CN116657964B - 一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构及其施工方法，看台综合钢结构为非对称椭圆形钢架，外周为双曲率带缺口的方形空中步道组架，其缺口处为场馆入口，其入口处设置有大跨度双曲率拱桁架，空中步道组架下方设置有椭圆形的看台组架。本申请通过空中步道组架的非对称式设计，满足了体育场看台顶部的空中步道的支撑和为拱桁架连接提供了连接基础；其中，步道外下斜立柱的设置，利于保证结构安装时的临时支撑；通过拱桁架的设置，在满足大跨度入口的功能化需求下，还能兼顾造型轻量化和多曲率变化；通过逆作施工方法，先施工看台上方的屋盖而后施工看台、空中步道和拱桁架，可有序的利用施工场地和便捷化施工，便于交叉化立体施工。
Description
技术领域
本发明属于看台结构施工技术领域，特别涉及一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构及其施工方法。
背景技术
随着现有钢结构的应用越来越普遍，在展览管、游泳馆和体育场均进行了广泛的使用。在使用过程中，为了满足各场馆的功能化需求，需要特殊化处理和设计，而对于体育场来说，其为椭圆形场地，为满足看台、空中步道以及顶部的屋盖的安装，则需要进行针对性的非对称支撑设置，而且对于有特殊需求的入口则需要进行大跨度的悬挑或支撑连接；再者对于不同的空间桁架形式和多曲率的对接连接和整体化设计，也是鲜有涉及，需要进行具体且针对性的设计。
发明内容
本发明提供了一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构及其施工方法，用以解决非对称式空中步道的设计及支撑、空中步道与看台结构的连接以及空中步道与大跨度拱形桁架的连接和固定等技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构，看台综合钢结构为非对称椭圆形钢架，外周为双曲率带缺口的方形空中步道组架，其缺口处为场馆入口，其入口处设置有大跨度双曲率拱桁架，空中步道组架下方设置有椭圆形的看台组架；
所述拱桁架连接于空中步道组架短边一侧，拱桁架在高度方向上呈拱状设置，水平方形上为外扩的弧形，弧形弧度适应看台组架所呈椭圆的弧度；
所述空中步道组架包含步道外封杆、连接于步道外封杆下方的步道外下斜立柱、设置于步道外封杆内侧的步道内封杆、连接于步道外封杆和步道内封杆之间的步道腹杆以及通长设置于步道外封杆和步道内封杆之间的步道中封杆；所述步道外下斜立柱呈V形设置，且V形底部连接于结构柱顶部；
所述步道外封杆、步道中封杆和步道内封杆均为环形杆，步道外封杆和步道中封杆均为短边缺口的四方形杆，其中长边投影为直线，短边投影为外扩弧形设置；所述步道中封杆为短向缺口的椭圆形杆；步道外封杆、步道中封杆和步道内封杆三者高度向广场中心处依次降低；
所述拱桁架包含上弦杆、下弦杆、连接于上弦杆和下弦杆之间的侧外腹杆、连接于相邻上弦杆之间或相邻下弦杆之间的面腹杆、连接于上弦杆和下弦杆长向端部的端封杆、连接于上弦杆和下弦杆内部之间的内腹杆以及连接于端封杆与下弦杆端部之间的外斜杆；
所述端封杆与步道外封杆顺接连接，所述上弦杆和下弦杆的弧度与步道外封杆的短边弧度对应设置。
进一步的，还设置有支撑立柱，支撑立柱沿着步道内封杆间隔设置，在空中步道组架的四角处加密设置；支撑立柱顶部伸出步道内封杆与上部屋盖连接；支撑立柱底部与结构柱连接；支撑立柱内侧连接有看台组架。
进一步的，所述看台组架包含一组看台立柱、连接于看台立柱的看台环连杆、连接于看台立柱和相邻看台环连杆之间的看台径连杆以及连接相邻看台环连杆水平向的看台平连杆；
