CN116695868A - 一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空间异型钢结构施工技术领域，其公开了一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物及施工方法。该建筑物的外包钢结构由四个呈螺旋交错布置的桁架单体组成，每个桁架单体均由立面桁架和屋面桁架组成，立面桁架由桁架柱、腰桁架、窗桁架、肩桁架组成，相邻两个桁架单体的窗桁架收尾交汇处通过肩桁架交错连接，每个窗桁架通过腰桁架连接桁架柱安装在土建结构平台上；屋面桁架的外侧与窗桁架相连接，其内侧连接在主体结构的混凝土梁柱牛腿上。本发明应用BIM技术建立模型对施工方法、支撑结构、拼装胎架、吊装设备进行仿真模拟验算，为施工方法的可行性提供了数据支撑验证，也为同类异型空间结构的建筑物设计及施工提供新的思路和方法。

Description

一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物及施工方法

技术领域

本发明涉及空间异型钢结构施工技术领域，具体涉及一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物及施工方法。

背景技术

空间管桁架结构是以钢管组成的结构，是主要建筑结构类型之一。结构主要由圆钢管直杆件或弧形杆件在节点处相互连接形成的格构柱、钢桁架等构件组成，各构件通过相贯节点、隔板节点、套管节点、球节点等多种节点形式进行焊接或栓接，并采用涂层发、热喷铝（锌）、阴极保护法等防腐防火工艺。管桁架结构具有良好承载能力、自重轻、制作安装简便，并可完美实现建筑设计造型等特点，已在公共建筑、商业建筑和景观建筑等领域广泛应用。

随着我国钢结构建筑的高质量发展，建筑设计造型趋于多样性、独特性。为提高了建造质量和施工速度，降低施工成本，设计施工总承包项目已成为项目实施主要模式。尤其对于空间异型的建筑物，比如在我公司承建的某场馆项目施工中，该场馆建筑物整体造型为倒圆台形，结构形式为倾斜弧形幕墙，整个建筑物的结构分为四个区，四个区的立面造型设计为错位螺旋形，且每个区域采用双向倾斜弧形管桁架的结构形式布置，由此构成一个整体闭合空间体系。但这种空间异型的建筑物不仅需要在项目设计阶段充分考虑施工场地、施工工艺、施工段划分及吊装提升措施等，而且还需在施工过程中对结构受力状况进行分析，以此来确保钢结构分段拼装、吊装、卸载就位过程中结构安全性。

基于此，在现有空间管桁架结构设计施工中，对于空间异型且受力体系较为独特，采用新技术、新工艺施工的复杂管桁架建筑物，施工段划分、施工顺序、临时支撑的选取，结构吊装、卸载就位、合拢过程中结构受力分析等关键性技术对结构安全提出了更高要求；同时，也为同类空间异型结构的建筑物的设计和施工方法提供科学、合理且可借鉴的宝贵经验。

发明内容

针对上述背景技术中立面造型设计为错位螺旋形，且每个区域窗桁架采用双向倾斜弧形管桁架的异型空间的结构建筑物，存在钢结构形式复杂、受力体系独特、施工工艺复杂且难度大等诸多施工技术难点。同时，国内外对于同类异型建筑物的设计以及施工方法缺少科学、合理且可借鉴的宝贵经验。我公司结合项目设计和施工技术方案，提出了一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物及施工方法。

为达到上述项目设计方案和施工要求，保证同类异型空间建筑物在规定工期内安全、高质量完成。因此，本发明采用了以下技术方案：一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物，包括由四个结构相同的桁架单体组成，四个桁架单体呈螺旋分布，由此形成造型为倒圆台形的外包钢结构，每个桁架单体均由立面桁架和屋面桁架组成，所述立面桁架由桁架柱、腰桁架、窗桁架、肩桁架组成，相邻两个桁架单体首、尾交汇处的窗桁架呈交错布置，且两者之间通过肩桁架相连接，使四个桁架单体沿砼主体结构四周形成首尾交错相连，在立面上构成一个整体闭合体系，每个窗桁架分别通过多个水平布置的腰桁架连接桁架柱安装在土建结构平台上；所述屋面桁架的外侧连接在窗桁架的顶端上，所述屋面桁架的内侧连接在多个主体结构的混凝土梁柱牛腿上。

作为上述技术方案的进一步补充说明，所述窗桁架分别为两侧1/4结构的上窗桁架、下窗桁架以及1/2结构的中窗桁架三部分，相邻两个桁架单体中的下窗桁架与上窗桁架之间呈交错布置，多个所述腰桁架均匀分布在下窗桁架和中窗桁架的下端内侧上，每个屋面桁架位于同一桁架单体中的中窗桁架和上窗桁架的上方。

