在楼层桁架上铺上楼层板，吊挂桁架6构成超高挑高的门厅，吊挂桁架6采用从上至下的施工顺序，避免传统方式施工导致下方承力结构需要穿过已施工完成的钢结构，本工程简化施工方法，提高施工效率，并且楼层桁架与第一建筑结构4和第二建筑结构5之间设置有斜撑，提高安装的稳定性。

S6：屋面网架7的楼面拼装与整体提升；屋面网架7在正下方三层楼面进行拼装，拼装机械12t汽车吊，拼装完成后整体提升。提升区面积约4400㎡(含屋面檩条)，提升高度10.2m。布置12个提升点，提升最大反力771kN。提升点处设置有提升架，提升架利用支座处上弦杆作为提升横梁，柱顶弦杆对侧设置水平拉杆与混凝土柱顶或柱侧相连，同时提升横梁端部设置斜撑杆及面外稳定杆。

拼装后通过液压系统是实现网架的整体提升；第一钢结构与第二钢结构安装完成后进行预留通道横梁的安装。通道上的横梁用于加固通道结构的稳定性，但横梁的安装会降低通道的高度，影响汽车吊正常驶进驶出建筑空间，因此需待汽车吊驶出建筑空间后再进行横梁的施工，保证工程的正常开展。

S7：钢连廊3的安装；钢连廊3安装完成安装钢结构观飞平台11，随后完成楼板的铺设，建筑整体安装完成。

作为较优的实施方案，在完成屋面网架7的整体提升后，浇筑第一建筑结构4三层楼面的后浇带。屋面网架7正下方为正交桁架8，设计有要求，在吊装施工完成正交桁架8后，浇筑混凝土，需要预加载，才能焊接支座并封闭后浇带；屋面网架7采用三层楼面拼装再整体吊装，通过屋面网架7的自身重量进行预加载，在完成屋面网架7的整体提升后，浇筑第一建筑结构4三层楼面的后浇带。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种复杂结构体系建筑，其特征在于：所述建筑地上五层，地下一层或两层；所述建筑前后两侧分别设置有梭形钢结构与悬挑钢结构；所述建筑包括通过钢连廊连接的第一建筑结构与第二建筑结构；所述第一建筑结构与第二建筑结构均为回字形核心筒结构；所述第一建筑结构与第二建筑结构的回字形核心筒结构内部分别设置有第一钢结构与第二钢结构；所述第一建筑结构与第二建筑结构远离所述钢连廊的一侧面均设置有吊挂桁架；

所述第一钢结构包括正交桁架与屋面网架；所述正交桁架从地面吊装至三层墙面预设牛腿上；所述屋面网架安装在屋顶层；所述第二钢结构包括跨层桁架与楼面桁架；所述跨层桁架安装在三层至屋顶层；所述楼面桁架安装在三层和屋顶层；所述跨层桁架靠近所述钢连廊。

2.根据权利要求1所述的一种复杂结构体系建筑，其特征在于：所述回字形核心筒结构为型钢混凝土结构。

3.根据权利要求1所述的一种复杂结构体系建筑，其特征在于：所述建筑还包括安装在所述第二建筑结构顶部的钢结构观飞平台。

4.根据权利要求1所述的一种复杂结构体系建筑，其特征在于：所述吊挂桁架与所述第一建筑结构和第二建筑结构之间均设置有斜撑。

5.根据权利要求1所述的一种复杂结构体系建筑，其特征在于：所述第一建筑结构与第二建筑结构均预留有吊装设备进入场地的通道。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种复杂结构体系建筑的立体化施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：地下室首节柱吊装与顶板浇筑；

S2：地上钢柱吊装与回字形核心筒结构的安装；

S3：正交桁架、跨层桁架与楼面桁架的吊装；

S4：悬挑钢结构与梭形钢结构的安装；

S5：吊挂桁架的安装；

S6：屋面网架的楼面拼装与整体提升；

S7：钢连廊的安装。

7.根据权利要求6所述的一种复杂结构体系建筑的立体化施工方法，其特征在于：在完成屋面网架的整体提升后，浇筑第一建筑结构三层楼面的后浇带。

8.根据权利要求6所述的一种复杂结构体系建筑的立体化施工方法，其特征在于：所述步骤S7之后还包括钢结构观飞平台的安装。

9.根据权利要求6所述的一种复杂结构体系建筑的立体化施工方法，其特征在于：所述第一钢结构与第二钢结构安装完成后进行预留通道横梁的安装。

10.根据权利要求6所述的一种复杂结构体系建筑的立体化施工方法，其特征在于：所述建筑采用先立面，后平面的施工顺序；所述立面施工采用半顺作半逆作施工方法；所述平面施工时采用上下层同时施工，左右流水施工方法。