一组看台立柱沿广场呈椭圆设置，高度上呈台阶设置；看台立柱的环形个数对应看台的层数；看台环连杆或看台径连杆还与对应的支撑立柱连接。
进一步的，看台立柱顶部连接看台径连杆，看台径连杆适应看台的斜度设置且顶部与对应的步道内封杆连接；看台立柱竖向上间隔连接有看台平连杆且看台平连杆之间连接有看台环连杆。
进一步的，所述步道外下斜立柱顶部间隔连接于步道外封杆环向上，步道外下斜立柱自下而上呈外扩式设置；相邻的步道外下斜立柱呈V字形，V字形的长度、开合角度以及倾斜度对应步道外封杆与结构柱设置。
进一步的，所述步道外下斜立柱包含呈倒八字形的步道外下斜立柱体和连接于步道外下斜立柱底部呈小V字形的步道外下斜立柱连板；
所述步道外下斜立柱连板设置有连孔，所述连孔对应与结构柱顶部的耳板组件通过轴承连杆连接；
所述耳板组件包含与结构柱体连接的底板和设置于底板上部的一组平行板，所述平行板倾斜设置，倾斜角度对应步道外下斜立柱的倾斜角度；
所述结构柱为钢骨混凝土柱，其顶部预埋连接耳板组件的底板。
进一步的，所述步道腹杆为斜向杆，斜向杆连接于步道外封杆、步道中封杆和步道内封杆之间呈三角框；
在空中步道组架四角还设置有步道加强杆，斜向杆和加强杆在四角处呈米字框式设置。
进一步的，所述上弦杆设置有两个，两个上弦杆均为弧形杆且高低错落设置，两个上弦杆水平方向自中部向两端渐扩式设置，高度方向上自中部向两端升高呈仰拱设置；
下弦杆设置有两个，两个下弦杆均为弧形杆且高低错落设置，两个下弦杆水平方向自中部向两端渐扩式设置，高度方向上自中部向两端降低呈拱形设置；
上弦杆和下弦杆之间设置有侧外腹杆，两个上弦杆之间和两个下弦杆之间连接有面腹杆；侧外腹杆和面腹杆为斜杆和直线杆；
上弦杆和下弦杆之间内部还设置有内腹杆，内腹杆为斜线杆。
进一步的，所述端封杆与下弦杆端部还连接有外斜杆，外斜杆为折线形杆，其底部与下弦杆连接部为拱脚节点，拱脚节点处通过单向铰支座与下部结构柱连接。
进一步的，含大跨度拱桁架的看台综合钢结构的施工方法，具体步骤如下：
步骤一、地下混凝土结构施工完成后，现场场地布置向钢结构施工转换；在场芯混凝土底板及结构周边设置钢结构拼装场地，开始安装拼装胎架、提升架；
步骤二、先进行上部屋盖钢结构的拼装安装，通过提升架整体提升安装并通过支撑立柱和临时支撑进行承载；屋盖钢结构临时安装完成后进行看台四角筒柱安装，空中步道组架的安装；
步骤三、先进行空中步道组架四角的安装，整体由内向外安装，而后进行看台和拱桁架的安装；其中，步道外下斜立柱在卸载前临时固定，而后进行逐步卸载后拆除；
步骤四、拱桁架先进行拱脚的安装，拱脚通过单向铰支座连接；拱桁架两侧对称安装，在中间部位合拢，合拢后上部设置支座与屋盖连接。
本发明的有益效果体现在：
1）本申请通过空中步道组架的非对称式设计，一方面满足了体育场看台顶部的空中步道的支撑，另一方面为大跨度入口处桁架连接提供了连接基础；其中，步道外下斜立柱的设置，利于保证结构安装时的临时支撑；
2）本申请通过拱桁架的设置，在满足大跨度入口的功能化需求下，还能兼顾造型轻量化和多曲率变化；其中拱桁架与端封杆的顺接联用，更能保证造型的统一和受力的整体性；
3）本申请通过逆作施工方法，先施工看台上方的屋盖而后施工看台、空中步道和拱桁架，可有序的利用施工场地和便捷化施工，便于交叉化立体施工。
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；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
