WO2017121315A1 - 一种建筑桁架及楼板的施工方法 - Google Patents

一种建筑桁架及楼板的施工方法 Download PDF

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何炳泉
谢永超
邓恺坚
肖焕詹
冯少鹏
杨翔
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黄华
陈智富
蒋明曦
李世蕃
古嘉昌
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Abstract

一种建筑桁架及楼板的施工方法，包含如下步骤：收集建筑施工要求，设计桁架(1)结构；运用有限元软件建立桁架(1)及桁架(1)连接的下层建筑与上层建筑结构模型；对模型进行力学验算，计算出桁架(1)的高受力节段进行局部注砼强化；用有限元软件对模型进行挠度分析，计算桁架(1)荷载后下弦杆(12)向下位移量，向下位移后的下弦杆(12)两端在与立柱连接位置处设有缺口，该缺口为后焊节点(5)；制作桁架(1)，在立柱(4)对应后焊节点(5)的位置设置后焊接口；桁架(1)及楼板现场施工。所述方法能够解决现有技术中由于钢桁架弹性比普通混凝土结构大，容易使上部混凝土结构因挠度过大而开裂，桁架荷载后沉降变形对立柱产生较大的不良侧压力等一系列技术质量问题。

Description

一种建筑桁架及楼板的施工方法 技术领域
本发明涉及一种桁架施工方法，尤其涉及一种建筑桁架及楼板的施工方法。
背景技术
桁架结构在早期主要是应用于木桥和屋架，而最早的金属桁架结构出现1845年的英国。桁架结构的最大特点就是当各节点均为铰接时，节点上杆件只承受轴力，而不承受弯矩和剪力。随着近代科学技术的发展，建筑材料性能得到极大的提升，钢筋混凝土桁架、钢桁架结构及型钢混凝土组合式桁架也随之应用于工程实践之中。
由于钢材具有强度高、自重轻、变形能力强、材质均匀及各向同性好等特点特别适合建造大跨度及超高层建筑。
2015年军事医学科学院院务部徐福宾教授采用有限元计算软件，建立三维模型，对建筑和施工过程中的临时支撑体系进行了数值模拟分析，得到了支撑架的应力和应力分布规律，其只是在简单的支撑架受力上进行了分析。
而随着钢桁架研究的不断深入，在最近几年，桁架的使用功能不断增加，其中比较新型的是箱型转换钢桁架的诞生。箱型转换钢桁架多用于大跨度空间与普通楼层结构的转换，造型美观，具有较大的结构承载力。采用轧制钢板焊接成型，借助于工厂大型加工设备，可加工成巨型铸钢节点。解决施工现场焊接复杂、质量不易保证的问题。但是，由于必须保证桁架杆件的抗压能力，往往架体杆件钢材厚高度较大，架体截面高度大。
方案 拟增加用钢量 不足之处
提高截面面积 120t 结构净空减少
加大钢板厚度 约50t 需要采取特殊措施保证厚钢板焊接质量
现有的调整方式均不能达到预期效果。
此外，由于钢桁架弹性比普通混凝土结构大，容易使上部混凝土结构因挠度过大而开裂，桁架荷载后沉降变形对立柱产生较大的不良侧压力等一系列技术质量问题急切需要解决。
本工程项目需要，裙楼转换桁架跨度为32m，桁架构件上部须支承上部5-7层楼盖，采用钢筋混凝土梁作为转换结构的施工难度较大，材料的耗损较多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种建筑桁架及楼板的施工方法，能够解决上述现有技术中 由于钢桁架弹性比普通混凝土结构大，容易使上部混凝土结构因挠度过大而开裂，桁架荷载后沉降变形对立柱产生较大的不良侧压力等一系列技术质量问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种建筑桁架及楼板的施工方法，，包含如下步骤：
S1：收集建筑施工要求，设计桁架结构，所述桁架包括由上弦杆和下弦杆构成的弦杆、以及连接在上弦杆和下弦杆之间的腹杆；
S2：运用有限元软件建立桁架及桁架连接的下层建筑与上层建筑结构模型；
S3：用有限元软件对模型进行力学验算，计算出弦杆或腹杆的受压力值，受压力值超过预设值进入步骤S4，受压力值不超过预设值则进入步骤S5；所述预设值为建筑施工要求允许桁架形变安全范围内的受压力值；
S4：对桁架的上弦杆进行模拟注砼强化，选取下弦杆或腹杆的受压力值超过预设值的部位作为高受压节段进行模拟局部注砼强化，进入步骤S3；