作为上述技术方案的进一步补充说明，位于同一个桁架单体中的多个桁架柱高度依次递增，使窗桁架沿下窗桁架朝中窗桁架方向呈上倾布置。

作为上述技术方案的进一步补充说明，四个窗桁架均呈向外侧双向倾斜布置，每个窗桁架与水平面的夹角为52度、与垂直面的夹角为24度，相邻两个窗桁架的转角为3.5度。

作为上述技术方案的进一步解释及限定，所述腰桁架由多段腰桁架拼装单元组成，所述肩桁架由多段肩桁架拼装单元组成，所述屋面桁架由多段屋面桁架拼装单元组成，所述窗桁架由上窗桁架、下窗桁架，中窗桁架三部分拼装组成，且其三部分均由窗桁架拼装单元组成。

一种实现上述技术方案中一种立面错位螺旋式建筑物的施工方法，其包括有以下步骤：

S1，BIM技术仿真模拟验算：应用BIM技术建立模型，对施工方法、支撑结构、拼装胎架、吊装设备进行仿真模拟验算，检查节点、构件是否碰撞，并合理布设吊车位置，对施工方法的可行性进行验证；

S2，合理分化施工区域：土建结构施工完成，根据施工方案和技术安全交底，按照四个桁架单体划分为四个施工区域；

S3，地面构件单元拼装：在每个施工区域的土建结构周围场地上根据各桁架以及桁架柱分别设置对应的拼装胎架，在各拼装胎架上分别制作腰桁架拼装单元、肩桁架拼装单元、屋面桁架拼装单元、窗桁架拼装单元以及桁架柱拼装单元，并对所有构件进场验收；

S4，桁架施工前检查：检查柱顶混凝土梁柱强度，对土建单位提供的桁架结构支座定位轴线的位置，支撑面的顶板的位置、标高、水平度进行复测，与土建单位提供的测量记录进行对比，测量结果符合设计及规范要求后，进行钢桁架安装；

S5，桁架柱安装：以屋面桁架分区为准，采用吊车跨外进行吊装中间第一段桁架柱拼装单元，即屋面桁架所在1/4分区最右侧桁架柱，继续向左侧吊装第二段桁架柱拼装单元，即屋面桁架所在1/4分区次右侧桁架柱；

S6，腰桁架安装：在两个桁架柱之间安装在第一段腰桁架拼装单元，后续安装顺序以此类推，采用同样的方法吊装屋面桁架下方左侧剩余桁架柱和腰桁架拼装单元；同时，吊装屋面桁架下方右侧第一段桁架柱拼装单元，右侧第二榀桁架柱及腰桁架拼装单元安装，采用同样的方法依次吊装右侧剩余桁架柱和腰桁架；

S7，屋面桁架支撑塔架搭设：根据屋面桁架设计标高依次安装支撑塔架，且支撑塔架安装在桁架柱顶端上；

S8，肩桁架支撑平台搭设：根据屋面桁架下弦对应节点坐标及设计标高，在肩桁架外侧设置钢柱支撑，在钢柱支撑的上部搭设水平支撑架钢梁与支撑塔架连接，并在水平支撑架钢梁的内侧铺设脚手板作为安装操作平台；

S9，肩桁架安装：在肩桁架支撑平台完成后，利用履带吊跨外分段吊装第一段肩桁架拼装单元、第二段肩桁架拼装单元到支撑架钢梁上进行高空对接及焊接拼装；

S10，屋面桁架分段吊装：按照屋面桁架由中央向两端分区的安装顺序，利用履带吊跨外分段吊装屋面桁架拼装单元完成高空拼装；

S11，窗桁架分块吊装：从肩桁架右侧起始，利用履带吊跨外将窗桁架拼装单元分段吊装到肩桁架下侧进行高空对接，完成本施工区域肩桁架与相邻施工区域下窗桁架、腰桁架的结构焊接，按照同样施工方法，完成本施工区域下窗桁架、腰桁架与相邻施工区域肩桁架的结构焊接；按照吊装顺序，利用履带吊跨外将窗桁架拼装单元分段吊装到肩桁架上侧进行高空对接，完成本施工区域上窗桁架与本施工区域肩桁架、对应区域屋面桁架单元的结构焊接；从肩桁架左侧起始，利用履带吊跨外将窗桁架拼装单元分段吊装到要桁架与屋面桁架之间，完成本施工区域中窗桁架与剩余区域屋面桁架单元的结构焊接；