图1是含大跨度拱桁架的看台综合钢结构立体图；
图2是含大跨度拱桁架的看台综合钢结构俯视图；
图3是含大跨度拱桁架的看台综合钢结构正视图；
图4是看台组架及其连接结构立体示意图；
图5是空中步道组架和拱桁架连接结构立体示意图；
图6是空中步道组架和看台组架侧面示意图；
图7是空中步道组架局部示意图；
图8是步道外下斜立柱结构意图一；
图9是步道外下斜立柱结构意图二；
图10是拱桁架立体结构示意图。
附图标记：1-广场、2-看台组架、21-看台立柱、22-看台环连杆、23-看台径连杆、24-看台平连杆、3-空中步道组架、31-步道外封杆、32-步道外下斜立柱、321-步道外下斜立柱体、322-步道外下斜立柱连板、33-步道内封杆、34-步道腹杆、35-步道中封杆、36-步道加强杆、4-拱桁架、41-上弦杆、42-下弦杆、43-侧外腹杆、44-面腹杆、45-端封杆、46-内腹杆、47-外斜杆、5-支撑立柱、6-结构柱、7-耳板组件、8-轴承连杆。
具体实施方式
以某体育中心钢结构综合看台为例，体育场±0.000以下设两层地下室，双层地下室混凝土结构采用框架-剪力墙体系。±0.000以上主要由看台综合结构、屋盖钢结构、屋顶中央网壳三个部分组成。其中看台结构位于屋盖钢结构下方，地下室上方。看台综合结构包含有看台钢结构、空中步道钢结构和拱钢桁架。
如图1至图10所示，含大跨度拱桁架的看台综合钢结构，看台综合钢结构为非对称椭圆形钢架，外周为双曲率带缺口的方形空中步道组架3，其缺口处为场馆入口，其入口处设置有大跨度双曲率拱桁架4，空中步道组架3下方设置有椭圆形的看台组架2。
拱桁架4连接于空中步道组架3短边一侧，拱桁架4在高度方向上呈拱状设置，水平方形上为外扩的弧形，弧形弧度适应看台组架2所呈椭圆的弧度。
还设置有支撑立柱5，支撑立柱5沿着步道内封杆33间隔设置，在空中步道组架3的四角处加密设置；支撑立柱5顶部伸出步道内封杆33与上部屋盖连接；支撑立柱5底部与结构柱6连接；支撑立柱5内侧连接有看台组架2。
本实施例中，看台组架2包含一组看台立柱21、连接于看台立柱21的看台环连杆22、连接于看台立柱21和相邻看台环连杆22之间的看台径连杆23以及连接相邻看台环连杆22水平向的看台平连杆24；一组看台立柱21沿广场1呈椭圆设置，高度上呈台阶设置；看台立柱21的环形个数对应看台的层数；看台环连杆22或看台径连杆23还与对应的支撑立柱5连接。
本实施例中，看台立柱21顶部连接看台径连杆23，看台径连杆23适应看台的斜度设置且顶部与对应的步道内封杆33连接；看台立柱21竖向上间隔连接有看台平连杆24且看台平连杆24之间连接有看台环连杆22。
本实施例中，空中步道组架3包含步道外封杆31、连接于步道外封杆31下方的步道外下斜立柱32、设置于步道外封杆31内侧的步道内封杆33、连接于步道外封杆31和步道内封杆33之间的步道腹杆34以及通长设置于步道外封杆31和步道内封杆33之间的步道中封杆35；所述步道外下斜立柱32呈V形设置，且V形底部连接于结构柱6顶部；步道外封杆31、步道中封杆35和步道内封杆33均为环形杆，步道外封杆31和步道中封杆35均为短边缺口的四方形杆，其中长边投影为直线，短边投影为外扩弧形设置；所述步道中封杆35为短向缺口的椭圆形杆；步道外封杆31、步道中封杆35和步道内封杆33三者高度向广场1中心处依次降低。
本实施例中，步道外下斜立柱32顶部间隔连接于步道外封杆31环向上，步道外下斜立柱32自下而上呈外扩式设置；相邻的步道外下斜立柱32呈V字形，V字形的长度、开合角度以及倾斜度对应步道外封杆31与结构柱6设置。