S5：用有限元软件对模型进行挠度分析，计算桁架荷载后下弦杆向下位移量，向下位移后的下弦杆在与下层建筑的立柱连接位置处设有缺口，所述缺口为后焊节点，所述立柱对应后焊节点位置设置后焊接口；
S6：用有限元软件对模型进行应力分布分析，在受力较小的部位设置分段点，将桁架分割为若干的分段桁架；
S7：根据模型制作分段桁架；
S8：桁架及楼板现场施工。
作为本发明优选的方案，所述步骤S8的桁架及楼板现场施工包括：
S8.1：搭建支撑架，在支撑架上表面设置有千斤顶；
S8.2：吊装分段桁架，将分段桁架放置在千斤顶上，并进行左右方向及垂直方向调整，待位置调整完毕后在上弦杆和下弦杆的两侧上各焊接一块临时支撑钢板与已安装完毕的分段桁架焊接固定，在下弦杆的底板边缘处各焊接一块临时支撑钢板与其底下承载分段桁架的工字钢焊接固定；
S8.3：焊接分段桁架，分段桁架安装就位后，进行分段桁架间的对接焊，焊接部位包括上弦杆与上弦杆的对接焊，下弦杆与下弦杆的对接焊，腹杆与腹杆的对接焊，焊接完成后，割除步骤S8.2中的临时支撑钢板并进行焊后焊缝处理；
S8.4：重复所述步骤S8.1～步骤S8.3，进行下一段分段桁架拼接，完成整条桁架的吊装及焊接，并留置下弦杆的后焊节点不焊接；
S8.5：释放千斤顶，进行桁架整体同步调整；
S8.6：重复步骤S8.1～步骤S8.5，完成多条平行布置的桁架施工；
S8.7：在上弦杆内全部注砼，在下弦杆和腹杆经步骤S4模拟的高受压节段局部注砼；
S8.8：在相邻的两条桁架之间铺设多条平行布置的叠合板，在叠合板上铺设构造筋，构造筋分别与叠合板的预应力筋和设置在上弦杆顶部的栓钉绑扎固定；其中，相邻的两块叠合板之间留有一定间距，并在该间距的底面设置模板；
S8.9：在叠合板上进行砼浇筑形成楼板；
S8.10：将下弦杆的后焊节点与立柱的后焊接口进行焊接；
S8.11：在后焊节点处的下弦杆内灌注砼。
作为本发明优选的方案，所述支撑架的顶部设有临时支墩，所述临时支墩包括铺设在支撑架顶部的钢网片以及在桁架接缝位置两侧各放置两根并排的工字钢，所述工字钢放置在钢网片上，所述千斤顶放置在工字钢上。
作为本发明优选的方案，所述支撑架底部设置垫板，所述支撑架设置有剪刀支撑。
作为本发明优选的方案，所述步骤S8.3中，在分段桁架的拼接处预留工艺孔，通过该工艺孔对桁架内部焊缝进行焊接。
作为本发明优选的方案，所述步骤S8.7中，在桁架内的高受力节段两侧设置竖板，所述竖板在所述桁架内围合形成用于注砼的局部空腔。
作为本发明优选的方案，所述步骤S8.11中，在所述后焊节点处的下弦杆内设置竖板，所述竖版与所述下弦杆围合形成用于注砼的局部空腔。
作为本发明优选的方案，所述步骤S8.2的具体步骤：采用两点绑扎法，两个吊点以分段桁架的重心为中心点呈对称设置并高于分段桁架的重心；待分段桁架吊离地面一定距离后作短暂停留，根据分段桁架的安装就位角度，调节绳索上的倒链，改变各条绳索的起吊长度来调节分段桁架的倾斜角度，以保证绳索与吊机吊钩的中心线通过分段桁架的重心；将分段桁架吊至既定位置的千斤顶上，然后利用手动葫芦及钢丝绳进行左右方向的调整，再利用千斤顶进行垂直方向的调整，待位置调整完毕后在上弦杆和下弦杆的两侧上各焊接一块临时支撑钢板与已安装完毕的分段桁架焊接固定，在下弦杆的底板边缘处各焊接一块临时支撑钢板与其底下承载分段桁架的工字钢焊接固定。
作为本发明优选的方案，所述步骤S8.5的具体步骤：通过设立总指挥和释放点的副指挥，指导释放操作人员的统一操作，在调整过程中，每级释放到位后，操作人员应及时报告给副指挥，并由副指挥传达给总指挥，每级释放后，暂停5～10min进行桁架结构内力与变形的数据实测，并检验千斤顶情况，使各个千斤顶受力均匀，同时进行桁架结构变化的监测，桁架结构变化的监测包括轴向水平位移监测、侧向位移监测、桁架代表截面与重要节点的应力监测。
作为本发明优选的方案，所述步骤S8.8中的栓钉设计时按完全抗剪连接设计，设计方法为：
S8.8.1：以弯距绝对值最大点及零弯距为界限，划分若干剪跨区段；
S8.8.2：逐段确定各剪跨区段内的上弦杆与混凝土交界面的纵向剪力；
S8.8.3：位于正弯距区段的剪跨Vs＝Astfst；
式中，Ast为负弯距区混凝土翼缘板内有效宽度内纵向受拉钢筋的截面积；fst为受拉钢筋的抗拉强度设计值；
S8.8.4：确定每个剪跨内所需栓钉的数量nf＝Vs/Nv c；
式中，Nv c为单个栓钉的抗剪承载力设计值；
S8.8.5：将算得的栓钉数目在相应的剪跨内均匀布置。
