CN116752638A - 大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，涉及钢结构施工领域，该施工方法包括以下步骤：S1、工作人员根据施工图纸进行施工前与提升架使用准备；S2、利用BIM技术将组合钢结构划分为三组区域；S3、在三组区域内依次进行管桁架、单层网格与采光顶的安装，并在安装完成后安装树状柱节点；S4、对提升架进行拆卸，进行提升架主要受力点与树状柱节点之间的受力转换，完成施工操作。本发明方法简便，节省费用，复杂钢结构通过分区一部分在地面安装完成，提升至高空合拢，减少高空作业，将焊缝在地面施工完成，高空合拢仅为对接焊缝便于钢桁架的拼装焊接质量和定位精度控制。

Description

大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法

技术领域

本发明涉及钢结构施工技术领域，尤其涉及大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法。

背景技术

大型综合体受限空间超跨是指在大型综合体（如商业综合体、办公综合体、住宅综合体等）建设中，由于场地限制或其他因素，需要跨越较大的空间距离，同时在空间跨度有限的情况下进行设计和施工。在传统的建筑设计中，通常会使用梁或管桁架等结构来跨越较大的空间距离。在大型综合体中，由于场地限制或其他约束条件，梁或管桁架等传统结构的使用可能受到限制因此，受限空间超跨的概念应运而生，受限空间超跨的设计和施工需要充分考虑场地条件、结构强度、施工工艺等因素。

钢结构建筑具有节能、环保、抗震性能好、可循环使用等特点，应用领域和市场空间广阔，同时为达到美轮美奂的外立面效果，在传统混凝土结构无法实现建筑设计外观要求的情况下，钢结构可实现大跨度、大悬挑等复杂的设计运用。大型综合体因其建筑平面大、体量大，建筑功能多的需要，在建筑体中部出现大空间、大跨度结构，实现其功能与造型的统一。

但是现有的大型综合体在施工过程中由多个不同的功能区域组成，施工过程中可能存在各个部分之间的协调问题，同时施工过程中缺乏有效的资源管理和优化，且施工风险较高，存在较大的安全隐患。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，实现精度控制措施到位，质量得到保证的施工目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，该施工方法包括以下步骤：