本实施例中，步道外下斜立柱32包含呈倒八字形的步道外下斜立柱体321和连接于步道外下斜立柱32底部呈小V字形的步道外下斜立柱连板322；步道外下斜立柱连板322设置有连孔，所述连孔对应与结构柱6顶部的耳板组件7通过轴承连杆8连接；耳板组件7包含与结构柱6体连接的底板和设置于底板上部的一组平行板，所述平行板倾斜设置，倾斜角度对应步道外下斜立柱32的倾斜角度；结构柱6为钢骨混凝土柱，其顶部预埋连接耳板组件7的底板。
本实施例中，步道腹杆34为斜向杆，斜向杆连接于步道外封杆31、步道中封杆35和步道内封杆33之间呈三角框；在空中步道组架3四角还设置有步道加强杆36，斜向杆和加强杆在四角处呈米字框式设置。
本实施例中，拱桁架4包含上弦杆41、下弦杆42、连接于上弦杆41和下弦杆42之间的侧外腹杆43、连接于相邻上弦杆41之间或相邻下弦杆42之间的面腹杆44、连接于上弦杆41和下弦杆42长向端部的端封杆45、连接于上弦杆41和下弦杆42内部之间的内腹杆46以及连接于端封杆45与下弦杆42端部之间的外斜杆47；
本实施例中，拱桁架4跨度144米，共长207米，总重约2000吨。其拱脚节点为铸钢节点，与下部结构通过固定铰支座连接，设置格构式临时支撑作为分片吊装的支撑点。
本实施例中，上弦杆41设置有两个，两个上弦杆41均为弧形杆且高低错落设置，两个上弦杆41水平方向自中部向两端渐扩式设置，高度方向上自中部向两端升高呈仰拱设置；下弦杆42设置有两个，两个下弦杆42均为弧形杆且高低错落设置，两个下弦杆42水平方向自中部向两端渐扩式设置，高度方向上自中部向两端降低呈拱形设置；上弦杆41和下弦杆42之间设置有侧外腹杆43，两个上弦杆41之间和两个下弦杆42之间连接有面腹杆44；侧外腹杆43和面腹杆44为斜杆和直线杆；上弦杆41和下弦杆42之间内部还设置有内腹杆46，内腹杆46为斜线杆。
本实施例中，端封杆45与步道外封杆31顺接连接，所述上弦杆41和下弦杆42的弧度与步道外封杆31的短边弧度对应设置。端封杆45与下弦杆42端部还连接有外斜杆47，外斜杆47为折线形杆，其底部与下弦杆42连接部为拱脚节点，拱脚节点处通过单向铰支座与下部结构柱6连接。
结合图1至图10所示，进一步说明含大跨度拱桁架的看台综合钢结构的施工方法，具体步骤如下：
步骤一、地下混凝土结构施工完成后，现场场地布置向钢结构施工转换；在场芯混凝土底板及结构周边设置钢结构拼装场地，开始安装拼装胎架、提升架；同时在结构外插入各分区钢屋盖小合拢单元拼装；拼装完成后采用260吨履带吊分区完成屋盖钢结构拼装。
步骤二、先进行上部屋盖钢结构的拼装安装，通过提升架整体提升安装并通过支撑立柱5和临时支撑进行承载；屋盖钢结构临时安装完成后进行看台四角筒柱安装，空中步道组架3的安装。
步骤三、先进行空中步道组架3四角的安装，整体由内向外安装，而后进行看台和拱桁架4的安装；其中，步道外下斜立柱32在卸载前临时固定，而后进行逐步卸载后拆除。
步骤四、拱桁架4先进行拱脚的安装，拱脚通过单向铰支座连接；拱桁架4两侧对称安装，在中间部位合拢，合拢后上部设置支座与屋盖连接。施工时，采用260吨履带吊两侧向中间进行对称安装。拱桁架4中间跨度预先起拱120mm。
最后，桁架拱安装完成后，拆除桁架拱及看台步道外下斜立柱32临时支撑，并对拱脚支座临时固定在施工桁架拱上方楼层板、桁架拱上方V型柱整体施工完成后，通过液压油缸对屋盖钢结构按10% 30% 50%...卸载。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构，其特征在于，看台综合钢结构为非对称椭圆形钢架，外周为双曲率带缺口的方形空中步道组架（3），其缺口处为场馆入口，其入口处设置有大跨度双曲率拱桁架（4），空中步道组架（3）下方设置有椭圆形的看台组架（2）；