实施本发明的一种建筑桁架及楼板的施工方法，与现有技术相比较，具有如下有益效果：
1、本发明运用有限元软件分析桁架应力，对桁架的上弦杆进行注砼强化，选取下弦杆或腹杆的受压力值超过预设值的部位作为高受压节段进行局部注砼强化，从而增强桁架的强度和刚度，提高转换桁架承载能力，有效解决现有技术中由于桁架弹性变形使上部混凝土结构因挠度过大而开裂的问题；
2、本发明运用有限元软件分析桁架荷载挠度，设定后焊节点位置和预留后焊接口，在后期施工中通过补焊后焊接口有效解决了桁架受力变形对立柱产生较大的不良侧压力问题；
3、在制作桁架时可以减少后焊接口数量，直接体现在施工环节降低焊接工作量，提高施工效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是本发明在立柱上搭建桁架的结构示意图；
图2是分段桁架分段拼装时的结构示意图；
图3是分段钢梁左右方向的精确调整后固定的结构示意图；
图4是分段钢梁垂直方向的精确调整后固定的结构示意图；
图5是有限元软件对模型进行力学验算弦杆受力仿真示意图；
图6是有限元软件对模型进行力学验算腹杆受力仿真示意图；
图7是有限元软件对上弦杆模拟局部注砼后受力仿真示意图；
图8是有限元软件对下弦杆和腹杆模拟局部注砼后受力仿真示意图；
图9是有限元软件对桁架模型荷载挠度仿真示意图；
图10是叠合板间拼缝处的连接结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的优选实施例，一种建筑桁架及楼板的施工方法，包含如下步骤：
S1：收集建筑施工要求，设计桁架1结构，如图1所示，所述桁架1为双向桁架，包括上弦杆11、下弦杆12、以及连接在上弦杆11和下弦杆12之间的腹杆13，优选的桁架1为钢箱桁架。
S2：运用有限元软件建立桁架1及桁架1连接的下层建筑与上层建筑结构模型。
S3：用有限元软件对模型进行力学验算，计算出桁架1的受压的弦杆或腹杆13的受压力值，弦杆11、12或腹杆13的受压力值超过预设值则进入步骤S4，受压力值不超过预设值则进入步骤S5；所述预设值为建筑施工要求允许桁架1形变安全范围内的受压力值。
参见图5和图6，为有限元软件对桁架1模型进行力学验算，上弦杆11、下弦杆12和腹杆13的受力仿真示意图，A部位代表最大拉力点，B部位代表最大压力点，而且图中颜色由浅到深表示受力大小，也即颜色深表示桁架1受力处于危险范围，浅色表示桁架1受力处于安全范围。根据仿真结果，图5中，弦杆主要为下弦杆12一些部位的压力，也有一些部位的拉力值过高，且主要为A部位的拉力超过预设值；图6中，腹杆13同时有多处的B部位承受压力超过预设值以及另有个别A部位承受拉力偏高。
S4：对桁架1的上弦杆11进行模拟注砼强化，选取下弦杆12或腹杆13的的受压力值超过预设值的部位作为高受力节段进行模拟局部注砼强化，进入步骤S3重新进行力学验算，如图7所示为上弦杆11模拟注砼后弦杆受力仿真结果，发现上弦杆11受力均匀且处于安全范围。
如图8所示，继续在下弦杆12和腹杆13的经步骤S3验算出的高受力节段进行模拟注砼强化，桁架1整体受力均匀且处于安全范围，局部注砼即可达到桁架1整体的强化。
S5：在桁架上增加所述上层建筑结构的荷载，用有限元软件对模型进行挠度分析，计算桁架1荷载后下弦杆12向下位移量，向下位移后的下弦杆12两端在与立柱4连接位置处设有缺口，所述缺口为后焊节点5，所述立柱4对应后焊节点5位置设置后焊接口；如图9所示，图中A部位代表最大拉力点，B部位代表最大压力点，颜色由浅到深表示受力大小，也即颜色越深表示桁架1受力处于危险范围，浅色表示桁架1受力处于安全范围。根据仿真结果，桁架1在荷载后在局部受力严重，中间部位扰度明显，产生较大向下位移，在本工程项目中，测得最大竖向扰度41mm。
S6：用有限元软件对模型进行应力分布分析，在受力较小的部位设置分段点，将桁架1分割为若干的分段桁架10；其中，桁架结构的应力分布由BIM三维建模模拟施工找出，桁架分为四段。
S7：根据模型制作分段桁架10。
S8：桁架及楼板现场施工。
其中，所述步骤S8的桁架及楼板现场施工包括：
S8.1：搭建支撑架2，
具体实施时，为保证桁架吊装、叠合板安装及混凝土浇筑时结构的稳定和安全，需结合现场实际情况及分段桁架10长宽的情况搭设临时支撑架，支撑架应具有承受上部荷载及满足人员作业通行的功能，可沿钢梁腹板边至防护栏杆边缘顺桥向铺设脚手板作为人行通道及腹板焊接工作平台，脚手板采用铁丝固 定在脚手架的钢管上。