S1、工作人员根据施工图纸进行施工前与提升架使用准备；

S2、利用BIM技术将组合钢结构划分为三组区域；

S3、在三组区域内依次进行管桁架、单层网格与采光顶的安装，并在安装完成后安装树状柱节点；

S4、对提升架进行拆卸，进行提升架主要受力点与树状柱节点之间的受力转换，完成施工操作。

作为可选择的实施方式，所述工作人员根据施工图纸进行施工前与提升架使用准备包括以下步骤：

S11、将获得的二维施工图纸运用建模软件构建钢网架三维信息线模型；

S12、将钢结构、混凝土结构与三维信息线模型结合，并将钢结构线模型导入至转换软件内，通过软件寻找并确定提升点位置；

S13、根据提升点位置安装格构式提升架与固定胎架，并设置提升系统对格构式提升架进行操控测试；

S14、完成柱脚螺栓与钢结构预埋件在地基处的施工，并进行复核与验收；

S15、对施工方案进行审核，完成对相关人员的安全技术交底，并根据设计图纸对在地面拼装的管桁架位置与结构板上支座的平面位置进行复核；

S16、调整提升架的位置及复核支座位置与标高；

S17、根据施工要求对提升架的结构进行安全测试与安装，在安装完成后进行提升测试与控制。

作为可选择的实施方式，所述根据施工要求对提升架的结构进行安全测试与安装，在安装完成后进行提升测试与控制包括以下步骤：

S171、根据施工要求检查提升架的位置是否准确、提升上升路线是否有障碍物、工具是否齐全、提升通道是否通畅及起重设备是否完好；

S172、将拟采用的提升架结构与施工方案进行匹配并验收；

S173、在准备完成后测试吊点位置，并将管桁架的吊点位置用钢丝绳进行紧固；

S174、在紧固完成后进行试吊提升施工，并进行提升测试检查管桁架各部位是否变形与提升架提升状态，若测试结果满足则进行下一步，反之则重复步骤S173；

S175、在满足测试结果后进行正式提升，并通过专用控制柜统一控制管桁架的提升速度。

作为可选择的实施方式，所述利用BIM技术将组合钢结构划分为三组区域包括以下步骤：

S21、根据钢网架三维信息线模型获取施工位置点图元的位置信息；

S22、计算钢网架三维信息线模型的特征点到各个点图元的基准点之间的距离，并将距离作为分区的载体；

S23、对特征点进行排序，求出相邻点之间的变化率，将不符合要求的特征点进行排除；

S24、依据特征点进行分区，利用各分区中的特征点特性将组合钢结构分为三组区域；

S25、根据分区策略，在BIM模型中进行区域划分操作，并利用BIM软件进行碰撞检测，检测分区内是否存在干涉。

作为可选择的实施方式，所述计算钢网架三维信息线模型的特征点到各个点图元的基准点之间的距离，并将距离作为分区的载体包括以下步骤：

S221、选取钢网架三维信息线模型的图元基准点的坐标信息，并获取模型特征点；

S222、计算各个图元基准点到特征点之间的距离；

S223、根据测量得到的距离数据，预先设定分区的边界，将区域划分为相应的分区，并对分区边界进行标记。

作为可选择的实施方式，所述对特征点进行排序，求出相邻点之间的变化率，将不符合要求的特征点进行排除包括以下步骤：

S231、对特征点进行从小到大的排序，得到排序后的特征值；

S232、根据特征值计算相邻特征点之间突变程度；

S233、依据计算结果进行变化程度判断，若变化程度大于指定阈值则将特征点进行排除，若变化程度小于指定阈值则将特征点进行保留。

作为可选择的实施方式，所述在三组区域内依次进行管桁架、单层网格与采光顶的安装，并在安装完成后安装树状柱节点包括以下步骤：

S31、根据施工图纸确定施工安装顺序，依次为管桁架、单层网格与采光顶；

S32、依据施工图纸确定管桁架在安装时所需提升点的位置，根据提升点位置进行管桁架的安装；

S33、依据施工图纸确定单层网格安装起步圈结构，在确定完成后进行单层网格的安装；

S34、依据施工图纸确定采光顶的划分区域，并在区域内设置提升点进行采光顶的安装；

S35、在将管桁架、单层网格与采光顶安装完成后安装树状柱节点。

作为可选择的实施方式，所述依据施工图纸确定管桁架在安装时所需提升点的位置，根据提升点位置进行管桁架的安装包括以下步骤：

S321、将管桁架的安装区域划分为6个区块，根据施工图纸确定6个区块的安装顺序及提升点位置；

S322、对区块内进行硬化平整操作并设置钢板，在钢板完成后在钢板位置进行胎架布置；

S323、在胎架上进行管桁架拼装，依据管桁架起拱后的点位进行定位安装，上、下弦杆码板点焊连接，形成整体管桁架，完成地面预拼装；

S324、根据提升点位置在区块内进行提升架搭设，其中提升架搭设的高度大于管桁架的安装高度；

S325、在径向管桁架两端搭设支撑架，安装径向管桁架，并散装环形管桁架和直管桁架；

S326、将管桁架进行分块、分高度的提升安装，在升至指定高度时，分别在该处标高平台上补充杆件；

S327、在管桁架提升完成后进行钢柱提升，并将管桁架与钢柱进行焊接。

作为可选择的实施方式，所述依据施工图纸确定单层网格安装起步圈结构，在确定完成后进行单层网格的安装包括以下步骤：

S331、将单层网格的安装区域选择造型处外圈从下至上第8圈作为起步安装圈；

S332、根据起步安装圈的轴承，在起步圈构建的等分周长点处树立4组提升架；

S333、以起步安装圈中心点为圆心，按照施工图纸进行直径放样拼焊；

S334、以起步安装圈中心点为圆心向上进行拼装焊接，直至全部拼装焊接完成；

S335、在拼装完成后在提升架的辅助下与管桁架进行连接，并在连接完成后拆除提升架。

作为可选择的实施方式，所述依据施工图纸确定采光顶的划分区域，并在区域内设置提升点进行采光顶的安装包括以下步骤：

S341、将采光顶的安装区域拟分为第一区域、第二区域及第三区域三个区域；

S342、在第一区域与第二区域内设置提升点位置；

S343、根据提升点位置进行提升架的搭设；

S344、通过塔吊在第一区域与第二区域内进行拱形采光顶的拼接与安装；

S345、对安装完成的采光顶在提升架的辅助下进行提升；

S346、补充采光顶内的杆件；

S347、在补充完成后继续向上提升直至达到安装高度；

S348、在采光顶提升完成后进行钢柱提升，提升至采光顶位置进行焊接；

S349、在第一区域与第二区域安装完成后进行第三区域的剩余构件安装，并再安装完成后拆除提升架。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本发明方法简便，节省费用，复杂钢结构通过分区一部分在地面安装完成，提升至高空合拢，减少高空作业，将焊缝在地面施工完成，高空合拢仅为对接焊缝便于钢桁架的拼装焊接质量和定位精度控制，同时采用条块提升结合高空对接法，将复杂节点在地面进行钢结构的拼装及焊接，降低了施工难度，钢结构局部提升法使用提升设备一般较小，成本较低，适用于在楼面、地下室顶面或场地狭窄时施工，避免使用大型吊装设备，而且采用条块提升单元与结构固定胎架单元实现高空对接，卸载在树状支撑柱全部安装作业完成后，避免钢桁架由于重力等原因产生挠度误差，更有效的实现精度的测控，以及省却传统工艺所需的脚手架和支撑加固，避免了超高脚手架施工的安全风险，实现了简化施工步骤，缩短施工工期，减少高空作业的安全隐患，保证施工质量和精度。

2、本发明的施工方法精度控制措施到位，质量得到保证，在结构所在的安装区域作为拼装场地，定位安装时根据桁架弦杆分段位置的空间坐标布置；制定单榀桁架杆件拼装顺序和焊接顺序；每榀桁架上弦中间位置和1/3处设置6个测量观测点，下弦中间位置设置1个测量观测点，桁架拼装过程中由测量小组进行测量并及时反馈数据纠偏，保证主桁架整体拼装精度，通过BIM建立的三维空间坐标可实时跟踪监测，达到了质量控制和跟踪的目的，采用格构式提升架吊装桁架时，站位处选在地库结构梁上，铺设加固路基钢板，桁架吊装前在地面将上下弦垂直爬梯、桁架上弦立杆安全绳、桁架上弦水平安全通道等安防措施，桁架间水平支撑安装焊接时通过操作吊笼进行；桁架安装定位时通过测量桁架上的观测点空间坐标进行调整，测量合格后焊接固定，桁架安装焊接过程通过实时测量观测点监控及纠偏。

3、本发明所提出的施工步骤工人操作简便，提高功效，通过提前预制可调节的支撑胎架，复杂节点作业均在地面，高空中仅拼装预留好的对接焊缝，工人操作简便，提高施工功效，提升时采用自动化设备，工人操作简单高效，避免了使用大型吊装设备和对楼、地面承载力的担忧，同时作业人员操作方便，结构体系安全可靠，条块提升结合高空对接法以固定胎架及定点提升架作为整体钢结构的支承柱，提升架为格构式结构，通过有限元多次分析合理设置提升点，使提升架与钢网架构成稳定的结构体系，经过对提升体系和钢网架体系进行有限元计算，证明此结构体系的竖向承载力、侧向刚度、及侧向位移性能良好，均满足结构安全要求，下部支撑采用的树状柱全部施工完成后，形成稳定的支撑结构，从而实现提升架与钢柱支撑点的受力转换，卸载及拆除提升架后结构位移符合要求，安全有效。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是根据本发明实施例的大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的施工工艺流程图；