S12，临时支撑拆除：从本施工区域上窗桁架起始，按顺序拆除结构外侧的脚手板、支撑架钢梁以及钢柱支撑，当本施工区域立面桁架整体卸载完成后，按照由屋面桁架中间向两端的顺序分阶段依次拆除屋面支撑架，完成屋面卸载；

S13，钢结构整体安装：重复步骤S5至步骤12，按照逆时针或顺时针依次进行其他施工区域的结构安装，或者两个施工区域按照对称方式同时进行施工，完成外包钢结构的整体安装；

S14，检查验收：根据设计和规范要求测量安装偏差及整体挠度值，进行分项、分部验收。

作为上述技术方案的进一步补充说明，在步骤S7中，在支撑架安装完成后，在各钢柱中间设置柱间支撑，并在两端设缆风绳，用来保证支撑架钢柱的稳定性。

作为上述技术方案的进一步补充说明，在步骤S10中，在支撑塔架和混凝土柱梁上设置临时支撑支座，在每个施工段的屋面桁架拼装单元吊装就位后采用临时支撑支座临时固定，便于后续各施工段安装时跟踪测量，在开始安装时，各个施工段屋面桁架拼装单元之间通过嵌补杆件相连接，保证两个施工段间的拼装坐标准确。

作为上述技术方案的进一步补充说明，在步骤S14中，在立面桁架和屋面桁架安装完成后分别测量其挠值，所测挠度值不应超过相应设计值的1.15倍。

与现有采用管桁架结构的常规空间结构建筑物以及施工方法相比较，本发明具有以下有益效果：

1、本发明根据现场场地实际情况、施工方案，综合该异型结构建筑物的桁架的结构形式以及支撑体系，将该异型空间建筑物划按照施工顺序分为4个施工区域，每个施工区域以屋面桁架为中心，通过混凝土梁柱和立面桁架的桁架柱实现整体结构的支撑；与此同时，相邻两个窗桁架的首、尾端交错布置部分（即上窗桁架和下窗桁架）通过肩桁架相连接，使四个桁架单体沿砼主体结构四周在立面上构成一个整体闭合体系。整个外包钢结构应用BIM技术建立模型对施工方法、支撑结构、拼装胎架、吊装设备进行仿真模拟验算，为后期的施工方法的可行性提供了数据支撑验证，同时也为同类异型空间结构的建筑物设计及施工提供新的思路和方法。

2、本发明在每个施工区域施工顺序为桁架柱→腰桁架→肩桁架→屋面桁架→窗桁架→剩余支撑结构。在桁架柱和腰桁架施工完成后，同时在桁架柱上架设塔架支撑做为屋面桁架安装时支撑结构，架设塔架标高随屋面桁架标高设定。同时整个结构中1/4桁架按照施工顺序和施工方法划分为若干施工段，按照四个施工区域四依次进行结构安装，为满足施工进度要求，可两个施工分区按照对称方式同时进行施工。

3、本发明施工现场安装根据结构类型、现场勘察和以往类似工程的施工经验，采用分段制作、履带吊分段吊装、高空对接的施工工艺。以屋面桁架中部为起始安装单元，向两侧同步进行制作和安装，在每个屋面分段下方设置塔架支撑，在肩桁架外侧设置钢管支撑并搭设安装平台。另外，构件制作、安装按施工段进行作业，依次类推形成流水作业，确保工期和施工质量。

4、本发明分段拼装场地按照施工区域位置就近布置，并根据各单元的结构形式分别设置对应的拼装胎架，在拼装胎架上采用杆件形式工地现场进行拼装桁架柱、腰桁架、窗桁架、肩桁架及屋面桁架作为拼装单元，减少构件的二次倒运，同时解决了因结构形式和现场场地条件限制，桁架无法在现场进行整体拼装和吊装的难题。