8.1.1支撑架2的架体设计
结合现场实际情况及分段桁架10长宽的情况，桁架安装临时支撑架2采用扣件式脚手架进行搭设。
支撑架2的架体沿着钢箱梁方向搭设一个3.2m宽支撑架2，支撑架2立杆横纵间距均为0.8m，横杆步距1.5m；支撑架2立杆下端设垫板，该垫板优选为木垫板，支撑架2顶部满铺钢网片22。为了便于钢梁安装焊接，钢梁接缝位置两侧800mm位置横桥向各放置两根并排工字钢23做为临时支墩，工字钢23放置在钢网片22上，在工字钢23上设置有千斤顶3。
支撑架2搭设后，为使支架稳定，纵横向、水平向均用扣件式钢管设置剪刀支撑21，在支撑架2的外四周设置一道剪刀撑，之后纵向每五排设置一道剪刀支撑，横向每五排设置一道剪刀支撑，纵横向剪力支撑与地面夹角45°～60°。水平向随支架高度每升起3m搭设一道剪刀支撑。在柱位置，采用水平剪刀支撑将架体与柱锁住，增加架体结构稳定性。
用于临时支撑用的支撑架2搭设需满足有关扣件式钢管脚手架规范中的相关规定，进行受力验算。
8.1.2工作平台设置
钢梁腹板焊接平台及钢梁两侧人行通道：沿钢箱梁腹板边至防护栏杆边缘顺桥向铺设脚手板作为人行通道及腹板焊接工作平台，脚手板采用铁丝固定在支撑架2的钢管上。
8.1.3支撑架2的安全防护设计
临时支撑架2搭设时，在架体和钢梁周边进行安全防护，防高空坠物、坠落，确保施工安全。支撑架2的操作平台处设1.2m高安全防护栏杆24，栏杆24周边采用绿色安全密目网进行封闭。
S8.2：吊装分段桁架10
将分段桁架10放置在千斤顶3上，并进行左右方向及垂直方向调整，待位置调整完毕后在上弦杆11和下弦杆12的两侧上各焊接一块临时支撑钢板14与已安装完毕的分段桁架10焊接固定，在下弦杆的底板边缘处各焊接一块临时支撑钢板15与其底下承载分段桁架10的工字钢23焊接固定。
8.2.1吊机的选择
大跨度桁架1采用分段吊装法进行施工时，根据结构形式、分段的重量、分段的就位标高以及现场的施工条件，可选用塔式起重机、桅杆式起重机和自行杆式起重机。起重机的三个主要参数为起重量、起重高度和起重半径：起重量必须大于所吊最重构件加起重滑车组的重量；起吊高度必须满足所需要安装的最高的构件的吊装要求；起重半径应满足在起重量与起重高度一定时，能保持一定距离吊装该构件的要求。若现场吊装的桁架1较少，可直接采用塔吊进行吊装。
8.2.2吊装顺序
结构分段的吊装顺序是以有利于结构安装测控，减小结构安装累积误差，加快工程进度的原则进行确定的。
8.2.3吊装工艺
1)吊点的设置。吊点的数量应视构件(分段桁架10)的长度、形状、重量等进行选择，一般分段吊装的构件长度较短，采用两点绑扎法即能满足要求；吊点与构件重心应相对称并高于构件重心，保证构件吊装的稳定性；若采用钢丝绳捆绑梁构件进行吊装，则梁棱角边缘应衬以麻袋片、半边钢管或短方木护角。
吊点的设置原则：
保证吊耳焊接位置为主结构面，如果吊耳位置无结构面采用临时加强的形式来保证吊耳强度；两个合拢吊耳应该均匀的分布在分段桁架10上，应该保证分段的重心在两个吊耳形成的中心点附近。
2)起吊和就位。采用合适的吊索具规格。起吊前应检验绳索、卡具等是否完好，待构件吊离地面约0.2m后应作短暂停留，检验设备、工具是否工作正常，并根据结构分段的安装就位角度，调节绳索上的倒链，改变各条绳索的起吊长度，来调节吊装分段的倾斜角度，以满足其就位要求。此工序要保证绳索与吊机吊钩的中心线应通过分段桁架10的重心。如果分段桁架10属于水平放置，就不需调整分段的倾斜角度，可直接进行吊运。
吊装过程中，应在分段桁架10两边用牵引溜绳进行控制，起吊过程应匀速缓慢，切不可为加快吊装进度而“心急手快”，防止构件在空中因过大摆动而碰撞其它构件或建筑物。当分段桁架10吊至设计位置离支座近20cm时，令吊机减慢速度，辅助以人力扶正分段桁架10，在吊机和人工的协调配合下使梁中心线与事先放好的支承面中心线对准，然后缓慢就位，如有偏差，可稍吊起用撬杠等工具拨正。
一般用多个千斤顶3作为梁的临时支承，桁架落位时，由于各支承点不能同时与分段桁架10发生作用，往往是部分千斤顶先行受力，经过调整并落架后，所有支承千斤顶才会全部受力。为避免因千斤顶的受力不均而引起破坏，在支撑架2顶部的千斤顶3旁边另设枕木或其他坚实垫物，使之能参与受力，加强结构的支承作用，也方便分段桁架10校正时的千斤顶3调整。