图3是根据本发明实施例中提升系统的示意图；

图4是根据本发明实施例中组合钢结构的分区示意图；

图5是根据本发明实施例中管桁架安装顺序示意图；

图6是根据本发明实施例中胎架布置示意图；

图7是根据本发明实施例中管桁架地面拼装示意图；

图8是根据本发明实施例中提升点与地库梁安装示意图；

图9是根据本发明实施例中钢柱与管桁架焊接示意图；

图10是根据本发明实施例中单层网格的安装起步圈结构；

图11是根据本发明实施例中单层网格的逐步向上安装示意图一；

图12是根据本发明实施例中单层网格的逐步向上安装示意图二；

图13是根据本发明实施例中单层网格的逐步向上安装示意图三；

图14是根据本发明实施例中单层网格的逐步向上安装示意图四；

图15是根据本发明实施例中单层网格的逐步向上安装示意图五；

图16是根据本发明实施例中单层网格与管桁架之间的连接示意图；

图17是根据本发明实施例中采光区分区示意图；

图18是根据本发明实施例中采光顶提升点示意图；

图19是根据本发明实施例中采光顶安装完成示意图；

图20是根据本发明实施例中钢结构提升点设置图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1与图2所示，根据本发明实施例的大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，该施工方法包括以下步骤：

S1、工作人员根据施工图纸进行施工前与提升架使用准备。

在本实施例中，所述工作人员根据施工图纸进行施工前与提升架使用准备包括以下步骤：

S11、将获得的二维施工图纸运用建模软件构建钢网架三维信息线模型。

需要解释说明的是，根据设计院提供的二维图纸，运用Autocad、Tekla、Revit等建模软件，建立钢网架三维信息线模型。

S12、将钢结构、混凝土结构与三维信息线模型结合，并将钢结构线模型导入至转换软件内，通过软件寻找并确定提升点位置。

需要解释说明的是，把钢结构与混凝土结构三维模型结合，将钢结构线模型导入3D3S软件，通过3D3S软件寻找并确定合理的提升点位置，其中在确定提升点位置时，须使各提升点受力相对均匀。

S13、根据提升点位置安装格构式提升架与固定胎架，并设置提升系统对格构式提升架进行操控测试。

如图3所示，在本实施例中，本发明所提出的提升系在使用过程中需要以下结构：

Ⅰ表示电动葫芦手动控制器，Ⅱ表示电动葫芦集成控制线，Ⅲ表示提升受力倒链，Ⅳ表示转动电机，Ⅴ表示挂钩，Ⅵ表示集成控制箱，Ⅶ表示集成显示器。

其中，工序中安装采用格构式提升架及固定胎架组合使用，提升系统主要由电动葫芦手动控制器、集成控制箱与集成显示器组成。电动葫芦直接承受荷载并有自锁装置防止滑链，所有电动葫芦通过集成控制线与集成控制箱相连，集成控制箱再与集成显示器相连。提升架按照所需提升高度组合，拔杆格构柱顶设有钢梁，底部柱角配置钢板，每根钢梁端部各悬挂一只起重额定荷载为10T的电动葫芦。

S14、完成柱脚螺栓与钢结构预埋件在地基处的施工，并进行复核与验收。

具体的，施工前的准备包括完成钢结构预埋件等基础施工复核并验收合格，预埋件复核设计要求、基础混凝土强度达到设计要求，钢结构地面拼装验收合格。

S15、对施工方案进行审核，完成对相关人员的安全技术交底，并根据设计图纸对在地面拼装的管桁架位置与结构板上支座的平面位置进行复核。

具体还包括调整提升架位置使之符合施工方案中确定的位置。

S16、调整提升架的位置及复核支座位置与标高。

具体的，还包括轴线测量，主要对提升支架处的轴线，并检测支架处的标高，如标高不在同一个水平上，要对标高进行调试，保证桁架在提升过程中同步上升，防止桁架在提升中发生变形。

桁架在平整的刚性平台上拼装，且要考虑腹杆的收缩。检测桁架杆件受力情况，有无压弯失稳和凹陷等，并及时做好桁架杆件有无变形的记录和第一时间汇报给指挥者。

补杆杆件提前将杆件运输至安装位置垂直下方，使用倒链配合滑轮组进行垂直运输。

S17、根据施工要求对提升架的结构进行安全测试与安装，在安装完成后进行提升测试与控制。

其中，所述根据施工要求对提升架的结构进行安全测试与安装，在安装完成后进行提升测试与控制包括以下步骤：

S171、根据施工要求检查提升架的位置是否准确、提升上升路线是否有障碍物、工具是否齐全、提升通道是否通畅及起重设备是否完好。

具体的，还包括检查索具、工具是否齐全，是否符合安全要求，桁架编号是否与安装位置对应，控制线是否齐全，安全设施是否齐全。

提升前，对就位距离进行复核，对标高进行复核，做到标记齐全，位置准确，提升架位置尽量靠近地库结构梁附近，提升架下铺钢板调整平整。

根据桁架提升点位置的设置，提升点桁架要与电动葫芦连接牢固，每个提升架的4个提升点位置应对称准确，提升采用四点绑扎，绑扎位置处垫支柔性不易挤碎垫片，防止损伤桁架表面漆膜，卡环确保绳索卡死，不能出现卡环松扣现象。