附图说明

图1为本发明实施例中异型结构外包钢结构的立体示意图；

图2为本发明实施例中桁架单体的结构示意图；

图3为本发明实施例中窗桁架的结构示意图；

图4为本发明实施例中相邻两个窗桁架之间交错连接的剖面示意图；

图5为本发明实施例中肩桁架的结构示意图；

图6为本发明实施例中屋面桁架的支撑结构示意图；

图7为本发明实施例中多段屋面桁架拼装单元的结构示意图；

图8为本发明实施例中肩桁架的支撑结构布置图；

图9为本发明实施例中肩桁架的支撑结构示意图；

图10为本发明实施例的施工方法流程图；

图11为本发明实施例中单个施工区域吊车站位的布置图；

图12为本发明实施例中屋面桁架1/4分区左侧桁架柱的安装示意图；

图13为本发明实施例中屋面桁架1/4分区左侧腰桁架的安装示意图；

图14为本发明实施例中屋面桁架1/4分区左侧桁架柱、腰桁架的安装示意图；

图15为本发明实施例中屋面桁架支撑塔架搭设示意图；

图16为本发明实施例中肩桁架支撑平台搭设示意图；

图17为本发明实施例中屋面桁架的安装示意图；

图18为本发明实施例中上窗桁架的安装示意图；

图19为本发明实施例中下窗桁架的安装示意图；

图20为本发明实施例中结构卸载示意图。

图中：立面桁架为1、屋面桁架为2、桁架柱为3、腰桁架为4、窗桁架为5、肩桁架为6、混凝土梁柱为7、支撑塔架为8、嵌补杆件为9、钢柱支撑为10、支撑架钢梁为11、脚手板为12、柱间支撑为13、缆风绳为14。

其中，窗桁架包括：上窗桁架为501、中窗桁架为502、下窗桁架为503。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的技术方案，下面结合附图1至20，根据项目实施情况对本发明进行进一步说明。

在某项目场地周边有最具代表性的自然资源，漳泽湖湿地公园，还有已建成的体育中心、新闻大楼、会展中心与政务大厅。三馆的建筑形态为一方一圆的建筑形态。博物馆与会展中心均采用方形分布，景观轴两侧方等大气互相呼应，向南面向湖面，形成整体城市界面，呼应现状中方形场馆。图书馆/档案馆采用圆形，可以同时满足太行西街、长北、干线、十字路口三个方向的射线需求，与现状体育馆、体育场、广电中心、会议中心的圆形元素协调一致。

本项目实施以整体造型为倒圆台形的图书馆/档案馆建筑物为例，该图书馆结构形式为倾斜弧形幕墙。

如附图1至9所示，整个建筑物的外包钢结构由四个结构相同的桁架单体组成，同时按桁架单体分为四个区，四个区的立面造型设计为错位螺旋形，且每个区域窗桁架采用双向倾斜弧形管桁架的结构形式布置，位于同一个桁架单体中的多个桁架柱高度依次递增，使窗桁架沿下窗桁架朝中窗桁架方向呈上倾布置，每个窗桁架与水平面的夹角为52度、与垂直面的夹角为24度，相邻两个窗桁架的转角为3.5度，每个桁架单体均由立面桁架和屋面桁架组成，所述立面桁架由桁架柱、腰桁架、窗桁架、肩桁架组成，相邻两个桁架单体首、尾交汇处的窗桁架呈交错布置，且两者之间通过肩桁架相连接，使四个桁架单体沿砼主体结构四周形成首尾交错相连，在立面上构成一个整体闭合体系，每个窗桁架分别通过多个水平布置的腰桁架连接桁架柱安装在土建结构平台上；所述屋面桁架的外侧连接在窗桁架的顶端上，所述屋面桁架的内侧连接在多个主体结构的混凝土梁柱牛腿上。

作为上述实施例中窗桁架的进一步补充说明，所述窗桁架分别为两侧1/4结构的上窗桁架、下窗桁架以及1/2结构的中窗桁架三部分，相邻两个桁架单体中的下窗桁架与上窗桁架之间呈交错布置，多个所述腰桁架均匀分布在下窗桁架和中窗桁架的下端内侧上，每个屋面桁架位于同一桁架单体中的中窗桁架和上窗桁架的上方。

作为上述实施例进一步解释及限定，所述腰桁架由多段腰桁架拼装单元组成，所述肩桁架由多段肩桁架拼装单元组成，所述屋面桁架由多段屋面桁架拼装单元组成，所述窗桁架由上窗桁架、下窗桁架，中窗桁架三部分拼装组成，且其三部分均由窗桁架拼装单元组成。

以上项目中图书馆/档案馆的外包桁架整体造型为倒圆台形，该外包钢结构分为四个区，位于砼架结构四周，下方由桁架柱支撑于结构6.0m平台上，上方由32个铰支座固定于四个方向的框架柱（南侧为劲性梁）上。外包桁架结构形式为管桁架，由四个桁架单体组成。每个桁架单体均由桁架柱、腰桁架、窗桁架、肩桁架、屋面桁架及边缘桁架支撑结构组成，各桁架单体沿砼主体结构四周配合窗桁架和肩桁架首尾相接，在立面构成一个整体闭合体系。其中每1/4立面结构下方设置11榀4肢圆管格构柱，位于主体6.0m结构混凝土梁上，结构上方则由8个铰支座固定于砼结构柱（南侧为劲性梁）上。本项目工程量为2500t。