3)分段桁架10的精确校正。分段桁架10吊装至既定位置后，若位置与设计位置存在误差，需对钢梁吊装位置进行细部精确调整，调整按照先平面位置再高程的顺序进行精校内容包括中心轴线、分跨间距、标高、垂直度等，垂直度检验可用挂线锤球，其他检验内容可用经纬仪、全站仪等进行。检验后如果存在偏差，应采用工具进行校正，校正工具主要有千斤顶、撬杠、钢楔、倒链、法兰螺栓等。校正过程应避免构件发生局部变形，桁架校正完后，便可进行固定。如果梁的高宽比较大，为保证稳定性，应用拉索或固定钢架将分段桁架固定。具体方法如下：
a.左右方向的精确调整方法，如图2和图3所示：
在待调整的桁架1顶板处焊接四个耳板，然后用手动葫芦6及钢丝绳5进行左右位置微调，待调整完毕后在上弦杆11和下弦杆12的两侧上各焊接一块临时支撑钢板14与已安装完毕的分段桁架10焊接固定。
b.垂直方向的精确调整方法，如图3和图4所示：
在分段桁架经过左右方向的调整以后，进行垂直方向的调整，调整通过4台15t千斤顶来调节，千斤顶3要放置在工字钢21上方，千斤顶3不能直接接触分段桁架底板，要在液压杆上放置1块钢板块，调整时要进行精密测量，达到要求后加入钢垫片及钢楔，要求在每个腹板处均设置垫片。待调整完毕后，在下弦杆的底板边缘处各焊接一块临时支撑钢板15与其底下承载分段桁架10的工字钢23焊接固定。
分段桁架10安装过程中，项目测量人员进行全过程检测。
分段桁架10吊装前，测量人员提前在支撑架2顶部放出分段桁架10边线及中心线，便于分段桁架10吊装定位；同时复核支撑架2顶部高程(即分段桁架10底板高程)是否准确，如误差超过规范要求，及时进行调整，以免耽误钢梁吊装。
分段桁架10每拼装完毕一段后，测量人员对安装完毕的分段桁架10顶板进行十字测量放线，同时进行高程测量，复核分段桁架10平面方向和垂直方向是否安装正确，如误差超过规范要求，及时进行调整。
S8.3：焊接分段桁架10
分段桁架10安装就位后，便可进行分段桁架10间的对接焊，焊接部位包括上弦杆与上弦杆的对接焊，下弦杆与下弦杆的对接焊，腹杆与腹杆的对接焊，但由于焊缝较多且较集中，应严密制定焊接工艺，控制焊接变形。
其中，在分段桁架10的拼接处预留工艺孔，通过该工艺孔对钢梁内部焊缝进行焊接；焊接完成后，割除步骤S8.2中的临时支撑钢板并进行焊后焊缝处理。
8.3.1焊接难点
桁架1属于薄壁封闭构件，须分别进行箱外、箱内焊接，箱内工作环境狭小，不利于施工操作，易影响焊接质量。因此桁架1的焊接难点是分段拼接时焊缝的处理。
截面较大的桁架，对接焊缝较长，焊接容易引起腹板的波浪状变形，从而不易保持箱体的几何截面尺寸。现场安装组对时，对接接头平整度完全要达到接头错边允许值(≤1/10t，≯3mm)的严格要求相当难，必然存在对接口的走形、对角线差异、长缝区坡口部板缘起伏等误差。因此，采取增加定位焊分段密度、分段焊缝长度、卡码等特殊工艺措施进行约束是必要的，但这些措施易造成焊缝内定位焊起弧收弧处增多，根部焊接连贯性差等焊接缺陷。接头在准予焊接后，最先介入的作业工序为缝内清理，之后即为焊前加热。因桁架的截面较大而钢板较薄，薄板储热功能低、散热功能却高，升温快、降温也快，膨胀快、收缩演变也快，极易导致刚加热投入正式焊接的接头局部先行进入缩变，给控制接头总缩变和保持截面的几何尺寸带来困难。
为了保证大跨度桁架内部焊缝的焊接质量，确保桁架整体的稳定性，杜绝薄弱环节，经专家论证及受力验算后，在分段桁架构件制作加工时在桁架分段拼接处预留方形工艺孔，从而通过该工艺孔对钢梁内部焊缝进行焊接，以便构件拼装时确保暗处每条边焊接完整。
经施工实践验证，工艺孔设置为方形孔可大大提高分段桁架10之间内部焊接连接质量，而且回装方 便快捷，易于控制回装焊接质量，不影响钢箱梁的整体性。当桁架焊接完，需要进行工艺孔的回装。回装是采用反面贴铁衬垫的方式来单面焊成型，贴条宽度宜在30-40mm之间，回装钢板厚度、强度及材料必须与腹板材质一致。回装钢板四边必须是45°的斜口，并确保满焊焊接和焊接检测合格。
8.3.2主要焊接工艺
1)做好焊前准备
事先完备焊接作业所需的机具、焊材、剔凿工机具、计量器具、防护器材、器材机具屯放台的配备与周边安全防护设置，确保进入焊接施工后焊工不因施工手段不完备而导致焊接暂时中止；事先完成焊接接头包括缝内定位焊起始处与终了处凸起部位的清除工作，需要砂磨成缓坡状的均须事先进行；事先标识出分段焊的焊缝长度、焊肉厚度、焊接方向等；清楚地完成实物交底，避免混淆。