S172、将拟采用的提升架结构与施工方案进行匹配并验收。

需要解释说明的是，提升架组合高度可以根据现场任意组合，拔杆标准节3米/节，根据工程需要也能配备2米/节、1.5米/节、1米/节等非标准节进行搭配，以便合理进行桁架提升，每节提升架通过法兰盘、高强螺栓连接，顶部沿对角线设两根Φ180×10钢梁，每根钢梁端部各悬挂一只起重额定荷载为10T的电动葫芦，安装提升架采用吊车或现场塔吊吊装，安装至要求的高度时，提升架四周需设置揽风绳，可通过用万用表检查控制系统与每个电动葫芦间控制线连接有效。

S173、在准备完成后测试吊点位置，并将管桁架的吊点位置用钢丝绳进行紧固。

需要解释说明的是，所有提升准备工作做到位后，测试吊点位置，吊点位置满足要求后，在桁架的吊点位置用钢丝绳进行紧固，防止桁架吊点受力对杆件造成破坏，加固完成合格后进行试吊提升施工。将桁架整体从地面向上提升50mm，停止提升，在此位置悬停30分钟，检查桁架有无杆件及平面尺寸有变形和提升架提升状态；检查无问题后再次提升到1500mm后停止提升，再次检查桁架各部位有无变形和提升架提升状态，满足要求后，开始整体提升。

桁架整体提升时要设专业指挥人员，设计图纸试吊是全面落实和检验整个吊装方案完善性的重要保证。试吊目的有三个：一是检验起重设备安全可靠性；二是检验吊点对桁架刚度影响；三是协调从指挥到起吊、缆风绳、溜绳操作的总演习。

S174、在紧固完成后进行试吊提升施工，并进行提升测试检查管桁架各部位是否变形与提升架提升状态，若测试结果满足则进行下一步，反之则重复步骤S173。

S175、在满足测试结果后进行正式提升，并通过专用控制柜统一控制管桁架的提升速度。

具体的，桁架整体提升采用专用控制柜统一控制提升速度，保证各吊点提升同步，提升的速度应控制在5米/小时内，缓慢提升，过程随时检查杆件、节点的变形情况。

在具体施工过程中当桁架下弦超过柱顶支座高度约50cm时停止提升，停止30分钟后确认桁架稳定安全后，然后安装人员爬到桁架顶，指挥让桁架下弦缓慢下落至支座处，停止桁架的升降，用手动葫芦调整桁架位置，把该处桁架与支座间的腹杆、弦杆全部安装完成，让桁架整体成型后座落在支座顶，安装人员在起吊过程中应严禁在桁架下方停留或行走，吊装过程中要设立安全防护区，张拉安全警示线，设专职安全员进行巡查，防止事故的发生。

当单层网格结构一圈构件拼装焊接完成后，且所有提升准备工作做到位后，测试吊点位置，吊点位置满足要求后进行提升。当第一圈聚宝盆构件提升至第二圈构件安装标高时，停止提升，确定桁架稳定后，拼装焊接第二圈聚宝盆构件。依次类推，逐步提升、逐步拼装焊接聚宝盆构件，直至全部完成。

需要解释说明的是，提升设备的每个电机功率为0.5KW，一组提升架配4个电动葫芦，功率为2KW，每个电机配2.5mm²电源线，每个电动葫芦可以在配电柜中单独控制也可以同时控制。

在提升时及时检查各点的提升速度，确保桁架提升的同步性，为保证桁架提升的同步性，采用电动葫芦集成系统进行控制，该系统可将所有电动倒链集成到一个控制箱控制，保证同一组提升架内4只电动葫芦之间及各组提升架之间的提升重力，作用于传感器，使重力传感器产生应变，传感器应变使电桥输出电流信号发生变化，电流信号变化的大小与重力的大小成正比，以此电压电流的变化来自动调节集成控制箱内各个控制受力点的安全性及同步性。

S2、利用BIM技术将组合钢结构划分为三组区域。

如图4所示，将组合钢结构分为三组区域，其中，图4中D区表示管桁架钢结构区，E区表示单层网格钢结构区，F区表示采光顶钢结构区。

在本实施中，所述利用BIM技术将组合钢结构划分为三组区域包括以下步骤：

S21、根据钢网架三维信息线模型获取施工位置点图元的位置信息；

S22、计算钢网架三维信息线模型的特征点到各个点图元的基准点之间的距离，并将距离作为分区的载体。

具体的，所述计算钢网架三维信息线模型的特征点到各个点图元的基准点之间的距离，并将距离作为分区的载体包括以下步骤：

S221、选取钢网架三维信息线模型的图元基准点的坐标信息，并获取模型特征点；

S222、计算各个图元基准点到特征点之间的距离；

具体的，计算公式为：式中，表示图元基准点的坐标信息，其中/>，n为图元基准点的数量；

表示钢网架三维信息线模型特征点。

S223、根据测量得到的距离数据，预先设定分区的边界，将区域划分为相应的分区，并对分区边界进行标记。

S23、对特征点进行排序，求出相邻点之间的变化率，将不符合要求的特征点进行排除。

所述对特征点进行排序，求出相邻点之间的变化率，将不符合要求的特征点进行排除包括以下步骤：

S231、对特征点进行从小到大的排序，得到排序后的特征值；

S232、根据特征值计算相邻特征点之间突变程度。

具体的，突出程度的计算公式为：式中，/>表示第j个图元基准点到特征点之间的距离；/>表示第j+1个图元基准点到特征点之间的距离值。

S233、依据计算结果进行变化程度判断，若变化程度大于指定阈值则将特征点进行排除，若变化程度小于指定阈值则将特征点进行保留。

S24、依据特征点进行分区，利用各分区中的特征点特性将组合钢结构分为三组区域；

S25、根据分区策略，在BIM模型中进行区域划分操作，并利用BIM软件进行碰撞检测，检测分区内是否存在干涉。

需要及时说明的是，施工现场安装采用基于BIM的3D激光测量定位系统，将BIM模型与智能全站仪集成（将已绘制完成的BIM模型，导入智能全站仪，达到软件、硬件整合，利用模型中的三维空间坐标数据驱动智能型全站仪进行现场测量，将BIM模型带入施工现场），从而解决多曲面三维空间点的较高精度的安装测控。采用坐标法建立钢结构三级平面控制网，钢结构二级控制网是从钢结构总控制网引测控制点布设在该结构外围，采用外控法测控结构外围的钢柱和桁架施工。测量程序为：三维坐标换算与标识→控制点位引测→节点定位装置测量→节点校正测量。