因此，本图书馆/档案馆工程结构复杂，受力体系较为独特，安装方法采用塔架支撑体系（屋面）、桁架支撑体系（肩桁架）配合立面分段吊装（窗桁架），施工工艺复杂，属于采用新技术、新工艺施工的超危工程。

基于此，整个施工总体安排如下：根据结构类型、现场踏勘和以往类似工程的施工经验，我们拟采用分段制作、履带吊分段吊装、高空对接的施工工艺。（1）以屋面桁架中部为起始安装单元，向两侧同步进行制作和安装，在每个屋面分段下方设置塔架支撑，在肩桁架外侧设置钢管支撑并搭设安装平台。（2）构件制作、安装按施工段进行作业，依次类推形成流水作业，确保工期和施工质量。

具体施工区域划分：由于本结构由4个相同形式的桁架单体组成，但综合考虑现场场地实际情况、施工方案，根据外包桁架结构形式、支撑位置、结构尺寸等，将工程划按照施工顺序分为4个施工区域，每个施工区域以屋面桁架为中心，和结构自然分段搭接。

整体施工顺序：以施工区域一→施工区域二→施工区域三→施工区域四依次进行结构安装，为满足施工进度要求，也可以两个施工分区按照对称方式同时进行施工。

单个施工区域顺序：桁架柱→腰桁架→肩桁架→屋面桁架→窗桁架→剩余支撑结构。在桁架柱和腰桁架施工完成后，在桁架柱上架设塔架支撑做为屋面桁架安装时支撑结构，架设塔架标高随屋面桁架标高设定。

各钢构件参数：（1）每个外包钢结构1/4分区共有11个桁架柱，桁架柱高度最低3474mm，最高7752mm。（2）每个腰桁架共10个腰桁架拼装单元，安装在11个桁架柱之间。（3）肩桁架是连接相邻两个1/4结构窗桁架的主要构件，连接左侧结构的上窗桁架和右侧结构的下窗桁架，肩桁架总尺寸42m，总重量45t，安装高度20.8m，分两段进行吊装。（4）整体窗桁架，即从腰桁架直接连接至屋面桁架的窗桁架，按照立面布局分为三个部分：即两个1/4结构连接处的肩桁架上方的上窗桁架和下方的下窗桁架，连接上窗桁架和下窗桁架1/2结构的中窗桁架。（5）屋面桁架按照平面布局和支撑条件分为9个施工段，最大安装高度25.3m。

如附图11所示，结构内侧为土建结构，钢结构吊装均采用吊车跨外进行吊装，结合本工程场地条件、构件重量和现场施工方法等多种因素，拟采用4台25吨汽车吊进行现场桁架的地面分段拼装和辅助支架吊装。

钢结构吊装采用吊车跨外进行吊装，本工程吊装作业最不利条件为屋面桁架吊装，最大重量约14.8t，安全系数1.3。经过实际放样，吊装最大半径30米，臂长61米，计划采用1台200吨履带吊进行吊装，在此工况下最大吊重为21.1吨，满足施工需求。

如附图10所示，基于上述施工总体安排，结合图书馆/档案馆的项目施工方案,我们具体说明同类异型结构建筑的施工方案。一种立面错位螺旋式建筑物的施工方法，其包括有以下步骤：

S1，BIM技术仿真模拟验算：应用BIM技术建立模型，对施工方法、支撑结构、拼装胎架、吊装设备进行仿真模拟验算，检查节点、构件是否碰撞，并合理布设吊车位置，对施工方法的可行性进行验证；

S2，合理分化施工区域：土建结构施工完成，根据施工方案和技术安全交底，按照四个桁架单体划分为四个施工区域；

S3，地面构件单元拼装：在每个施工区域的土建结构周围场地上根据各桁架以及桁架柱分别设置对应的拼装胎架，在各拼装胎架上分别制作腰桁架拼装单元、肩桁架拼装单元、屋面桁架拼装单元、窗桁架拼装单元以及桁架柱拼装单元，并对所有构件进场验收；

S4，桁架施工前检查：检查柱顶混凝土梁柱强度，对土建单位提供的桁架结构支座定位轴线的位置，支撑面的顶板的位置、标高、水平度进行复测，与土建单位提供的测量记录进行对比，测量结果符合设计及规范要求后，进行钢桁架安装；