2)正式施焊
a.焊接参数：对于箱形截面的对接焊，可采用的主要焊接方法有手工电弧焊和CO2气体保护焊，应根据实际焊接位置选择合适的方法，因CO2气体保护焊热输入小，焊接质量易于保证，可优选此方法。
b.预热：当工作环境温度较低、分段桁架10板厚和刚性较大时，应进行预热，即在正式焊接前靠近焊接线处用火焰、工频感应、红外线等加热，达到降低焊接冷却速度，减少应力，防止产生裂纹的目的，预热后应立即进行施焊。预热温度主要由钢材的含碳量决定，其他元素含量也由不同程度的影响，一般情况下，低合金钢的预热温度为100～150℃。
c.定位焊：定位焊属于短焊缝焊接，作为正式焊缝的一部分，其质量应与正式焊缝一样得到严格保证。定位焊的焊缝位置应对称均匀分布，防止局部约束过大；定位焊缝长度和高度应适宜，主要根据实际焊缝长度和坡口形式进行确定，一般长度为30～60mm，高度为5～8mm；定位焊采用的焊材应与实际焊接同型，也可选用强度等级稍低的焊条或焊丝；定位焊的焊接电流应稍大于焊接时的电流(提高10％～15％)，以减少间断焊接中夹渣等的缺点。
d.焊接顺序：为控制焊接变形，应采用对称、分层多道退焊进行焊接。以下弦杆12的焊接顺序为：先进行下弦杆12底板焊接，由两名焊工按序施焊，一名焊工先从箱内焊缝中部向一方向起焊至一侧腹板工艺孔处收弧，再从另一侧侧板工艺孔处起焊至接头，另一名焊工在箱外待箱内焊工完成第一段焊接后，从侧板工艺孔处接头焊至超出焊缝30mm引弧板处停弧，再到分段桁架10另一侧焊缝引弧板超出焊缝30mm处起弧焊至工艺孔处接头。按此焊接顺序完成每一层焊接至整条焊缝完成；然后焊接两侧侧板，分若干段由上至下分层、分道退焊完成；最后是上翼缘板焊接，分段分层退焊完成。
3)焊后焊缝处理
a.焊接完成后，衬垫板、引出引入板应按要求割除，将药渣、飞溅清理干净；按适合的温度进行后热处理，消除焊接应力，随着材质与板厚的不同，后热温度也不同，一般低碳钢的后热温度为600～650℃。
b.焊接质量检查：通过外观检查，检验焊缝金属表面焊波是否均匀，是否有裂纹、未熔合、夹渣、焊瘤、咬边、烧穿、弧坑和针状气孔等缺陷。通过无损探伤，检验焊缝的内部缺陷，如裂纹、未焊透、气 孔、夹渣等。
c.焊缝检查出缺陷后，要制订焊缝返修方法，返修焊接工艺应与原订焊接工艺相同，也应严格执行预热、后热等原定方案，补焊后的焊缝应进行重新探伤。
S8.4：重复所述步骤S8.1～步骤S8.3，进行下一段分段桁架拼接，完成整条桁架的吊装及焊接，并留置下弦杆的后焊节点不焊接。
S8.5：释放千斤顶3，进行桁架1整体同步调整；
同步调整是指采用一定的方法使结构各支承点的卸荷过程同时进行，同时停止，保持前后操作的统一性。一般采用计算机进行同步性控制具有较好的精确性，有利于结构的逐渐受力；也可采用人工控制，只是人工控制过程同步性精度相对较差，但方法简单，可节约工程成本。
进行人工同步调整，主要是通过设立总指挥和释放点的副指挥(一般在每个胎架上设立一个副指挥)，指导释放操作人员的统一操作，始终保持总指挥的发号施令→副指挥的回应与开始命令→操作人员的具体操作整个过程的统一性和流畅性。
为做好同步操作，操作人员必须定位定岗，释放前熟悉和掌握操作要领和要求，清楚自己的操作点位置、该点千斤顶3释放控制值、压杆操作速度与次数、标尺读数等，并在地面进行一次实际演示。释放时，操作人员应听从指挥、统一动作，可以事先规定统一的口号，使压杆操作保持稳定的节奏和速度。每级释放到位后，操作人员应及时报告给副指挥，并由副指挥传达给总指挥。每级释放后，暂停5～10min进行结构内力与变形的数据实测，并检验千斤顶3情况，若存在倾斜者应进行逐个调整扶正，若千斤顶3与桁架10底部之间不得有悬空现象，应立即顶紧，使各个千斤顶3受力均匀。在每个释放点处预备若干个千斤顶3，当万一释放千斤顶出现破坏时，及时在相应点位补设千斤顶；释放过程中，千斤顶的倾斜调整应逐个进行，而不能随便移动，以免单个千斤顶作用过大额发生破坏。
最后，桁架的释放监测是释放过程中重要环节，其结果不仅能体现结构安装质量，又能为结构分析提供参考依据。
监测内容：为详细了解释放过程中结构的变化情况，释放监测内容应详尽全面，并能直接反映结构变化，监测内容包括桁架的轴向水平位移、侧向位移、钢梁代表截面与重要节点的应力等。以上监测内容在结构释放前、结构释放过程中、结构释放后三天内均应进行监测，并及时记录监测结果。