S3、在三组区域内依次进行管桁架、单层网格与采光顶的安装，并在安装完成后安装树状柱节点。

在本实施例中，所述在三组区域内依次进行管桁架、单层网格与采光顶的安装，并在安装完成后安装树状柱节点包括以下步骤：

S31、根据施工图纸确定施工安装顺序，依次为管桁架、单层网格与采光顶。

S32、依据施工图纸确定管桁架在安装时所需提升点的位置，根据提升点位置进行管桁架的安装。

如图5-图9所示，具体的，所述依据施工图纸确定管桁架在安装时所需提升点的位置，根据提升点位置进行管桁架的安装包括以下步骤：

如图5所示，S321、将管桁架的安装区域划分为6个区块，根据施工图纸确定6个区块的安装顺序及提升点位置。

如图5所示，图中1区、4区、6区在地面设置胎架拼装；2区、3区、5区在楼面5.35米和10.75米标高设置支撑胎架拼装，2区、3区、5区拼装后高度即是安装高度。

提升顺序：先提升1区、4区，然后与2区、3区、5区对接。最后提升6区与2区、4区、5区对接。

如图6与图7所示，S322、对区块内进行硬化平整操作并设置钢板，在钢板完成后在钢板位置进行胎架布置。

如图6所示，G表示管桁架安装位置，H表示拼装胎架位置。

S323、在胎架上进行管桁架拼装，依据管桁架起拱后的点位进行定位安装，上、下弦杆码板点焊连接，形成整体管桁架，完成地面预拼装。

需要说明的是，拼装胎架设置前，对场地进行硬化平整，在胎架位置设置钢板；拼装胎架安装时，成一排设置，胎架位置要与桁架安装投影位置精准重合；在桁架拼装时，上、下弦杆码板点焊连接，形成整体桁架，完成地面预拼装。

操作胎架立柱应避开节点位置和分段点位置，满足施焊要求的空间。本工程桁架拼装在拼装场地硬化地面，主桁架整体组拼在楼板面，操作胎架底部直接与板面接触，不考虑操作胎架沉降因素。操作胎架立柱上部的定位挡板装置避免与桁架起吊时碰撞。

桁架拼装在胎架上进行，依据桁架起拱后的点位进行定位安装，拼装胎架要每2榀桁架拼装完成后进行点位复核，变动不超过1.5cm。

搭设支座支撑架，用全站仪放出支撑架的标高和支座的轴线，就位后便达到其预定坐标，最后精确的调整胎架的垂直度。确定桁架支座位置后，将桁架放置到支撑架上固定。

桁架工程完成后应测量其挠度值，且所测的挠度值不应超过相应设计值的1.15倍。检查数量：跨度24m及以下钢桁架结构测量下弦杆中央一点，跨度24m以上钢桁架结构测量下弦杆中央一点及向各下弦跨度的四等分点。卸载前，对每个监测点进行观测，并做好记录。支撑架卸载后定期观测，根据每次的变化量，来确定下挠、位移和变形的情况。

如图8所示，S324、根据提升点位置在区块内进行提升架搭设，其中提升架搭设的高度大于管桁架的安装高度。

如图8所示，J表示地库梁，I表示提升点。

在1区、4区、6区地面拼装，搭设提升架，同时提升架位置的提升点设置原则为提升点必须在地库或楼层结构柱或结构梁上，且每个提升点下面垫20mm厚路基板，内1圈桁架重量约50t，设置11个提升点，且每个提升点均位于结构柱顶或梁附近，搭设提升架，且管桁架安装高度＜20m，提升架搭设高度为21米。

S325、在径向管桁架两端搭设支撑架，安装径向管桁架，并散装环形管桁架和直管桁架。

在2区、3区、5区楼面拼装，2区桁架位于5.35米和10.75米标高楼面平台之上，先在径向桁架两端搭设支撑架，安装径向桁架，然后散装环形桁架和直桁架，人员操作均在楼面上，支撑点设置原则为必须在楼层结构柱或结构梁上，且每个支撑点下面垫20mm厚路基板，该块桁架重量约65t，设置20个支撑点，每个支撑架处结构梁板荷载32.5KN。支撑架高度为从5.35米标高向上至桁架下面标高16.2米，所以支撑架高度为10.85米。

S326、将管桁架进行分块、分高度的提升安装，在升至指定高度时，分别在该处标高平台上补充杆件。

具体的，管桁架安装位置下面5.35m标高和10.75m标高局部有结构梁板，所以管桁架安装需分块、分高度提升安装，当提升至5.35m标高和10.75m标高时，分别在该处标高平台上补充杆件。

如图9所示，S327、在管桁架提升完成后进行钢柱提升，并将管桁架与钢柱进行焊接。

具体的，钢柱提升时，应先提升钢柱主体即Ø600x30钢管部分、重量约4.9t，再提升节点部分、重量约1.1t，最后提升钢柱上面分枝、重量约0.75t，利用安装就位后桁架，提升钢柱并焊接。