S5，桁架柱安装：以屋面桁架分区为准，采用吊车跨外进行吊装中间第一段桁架柱拼装单元，即屋面桁架所在1/4分区最右侧桁架柱，继续向左侧吊装第二段桁架柱拼装单元，即屋面桁架所在1/4分区次右侧桁架柱；

S6，腰桁架安装：在两个桁架柱之间安装在第一段腰桁架拼装单元，后续安装顺序以此类推，采用同样的方法吊装屋面桁架下方左侧剩余桁架柱和腰桁架拼装单元；同时，吊装屋面桁架下方右侧第一段桁架柱拼装单元，右侧第二榀桁架柱及腰桁架拼装单元安装，采用同样的方法依次吊装右侧剩余桁架柱和腰桁架；

S7，屋面桁架支撑塔架搭设：根据屋面桁架设计标高依次安装支撑塔架，且支撑塔架安装在桁架柱顶端上；

S8，肩桁架支撑平台搭设：根据屋面桁架下弦对应节点坐标及设计标高，在肩桁架外侧设置钢柱支撑，在钢柱支撑的上部搭设水平支撑架钢梁与支撑塔架连接，并在水平支撑架钢梁的内侧铺设脚手板作为安装操作平台；

S9，肩桁架安装：在肩桁架支撑平台完成后，利用履带吊跨外分段吊装第一段肩桁架拼装单元、第二段肩桁架拼装单元到支撑架钢梁上进行高空对接及焊接拼装；

S10，屋面桁架分段吊装：按照屋面桁架由中央向两端分区的安装顺序，利用履带吊跨外分段吊装屋面桁架拼装单元完成高空拼装；

S11，窗桁架分块吊装：从肩桁架右侧起始，利用履带吊跨外将窗桁架拼装单元分段吊装到肩桁架下侧进行高空对接，完成本施工区域肩桁架与相邻施工区域下窗桁架、腰桁架的结构焊接，按照同样施工方法，完成本施工区域下窗桁架、腰桁架与相邻施工区域肩桁架的结构焊接；按照吊装顺序，利用履带吊跨外将窗桁架拼装单元分段吊装到肩桁架上侧进行高空对接，完成本施工区域上窗桁架与本施工区域肩桁架、对应区域屋面桁架单元的结构焊接；从肩桁架左侧起始，利用履带吊跨外将窗桁架拼装单元分段吊装到要桁架与屋面桁架之间，完成本施工区域中窗桁架与剩余区域屋面桁架单元的结构焊接；

S12，临时支撑拆除：从本施工区域上窗桁架起始，按顺序拆除结构外侧的脚手板、支撑架钢梁以及钢柱支撑，当本施工区域立面桁架整体卸载完成后，按照由屋面桁架中间向两端的顺序分阶段依次拆除屋面支撑架，完成屋面卸载；

S13，钢结构整体安装：重复步骤S5至步骤12，按照逆时针或顺时针依次进行其他施工区域的结构安装，或者两个施工区域按照对称方式同时进行施工，完成外包钢结构的整体安装；

S14，检查验收：根据设计和规范要求测量安装偏差及整体挠度值，进行分项、分部验收。其中立面桁架和屋面桁架的测挠度值均不应超过相应设计值的1.15倍。

作为上述技术方案的进一步补充说明，在步骤S7中，在支撑架安装完成后，在各钢柱中间设置柱间支撑，并在两端设缆风绳，用来保证支撑架钢柱的稳定性。

作为上述技术方案的进一步补充说明，在步骤S10中，在支撑塔架和混凝土柱梁上设置临时支撑支座，在每个施工段的屋面桁架拼装单元吊装就位后采用临时支撑支座临时固定，便于后续各施工段安装时跟踪测量，在开始安装时，各个施工段屋面桁架拼装单元之间通过嵌补杆件相连接，保证两个施工段间的拼装坐标准确。

如图12至20所示，以下结合项目实施过程中，在上述实施例基础上，对施工方法做详细说明，便于本领域技术人员能够重复实现、实施。

以屋面桁架分区为准，安装中间第一榀桁架柱（即屋面桁架所在1/4分区最右侧桁架柱），向左侧安装第二榀桁架柱（即屋面桁架所在1/4分区次右侧桁架柱，后续安装顺序以此类推）。