监测方法：释放监测采用稳定、直观、可靠的传统测试方法，包括拉线法、倾角仪、直观量测方法、水准仪、全站仪和电阻应变等。
监测点的布置：根据结构特点，在合理位置布设监测点，以求得更为准确可靠的监测结果。例如在桁架1的端部设置游标卡尺，可较准确监测出钢梁的轴线水平位移；在各分段桁架10的内表面布置应变花，可准确监测出钢箱梁截面应力变化等。
S8.4：重复所述步骤S8.1～步骤S8.3，进行下一段分段桁架10拼接，完成整条桁架的吊装及焊接，并留置下弦杆的后焊节点不焊接；
S8.5：释放千斤顶，进行桁架整体同步调整；
S8.6：重复步骤S8.1～步骤S8.5，完成多条平行布置的桁架施工。
S8.7：在上弦杆内全部注砼，在下弦杆和腹杆经步骤S4模拟的高受压节段局部注砼；
优选的，所述步骤S8.7中，在桁架1内的高受力节段两侧设置竖板，所述竖板在所述桁架内围合形成用于注砼的局部空腔，从而阻挡流体砼的横向流动，在浇筑过程中更凝实稳固，在局部注砼效果上得到保障。
S8.8：在相邻的两条桁架之间铺设多条平行布置的叠合板7，具体实施时，由于考虑到叠合板的造价问题，叠合板7采用单向预应力叠合板，叠合板与叠合板之间留有一定间距，约为30mm，并在该间距的底面设置模板71，如图10所示。需要说明的是，预应力叠合板具有轻型大跨，预制装配，快速施工、防火性能好、造价低等特点，可代替模板，取消脚手架，大大加快施工速度，节约人力、物力、财力。叠合板与钢梁组合，可以提高钢梁的抗弯刚度，减少截面高度，增加结构的稳定。
在叠合板上铺设构造筋8，构造筋8分别与叠合板的预应力筋72和桁架顶部的栓钉绑扎固定；模板71被钢丝吊挂在构造筋8上；之后浇筑混凝土层9成整浇楼板，能够满足整体的受力要求及裂缝控制。
其中，栓钉设计时按完全抗剪连接设计，设计方法为：
S8.8.1：以弯距绝对值最大点及零弯距为界限，划分若干剪跨区段；
S8.8.2：逐段确定各剪跨区段内的上弦杆与混凝土交界面的纵向剪力；
S8.8.3：位于正弯距区段的剪跨Vs＝Astfst；
式中，Ast为负弯距区混凝土翼缘板内有效宽度内纵向受拉钢筋的截面积；fst为受拉钢筋的抗拉强度设计值；
S8.8.4：确定每个剪跨内所需栓钉的数量nf＝Vs/Nv c；
式中，Nv c为单个栓钉的抗剪承载力设计值；
S8.8.5：将算得的栓钉数目在相应的剪跨内均匀布置。
栓钉设计的构造要求：
1)钉头下表面宜高出翼板底部钢筋顶面30mm。
2)栓钉的纵向最大间距不应大于混凝土翼板厚度的4倍，且不大于400mm。
3)栓钉的外侧边缘与钢梁翼缘边缘之间的距离不应小于20mm；栓钉顶面的混凝土保护层厚度不应小于15mm。
4)当栓钉位置不正对钢梁腹板时，如钢梁上翼缘承受拉力，则栓钉杆直径不应大于钢梁上翼缘厚度的1.5倍；如钢梁上翼缘不承受拉力，则栓钉杆直径不应大于钢梁上翼缘厚度的2.5倍。
5)栓钉长度不应小于其杆径的4倍。
6)栓钉沿梁轴线方向的间距不应小于杆径的6倍，垂直于梁轴线方向的间距不应小于杆径的4倍。
S8.9：在叠合板上进行砼浇筑形成楼板。
S8.10：将向下位移后的下弦杆12上的后焊节点5与立柱的后焊接口进行焊接。
S8.11：在后焊节点5处的下弦杆12内灌注砼。
优选的，所述步骤S8.11中，在所述后焊节点5处的下弦杆内设置竖板，所述竖版与所述下弦杆围合形成用于注砼的局部空腔，从而阻挡流体砼的横向流动，在浇筑过程中更凝实稳固，在局部注砼效果上得到保障。
如图4所示，对比图2和图3仿真结果，在上弦杆11内注砼强化能明显减小桁架1受力，且在上弦杆11注砼降低桁架1扰度效果显著，如图5所示，在上弦杆11注砼后，在下弦杆12和腹杆13中局部注砼，即在不改变桁架结构的同时最大程度强化桁架，具有很高的经济性和实用性。
综上所述，实施本发明的一种建筑桁架及楼板的施工方法，与现有技术相比较，具有如下有益效果：
1、本发明运用有限元软件分析桁架应力，对桁架的上弦杆进行注砼强化，选取下弦杆或腹杆的受压力值超过预设值的部位作为高受压节段进行局部注砼强化，从而增强桁架的强度和刚度，提高转换桁架承载能力，有效解决现有技术中由于桁架弹性变形使上部混凝土结构因挠度过大而开裂的问题。
2、本发明运用有限元软件分析桁架荷载挠度，设定后焊节点位置和预留后焊接口，在后期施工中通过补焊后焊接口有效解决了桁架受力变形对立柱产生较大的不良侧压力问题。
3、在制作桁架时可以减少后焊接口数量，直接体现在施工环节降低焊接工作量，提高施工效率。
4、本发明实现大型转换桁架的高空安装，提高了施工机械的使用效率，缩短了施工工期，节约了施工成本。