钢柱与焊接时，需设置人员上下通道。人员上下通道采用在钢柱侧面设置钢爬梯，先通过主结构楼梯上至5.35标高或10.75米标高平台，然后再通过设在支撑架侧面爬梯上至作业高度。高空焊接施工人员作业平台采用挂篮。

如图10-图16所示，S33、依据施工图纸确定单层网格安装起步圈结构，在确定完成后进行单层网格的安装。

具体的，所述依据施工图纸确定单层网格安装起步圈结构，在确定完成后进行单层网格的安装包括以下步骤：

S331、将单层网格的安装区域选择造型处外圈从下至上第8圈作为起步安装圈；

如图10所示，将图10中的黑线位置作为起步安装圈。

根据工程造型结构特点，安装方法拟采用提升架逐步提升的安装方法，使大部分拼装和焊接在地面进行。选择造型冠处外圈从下往上第8圈作为起步安装圈。

如图11所示，S332、根据起步安装圈的轴承，在起步圈构建的等分周长点处树立4组提升架，如图11所示，k的位置表示提升架的安装位置。

根据网格起步圈周长，在起步圈构件旁边的等分周长点处树立提升架。本发明中提升架高度27m。

根据本工程现场条件，提升架设置在地库结构柱或梁上，本工程共计设置4组提升架。

S333、以起步安装圈中心点为圆心，按照施工图纸进行直径放样拼焊；

如图12至图15所示，S334、以起步安装圈中心点为圆心向上进行拼装焊接，直至全部拼装焊接完成；

如图16所示，S335、在拼装完成后在提升架的辅助下与管桁架进行连接，并在连接完成后拆除提升架。

与周围桁架连接时，施工人员上下通道设置在提升架上的爬梯，作业平台采用挂篮。

S34、依据施工图纸确定采光顶的划分区域，并在区域内设置提升点进行采光顶的安装。

如图17至图19所示，具体的，所述依据施工图纸确定采光顶的划分区域，并在区域内设置提升点进行采光顶的安装包括以下步骤：

S341、将采光顶的安装区域拟分为第一区域、第二区域及第三区域三个区域。

如图17所示，第一区域表示A区、第二区域表示B区及第三区域表示C区。

三个区域由于8轴处有已经安装的连廊，所以采光顶结构安装拟分为三个区分别进行安装。分区示意图如下，A区安装方法与B区相同。

S342、在第一区域与第二区域内设置提升点位置。

如图18所示，提升点设置原则为提升点必须在地库或楼层结构柱或结构梁上，且每个提升点下面垫20mm厚路基板。A区重量约35t，设置4个提升点；B区重约55t，设置6个提升点。使每个提升架处结构梁总荷载不大于100KN。

S343、根据提升点位置进行提升架的搭设。

具体的，搭设提升架，拱形采光顶安装高度＜24m，提升架搭设高度为27m。

S344、通过塔吊在第一区域与第二区域内进行拱形采光顶的拼接与安装。

具体的，采用SYT250或TC5610塔吊在施工区域拼装场地进行拼装。

S345、对安装完成的采光顶在提升架的辅助下进行提升；

S346、补充采光顶内的杆件；

S347、在补充完成后继续向上提升直至达到安装高度。

如图19所示，S348、在采光顶提升完成后进行钢柱提升，提升至采光顶位置进行焊接。

具体的，钢柱提升时，应分别提升，不得同时提升，先提升钢柱主体即Ø600x30钢管部分、重量约4.9t，再提升节点部分、重量约1.1t，最后提升钢柱上面分枝、重量约0.75t。

S349、在第一区域与第二区域安装完成后进行第三区域的剩余构件安装，并再安装完成后拆除提升架

S35、在将管桁架、单层网格与采光顶安装完成后安装树状柱节点。

S4、对提升架进行拆卸，进行提升架主要受力点与树状柱节点之间的受力转换，完成施工操作。

卸载前，对每个监测点进行观测，并做好记录。支撑架卸载后定期观测，根据每次的变化量，来确定下挠、位移和变形的情况，满足设计值后方可卸载提升架。

支座全部安装完成，焊接完成、焊缝冷却，按要求探伤检测合格后方可进行卸载工作。通过控制系统使各提升点同步下落，直至提升设备与桁架脱离。拆除过程应进行挠度的检测。

桁架工程完成后应测量其挠度值，且所测的挠度值不应超过相应设计值的1.15倍。检查数量：跨度24m及以下钢桁架结构测量下弦杆中央一点，跨度24m以上钢桁架结构测量下弦杆中央一点及向各下弦跨度的四等分点。卸载前，对每个监测点进行观测，并做好记录。支撑架卸载后定期观测，根据每次的变化量，来确定下挠、位移和变形的情况。

具体方法是：

卸载前采用水准仪测量桁架下弦中央点及各两个下弦跨度的四等分点的标高。

在控制系统的控制下，提升点每次同步下降10mm，将桁架平稳落至支座后，由中间向两侧逐步卸载。

提升架下降的过程中，观察提升设备与桁架是否脱离，并测量以上点位的标高变化。

标高变化在挠度容许值以内时，现场完成提升设备与桁架架体的脱离即合格。

具体的，本发明所提出的施工方法的工艺原理如下：

条块提升结合高空对接法采用在地面上整体拼装，然后分块用多组拔杆起吊，分块桁架提升就位后，与其他桁架对接。结合施工主要步骤分为如下施工阶段，施工顺序为：柱脚螺栓预埋→管桁架安装→管桁架钢柱安装→单层网格安装→采光顶安装→采光顶钢柱安装→主体施工完成。按分区组织吊装、流水作业。钢桁架结构安装采用格构式提升架进行吊装，格构式提升架位置均在桁架安装范围内，先安装管桁架，再安装单层网格，最后安装采光顶。