安装第一榀腰桁架，依次安装第二榀腰桁架，采用同样的方法吊装屋面桁架下方左侧桁架柱和腰桁架。

（3）吊装屋面桁架下方右侧侧第一榀桁架柱；右侧第二榀桁架柱及腰桁架安装，利用同样的方法依次吊装右侧桁架柱和腰桁架。

（4）根据屋面桁架设计标高依次安装支撑塔架，支撑塔架安装在结构桁架柱顶端。

（5）根据屋面桁架下弦对应节点坐标及设计标高，依次安装肩桁架支撑架及操作平台支撑塔架。然后采用200t履带吊分段吊装肩桁架。

（6）采用200t履带吊吊装第一段屋面桁架，按照屋面各分区，采用同样的方法利用200t履带吊依次分区吊装屋面桁架。

（7）安装肩桁架右侧第一榀窗桁架，安装时在桁架下方使用倒链配合进行横向移位和节点定位，安装完成后进行结构焊接，并报保证节点强度。

（8）拆除右侧一榀肩桁架支撑，继续利用履带吊安装肩桁架右侧第2~3榀窗桁架，同时安装相应的上部窗桁架；按照同样的方法依次分段安装肩桁架上下梁侧窗桁架，并按顺序拆除肩桁架支撑架。向左依次安装左半部分窗桁架。等到结构全部安装完成后，按照由两端向中间的顺序分阶段进行结构卸载，并在整体卸载完成后依次拆除屋面支撑架，完成屋面卸载。

（9）采用相同工艺按照施工顺序安装其他三个施工分区，结构安装完成。每个分区所有墙桁架全部安装完成并进行结构焊接，最后进行屋面桁架支撑架卸载。

以上显示和描述了本发明的主要特征和优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明的具体实施方式并不仅限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明的创造思想和设计思路，应当等同属于本发明技术方案中所公开的保护范围。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物，其特征在于：包括由四个结构相同的桁架单体组成，四个桁架单体呈螺旋分布，由此形成造型为倒圆台形的外包钢结构，每个桁架单体均由立面桁架和屋面桁架组成，所述立面桁架由桁架柱、腰桁架、窗桁架、肩桁架组成，相邻两个桁架单体首、尾交汇处的窗桁架呈交错布置，且两者之间通过肩桁架相连接，使四个桁架单体沿砼主体结构四周形成首尾交错相连，在立面上构成一个整体闭合体系，每个窗桁架分别通过多个水平布置的腰桁架连接桁架柱安装在土建结构平台上；所述屋面桁架的外侧连接在窗桁架的顶端上，所述屋面桁架的内侧连接在多个主体结构的混凝土梁柱牛腿上。

2.根据权利要求1所述的一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物，其特征在于：所述窗桁架分别为两侧1/4结构的上窗桁架、下窗桁架以及1/2结构的中窗桁架三部分，相邻两个桁架单体中的下窗桁架与上窗桁架之间呈交错布置，多个所述腰桁架均匀分布在下窗桁架和中窗桁架的下端内侧上，每个屋面桁架位于同一桁架单体中的中窗桁架和上窗桁架的上方。

3.根据权利要求1所述的一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物，其特征在于：位于同一个桁架单体中的多个桁架柱高度依次递增，使窗桁架沿下窗桁架朝中窗桁架方向呈上倾布置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物，其特征在于：四个窗桁架均呈向外侧双向倾斜布置，每个窗桁架与水平面的夹角为52度、与垂直面的夹角为24度，相邻两个窗桁架的转角为3.5度。

5.根据权利要求4所述的一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物，其特征在于：所述腰桁架由多段腰桁架拼装单元组成，所述肩桁架由多段肩桁架拼装单元组成，所述屋面桁架由多段屋面桁架拼装单元组成，所述窗桁架由上窗桁架、下窗桁架，中窗桁架三部分拼装组成，且其三部分均由窗桁架拼装单元组成。

6.一种实现权利要求5一种立面错位螺旋式建筑物的施工方法，其包括有以下步骤：

S1，BIM技术仿真模拟验算：应用BIM技术建立模型，对施工方法、支撑结构、拼装胎架、吊装设备进行仿真模拟验算，检查节点、构件是否碰撞，并合理布设吊车位置，对施工方法的可行性进行验证；

S2，合理分化施工区域：土建结构施工完成，根据施工方案和技术安全交底，按照四个桁架单体划分为四个施工区域；

S3，地面构件单元拼装：在每个施工区域的土建结构周围场地上根据各桁架以及桁架柱分别设置对应的拼装胎架，在各拼装胎架上分别制作腰桁架拼装单元、肩桁架拼装单元、屋面桁架拼装单元、窗桁架拼装单元以及桁架柱拼装单元，并对所有构件进场验收；