所述拱桁架（4）连接于空中步道组架（3）短边一侧，拱桁架（4）在高度方向上呈拱状设置，水平方形上为外扩的弧形，弧形弧度适应看台组架（2）所呈椭圆的弧度；
所述空中步道组架（3）包含步道外封杆（31）、连接于步道外封杆（31）下方的步道外下斜立柱（32）、设置于步道外封杆（31）内侧的步道内封杆（33）、连接于步道外封杆（31）和步道内封杆（33）之间的步道腹杆（34）以及通长设置于步道外封杆（31）和步道内封杆（33）之间的步道中封杆（35）；所述步道外下斜立柱（32）呈V形设置，且V形底部连接于结构柱（6）顶部；
所述步道外封杆（31）、步道中封杆（35）和步道内封杆（33）均为环形杆，步道外封杆（31）和步道中封杆（35）均为短边缺口的四方形杆，其中长边投影为直线，短边投影为外扩弧形设置；所述步道中封杆（35）为短向缺口的椭圆形杆；步道外封杆（31）、步道中封杆（35）和步道内封杆（33）三者高度向广场（1）中心处依次降低；
所述拱桁架（4）包含上弦杆（41）、下弦杆（42）、连接于上弦杆（41）和下弦杆（42）之间的侧外腹杆（43）、连接于相邻上弦杆（41）之间或相邻下弦杆（42）之间的面腹杆（44）、连接于上弦杆（41）和下弦杆（42）长向端部的端封杆（45）、连接于上弦杆（41）和下弦杆（42）内部之间的内腹杆（46）以及连接于端封杆（45）与下弦杆（42）端部之间的外斜杆（47）；
所述端封杆（45）与步道外封杆（31）顺接连接，所述上弦杆（41）和下弦杆（42）的弧度与步道外封杆（31）的短边弧度对应设置。
2.如权利要求1所述的一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构，其特征在于，还设置有支撑立柱（5），支撑立柱（5）沿着步道内封杆（33）间隔设置，在空中步道组架（3）的四角处加密设置；支撑立柱（5）顶部伸出步道内封杆（33）与上部屋盖连接；支撑立柱（5）底部与结构柱（6）连接；支撑立柱（5）内侧连接有看台组架（2）。
3.如权利要求1所述的一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构，其特征在于，所述看台组架（2）包含一组看台立柱（21）、连接于看台立柱（21）的看台环连杆（22）、连接于看台立柱（21）和相邻看台环连杆（22）之间的看台径连杆（23）以及连接相邻看台环连杆（22）水平向的看台平连杆（24）；
一组看台立柱（21）沿广场（1）呈椭圆设置，高度上呈台阶设置；看台立柱（21）的环形个数对应看台的层数；看台环连杆（22）或看台径连杆（23）还与对应的支撑立柱（5）连接。
4.如权利要求1所述的一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构，其特征在于，看台立柱（21）顶部连接看台径连杆（23），看台径连杆（23）适应看台的斜度设置且顶部与对应的步道内封杆（33）连接；看台立柱（21）竖向上间隔连接有看台平连杆（24）且看台平连杆（24）之间连接有看台环连杆（22）。
5.如权利要求1所述的一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构，其特征在于，所述步道外下斜立柱（32）顶部间隔连接于步道外封杆（31）环向上，步道外下斜立柱（32）自下而上呈外扩式设置；相邻的步道外下斜立柱（32）呈V字形，V字形的长度、开合角度以及倾斜度对应步道外封杆（31）与结构柱（6）设置。