如图20所示，钢结构划分为多个条块单元，通过在不同标高结构板上设置支撑胎架，采用预拼牛腿技术，将节点处多管焊接相贯节点通过数控加工成牛腿构件安装在固定胎架上，同时地面通过可调节高度及角度的专用立体拼装胎架将条块单元拼装完成，通过地面提升架分次提升至高空点高空合拢将对接焊缝连接，下部树状柱结构施工完成后实现分叉肢端的受力点与提升架的受力点的转换，从而完成安装。

钢构安装整体站在地库顶板±0.00m标高上，场地狭窄，现有塔吊不能完全覆盖需吊装范围，综合考虑地库顶板上部结构可承担荷载，在地库顶板上部布置小吨位汽车吊，汽车吊行走路线及站位下需满布钢板，路基板采用20mm厚钢板确保地库顶板上部荷载使用安全。

在每个格构式提升架下面4个支腿处分别增加20mm厚、长宽为0.5mx0.5m钢板，钢板与路基板焊接固定。通过路基板增加地库顶板受力面积，以减轻地库顶板的荷载。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明方法简便，节省费用，复杂钢结构通过分区一部分在地面安装完成，提升至高空合拢，减少高空作业，将焊缝在地面施工完成，高空合拢仅为对接焊缝便于钢桁架的拼装焊接质量和定位精度控制，同时采用条块提升结合高空对接法，将复杂节点在地面进行钢结构的拼装及焊接，降低了施工难度，钢结构局部提升法使用提升设备一般较小，成本较低，适用于在楼面、地下室顶面或场地狭窄时施工，避免使用大型吊装设备，而且采用条块提升单元与结构固定胎架单元实现高空对接，卸载在树状支撑柱全部安装作业完成后，避免钢桁架由于重力等原因产生挠度误差，更有效的实现精度的测控，以及省却传统工艺所需的脚手架和支撑加固，避免了超高脚手架施工的安全风险，实现了简化施工步骤，缩短施工工期，减少高空作业的安全隐患，保证施工质量和精度。

本发明的施工方法精度控制措施到位，质量得到保证，在结构所在的安装区域作为拼装场地，定位安装时根据桁架弦杆分段位置的空间坐标布置；制定单榀桁架杆件拼装顺序和焊接顺序；每榀桁架上弦中间位置和1/3处设置6个测量观测点，下弦中间位置设置1个测量观测点，桁架拼装过程中由测量小组进行测量并及时反馈数据纠偏，保证主桁架整体拼装精度，通过BIM建立的三维空间坐标可实时跟踪监测，达到了质量控制和跟踪的目的，采用格构式提升架吊装桁架时，站位处选在地库结构梁上，铺设加固路基钢板，桁架吊装前在地面将上下弦垂直爬梯、桁架上弦立杆安全绳、桁架上弦水平安全通道等安防措施，桁架间水平支撑安装焊接时通过操作吊笼进行；桁架安装定位时通过测量桁架上的观测点空间坐标进行调整，测量合格后焊接固定，桁架安装焊接过程通过实时测量观测点监控及纠偏。

本发明所提出的施工步骤工人操作简便，提高功效，通过提前预制可调节的支撑胎架，复杂节点作业均在地面，高空中仅拼装预留好的对接焊缝，工人操作简便，提高施工功效，提升时采用自动化设备，工人操作简单高效，避免了使用大型吊装设备和对楼、地面承载力的担忧，同时作业人员操作方便，结构体系安全可靠，条块提升结合高空对接法以固定胎架及定点提升架作为整体钢结构的支承柱，提升架为格构式结构，通过有限元多次分析合理设置提升点，使提升架与钢网架构成稳定的结构体系，经过对提升体系和钢网架体系进行有限元计算，证明此结构体系的竖向承载力、侧向刚度、及侧向位移性能良好，均满足结构安全要求，下部支撑采用的树状柱全部施工完成后，形成稳定的支撑结构，从而实现提升架与钢柱支撑点的受力转换，卸载及拆除提升架后结构位移符合要求，安全有效。

本发明适用于大型综合体中大空间超跨组合钢桁架、单层网格结构的安装工程，以及其他类似的工业与民用建筑安装，尤其适用于在楼面、地下室顶面或场地狭窄时施工，无法使用大型吊装设备的提升方式。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，其特征在于，该施工方法包括以下步骤：

S1、工作人员根据施工图纸进行施工前与提升架使用准备；

S2、利用BIM技术将组合钢结构划分为三组区域；

S3、在三组区域内依次进行管桁架、单层网格与采光顶的安装，并在安装完成后安装树状柱节点；

S4、对提升架进行拆卸，进行提升架主要受力点与树状柱节点之间的受力转换，完成施工操作。

2.根据权利要求1所述的大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，其特征在于，所述工作人员根据施工图纸进行施工前与提升架使用准备包括以下步骤：

S11、将获得的二维施工图纸运用建模软件构建钢网架三维信息线模型；

S12、将钢结构、混凝土结构与三维信息线模型结合，并将钢结构线模型导入至转换软件内，通过软件寻找并确定提升点位置；

S13、根据提升点位置安装格构式提升架与固定胎架，并设置提升系统对格构式提升架进行操控测试；

S14、完成柱脚螺栓与钢结构预埋件在地基处的施工，并进行复核与验收；

S15、对施工方案进行审核，完成对相关人员的安全技术交底，并根据设计图纸对在地面拼装的管桁架位置与结构板上支座的平面位置进行复核；

S16、调整提升架的位置及复核支座位置与标高；

S17、根据施工要求对提升架的结构进行安全测试与安装，在安装完成后进行提升测试与控制。

3.根据权利要求2所述的大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，其特征在于，所述根据施工要求对提升架的结构进行安全测试与安装，在安装完成后进行提升测试与控制包括以下步骤：