S4，桁架施工前检查：检查柱顶混凝土梁柱强度，对土建单位提供的桁架结构支座定位轴线的位置，支撑面的顶板的位置、标高、水平度进行复测，与土建单位提供的测量记录进行对比，测量结果符合设计及规范要求后，进行钢桁架安装；

S5，桁架柱安装：以屋面桁架分区为准，采用吊车跨外进行吊装中间第一段桁架柱拼装单元，即屋面桁架所在1/4分区最右侧桁架柱，继续向左侧吊装第二段桁架柱拼装单元，即屋面桁架所在1/4分区次右侧桁架柱；

S6，腰桁架安装：在两个桁架柱之间安装在第一段腰桁架拼装单元，后续安装顺序以此类推，采用同样的方法吊装屋面桁架下方左侧剩余桁架柱和腰桁架拼装单元；同时，吊装屋面桁架下方右侧第一段桁架柱拼装单元，右侧第二榀桁架柱及腰桁架拼装单元安装，采用同样的方法依次吊装右侧剩余桁架柱和腰桁架；

S7，屋面桁架支撑塔架搭设：根据屋面桁架设计标高依次安装支撑塔架，且支撑塔架安装在桁架柱顶端上；

S8，肩桁架支撑平台搭设：根据屋面桁架下弦对应节点坐标及设计标高，在肩桁架外侧设置钢柱支撑，在钢柱支撑的上部搭设水平支撑架钢梁与支撑塔架连接，并在水平支撑架钢梁的内侧铺设脚手板作为安装操作平台；

S9，肩桁架安装：在肩桁架支撑平台完成后，利用履带吊跨外分段吊装第一段肩桁架拼装单元、第二段肩桁架拼装单元到支撑架钢梁上进行高空对接及焊接拼装；

S10，屋面桁架分段吊装：按照屋面桁架由中央向两端分区的安装顺序，利用履带吊跨外分段吊装屋面桁架拼装单元完成高空拼装；

S11，窗桁架分块吊装：从肩桁架右侧起始，利用履带吊跨外将窗桁架拼装单元分段吊装到肩桁架下侧进行高空对接，完成本施工区域肩桁架与相邻施工区域下窗桁架、腰桁架的结构焊接，按照同样施工方法，完成本施工区域下窗桁架、腰桁架与相邻施工区域肩桁架的结构焊接；按照吊装顺序，利用履带吊跨外将窗桁架拼装单元分段吊装到肩桁架上侧进行高空对接，完成本施工区域上窗桁架与本施工区域肩桁架、对应区域屋面桁架单元的结构焊接；从肩桁架左侧起始，利用履带吊跨外将窗桁架拼装单元分段吊装到要桁架与屋面桁架之间，完成本施工区域中窗桁架与剩余区域屋面桁架单元的结构焊接；

S12，临时支撑拆除：从本施工区域上窗桁架起始，按顺序拆除结构外侧的脚手板、支撑架钢梁以及钢柱支撑，当本施工区域立面桁架整体卸载完成后，按照由屋面桁架中间向两端的顺序分阶段依次拆除屋面支撑架，完成屋面卸载；

S13，钢结构整体安装：重复步骤S5至步骤12，按照逆时针或顺时针依次进行其他施工区域的结构安装，或者两个施工区域按照对称方式同时进行施工，完成外包钢结构的整体安装；

S14，检查验收：根据设计和规范要求测量安装偏差及整体挠度值，进行分项、分部验收。

7.根据权利要求6所述的一种立面错位螺旋式建筑物的施工方法，其特征在于：在步骤S7中，在支撑架安装完成后，在各钢柱中间设置柱间支撑，并在两端设缆风绳，用来保证支撑架钢柱的稳定性。

8.根据权利要求6所述的一种立面错位螺旋式建筑物的施工方法，其特征在于：在步骤S10中，在支撑塔架和混凝土柱梁上设置临时支撑支座，在每个施工段的屋面桁架拼装单元吊装就位后采用临时支撑支座临时固定，便于后续各施工段安装时跟踪测量，在开始安装时，各个施工段屋面桁架拼装单元之间通过嵌补杆件相连接，保证两个施工段间的拼装坐标准确。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的一种立面错位螺旋式建筑物的施工方法，其特征在于：在步骤S14中，在立面桁架和屋面桁架安装完成后分别测量其挠值，所测挠度值不应超过相应设计值的1.15倍。