6.如权利要求1所述的一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构，其特征在于，所述步道外下斜立柱（32）包含呈倒八字形的步道外下斜立柱体（321）和连接于步道外下斜立柱（32）底部呈小V字形的步道外下斜立柱连板（322）；
所述步道外下斜立柱连板（322）设置有连孔，所述连孔对应与结构柱（6）顶部的耳板组件（7）通过轴承连杆（8）连接；
所述耳板组件（7）包含与结构柱（6）体连接的底板和设置于底板上部的一组平行板，所述平行板倾斜设置，倾斜角度对应步道外下斜立柱（32）的倾斜角度；
所述结构柱（6）为钢骨混凝土柱，其顶部预埋连接耳板组件（7）的底板。
7.如权利要求1所述的一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构，其特征在于，所述步道腹杆（34）为斜向杆，斜向杆连接于步道外封杆（31）、步道中封杆（35）和步道内封杆（33）之间呈三角框；
在空中步道组架（3）四角还设置有步道加强杆（36），斜向杆和加强杆在四角处呈米字框式设置。
8.如权利要求1所述的一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构，其特征在于，所述上弦杆（41）设置有两个，两个上弦杆（41）均为弧形杆且高低错落设置，两个上弦杆（41）水平方向自中部向两端渐扩式设置，高度方向上自中部向两端升高呈仰拱设置；
下弦杆（42）设置有两个，两个下弦杆（42）均为弧形杆且高低错落设置，两个下弦杆（42）水平方向自中部向两端渐扩式设置，高度方向上自中部向两端降低呈拱形设置；
上弦杆（41）和下弦杆（42）之间设置有侧外腹杆（43），两个上弦杆（41）之间和两个下弦杆（42）之间连接有面腹杆（44）；侧外腹杆（43）和面腹杆（44）为斜杆和直线杆；
上弦杆（41）和下弦杆（42）之间内部还设置有内腹杆（46），内腹杆（46）为斜线杆。
9.如权利要求1所述的一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构，其特征在于，所述端封杆（45）与下弦杆（42）端部还连接有外斜杆（47），外斜杆（47）为折线形杆，其底部与下弦杆（42）连接部为拱脚节点，拱脚节点处通过单向铰支座与下部结构柱（6）连接。
10.一种权利要求1至9任意一项所述的一种含大跨度拱桁架的看台综合钢结构的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、地下混凝土结构施工完成后，现场场地布置向钢结构施工转换；在场芯混凝土底板及结构周边设置钢结构拼装场地，开始安装拼装胎架、提升架；
步骤二、先进行上部屋盖钢结构的拼装安装，通过提升架整体提升安装并通过支撑立柱（5）和临时支撑进行承载；屋盖钢结构临时安装完成后进行看台四角筒柱安装，空中步道组架（3）的安装；
步骤三、先进行空中步道组架（3）四角的安装，整体由内向外安装，而后进行看台和拱桁架（4）的安装；其中，步道外下斜立柱（32）在卸载前临时固定，而后进行逐步卸载后拆除；
步骤四、拱桁架（4）先进行拱脚的安装，拱脚通过单向铰支座连接；拱桁架（4）两侧对称安装，在中间部位合拢，合拢后上部设置支座与屋盖连接。
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