S171、根据施工要求检查提升架的位置是否准确、提升上升路线是否有障碍物、工具是否齐全、提升通道是否通畅及起重设备是否完好；

S172、将拟采用的提升架结构与施工方案进行匹配并验收；

S173、在准备完成后测试吊点位置，并将管桁架的吊点位置用钢丝绳进行紧固；

S174、在紧固完成后进行试吊提升施工，并进行提升测试检查管桁架各部位是否变形与提升架提升状态，若测试结果满足则进行下一步，反之则重复步骤S173；

S175、在满足测试结果后进行正式提升，并通过专用控制柜统一控制管桁架的提升速度。

4.根据权利要求1所述的大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，其特征在于，所述利用BIM技术将组合钢结构划分为三组区域包括以下步骤：

S21、根据钢网架三维信息线模型获取施工位置点图元的位置信息；

S22、计算钢网架三维信息线模型的特征点到各个点图元的基准点之间的距离，并将距离作为分区的载体；

S23、对特征点进行排序，求出相邻点之间的变化率，将不符合要求的特征点进行排除；

S24、依据特征点进行分区，利用各分区中的特征点特性将组合钢结构分为三组区域；

S25、根据分区策略，在BIM模型中进行区域划分操作，并利用BIM软件进行碰撞检测，检测分区内是否存在干涉。

5.根据权利要求4所述的大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，其特征在于，所述计算钢网架三维信息线模型的特征点到各个点图元的基准点之间的距离，并将距离作为分区的载体包括以下步骤：

S221、选取钢网架三维信息线模型的图元基准点的坐标信息，并获取模型特征点；

S222、计算各个图元基准点到特征点之间的距离；

S223、根据测量得到的距离数据，预先设定分区的边界，将区域划分为相应的分区，并对分区边界进行标记。

6.根据权利要求4所述的大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，其特征在于，所述对特征点进行排序，求出相邻点之间的变化率，将不符合要求的特征点进行排除包括以下步骤：

S231、对特征点进行从小到大的排序，得到排序后的特征值；

S232、根据特征值计算相邻特征点之间突变程度；

S233、依据计算结果进行变化程度判断，若变化程度大于指定阈值则将特征点进行排除，若变化程度小于指定阈值则将特征点进行保留。

7.根据权利要求1所述的大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，其特征在于，所述在三组区域内依次进行管桁架、单层网格与采光顶的安装，并在安装完成后安装树状柱节点包括以下步骤：

S31、根据施工图纸确定施工安装顺序，依次为管桁架、单层网格与采光顶；

S32、依据施工图纸确定管桁架在安装时所需提升点的位置，根据提升点位置进行管桁架的安装；

S33、依据施工图纸确定单层网格安装起步圈结构，在确定完成后进行单层网格的安装；

S34、依据施工图纸确定采光顶的划分区域，并在区域内设置提升点进行采光顶的安装；

S35、在将管桁架、单层网格与采光顶安装完成后安装树状柱节点。

8.根据权利要求7所述的大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，其特征在于，所述依据施工图纸确定管桁架在安装时所需提升点的位置，根据提升点位置进行管桁架的安装包括以下步骤：

S321、将管桁架的安装区域划分为6个区块，根据施工图纸确定6个区块的安装顺序及提升点位置；

S322、对区块内进行硬化平整操作并设置钢板，在钢板完成后在钢板位置进行胎架布置；

S323、在胎架上进行管桁架拼装，依据管桁架起拱后的点位进行定位安装，上、下弦杆码板点焊连接，形成整体管桁架，完成地面预拼装；

S324、根据提升点位置在区块内进行提升架搭设，其中提升架搭设的高度大于管桁架的安装高度；

S325、在径向管桁架两端搭设支撑架，安装径向管桁架，并散装环形管桁架和直管桁架；

S326、将管桁架进行分块、分高度的提升安装，在升至指定高度时，分别在该处标高平台上补充杆件；

S327、在管桁架提升完成后进行钢柱提升，并将管桁架与钢柱进行焊接。

9.根据权利要求7所述的大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，其特征在于，所述依据施工图纸确定单层网格安装起步圈结构，在确定完成后进行单层网格的安装包括以下步骤：

S331、将单层网格的安装区域选择造型处外圈从下至上第8圈作为起步安装圈；

S332、根据起步安装圈的轴承，在起步圈构建的等分周长点处树立4组提升架；

S333、以起步安装圈中心点为圆心，按照施工图纸进行直径放样拼焊；

S334、以起步安装圈中心点为圆心向上进行拼装焊接，直至全部拼装焊接完成；

S335、在拼装完成后在提升架的辅助下与管桁架进行连接，并在连接完成后拆除提升架。

10.根据权利要求7所述的大型综合体受限空间超跨多角度异型组合钢结构施工方法，其特征在于，所述依据施工图纸确定采光顶的划分区域，并在区域内设置提升点进行采光顶的安装包括以下步骤：

S341、将采光顶的安装区域拟分为第一区域、第二区域及第三区域三个区域；

S342、在第一区域与第二区域内设置提升点位置；

S343、根据提升点位置进行提升架的搭设；

S344、通过塔吊在第一区域与第二区域内进行拱形采光顶的拼接与安装；

S345、对安装完成的采光顶在提升架的辅助下进行提升；

S346、补充采光顶内的杆件；

S347、在补充完成后继续向上提升直至达到安装高度；

S348、在采光顶提升完成后进行钢柱提升，提升至采光顶位置进行焊接；

S349、在第一区域与第二区域安装完成后进行第三区域的剩余构件安装，并再安装完成后拆除提升架。