5、本发明采用桁架与叠合板结合的结构体系，实现大跨度楼板免支模安装，将楼板跨度提高至4.5～5.5m，达到不设次梁条件下的结构简化，减少材料损耗，提高施工效率，节省施工成本。
6、本发明采用分段高空拼装、独立支撑架支撑、千斤顶同步协调下的安装工艺，实现大跨度大型转换桁架的精确安装。
7、本发明通过合理布置叠合板与桁架连接的栓钉和构造筋，使桁架与楼板连接紧密，实现桁架与楼板的整体受力。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

  1. 一种建筑桁架及楼板的施工方法，其特征在于，包含如下步骤：
    S1：收集建筑施工要求，设计桁架结构，所述桁架包括由上弦杆和下弦杆构成的弦杆、以及连接在上弦杆和下弦杆之间的腹杆；
    S2：运用有限元软件建立桁架及桁架连接的下层建筑与上层建筑结构模型；
    S3：用有限元软件对模型进行力学验算，计算出弦杆或腹杆的受压力值，受压力值超过预设值进入步骤S4，受压力值不超过预设值则进入步骤S5；所述预设值为建筑施工要求允许桁架形变安全范围内的受压力值；
    S4：对桁架的上弦杆进行模拟注砼强化，选取下弦杆或腹杆的受压力值超过预设值的部位作为高受压节段进行模拟局部注砼强化，进入步骤S3；
    S5：用有限元软件对模型进行挠度分析，计算桁架荷载后下弦杆向下位移量，向下位移后的下弦杆在与下层建筑的立柱连接位置处设有缺口，所述缺口为后焊节点，所述立柱对应后焊节点位置设置后焊接口；
    S6：用有限元软件对模型进行应力分布分析，在受力较小的部位设置分段点，将桁架分割为若干的分段桁架；
    S7：根据模型制作分段桁架；
    S8：桁架及楼板现场施工。
  2. 根据权利要求1所述的建筑桁架及楼板的施工方法，其特征在于，所述步骤S8的桁架及楼板现场施工包括：
    S8.1：搭建支撑架，在支撑架上表面设置有千斤顶；
    S8.2：吊装分段桁架，将分段桁架放置在千斤顶上，并进行左右方向及垂直方向调整，待位置调整完毕后在上弦杆和下弦杆的两侧上各焊接一块临时支撑钢板与已安装完毕的分段桁架焊接固定，在下弦杆的底板边缘处各焊接一块临时支撑钢板与其底下承载分段桁架的工字钢焊接固定；
    S8.3：焊接分段桁架，分段桁架安装就位后，进行分段桁架间的对接焊，焊接部位包括上弦杆与上弦杆的对接焊，下弦杆与下弦杆的对接焊，腹杆与腹杆的对接焊，焊接完成后，割除步骤S8.2中的临时支撑钢板并进行焊后焊缝处理；
    S8.4：重复所述步骤S8.1～步骤S8.3，进行下一段分段桁架拼接，完成整条桁架的吊装及焊接，并留置下弦杆的后焊节点不焊接；
    S8.5：释放千斤顶，进行桁架整体同步调整；
    S8.6：重复步骤S8.1～步骤S8.5，完成多条平行布置的桁架施工；
    S8.7：在上弦杆内全部注砼，在下弦杆和腹杆经步骤S4模拟的高受压节段局部注砼；
    S8.8：在相邻的两条桁架之间铺设多条平行布置的叠合板，在叠合板上铺设构造筋，构造筋分别与叠合板的预应力筋和设置在上弦杆顶部的栓钉绑扎固定；其中，相邻的两块叠合板之间留有一定间距，并在该间距的底面设置模板；
    S8.9：在叠合板上进行砼浇筑形成楼板；
    S8.10：将下弦杆的后焊节点与立柱的后焊接口进行焊接；
    S8.11：在后焊节点处的下弦杆内灌注砼。
  3. 根据权利要求2所述的建筑桁架及楼板的施工方法，其特征在于，所述支撑架的顶部设有临时支墩，所述临时支墩包括铺设在支撑架顶部的钢网片以及在桁架接缝位置两侧各放置两根并排的工字钢，所述工字钢放置在钢网片上，所述千斤顶放置在工字钢上。
  4. 根据权利要求2所述的建筑桁架及楼板的施工方法，其特征在于，所述支撑架底部设置垫板，所述支撑架设置有剪刀支撑。
  5. 根据权利要求2所述的建筑桁架及楼板的施工方法，其特征在于，所述步骤S8.3中，在分段桁架的拼接处预留工艺孔，通过该工艺孔对桁架内部焊缝进行焊接。
  6. 根据权利要求2所述的建筑桁架及楼板的施工方法，其特征在于，所述步骤S8.7中，在桁架内的高受力节段两侧设置竖板，所述竖板在所述桁架内围合形成用于注砼的局部空腔。
  7. 根据权利要求2所述的建筑桁架及楼板的施工方法，其特征在于，所述步骤S8.11中，在所述后焊节点处的下弦杆内设置竖板，所述竖版与所述下弦杆围合形成用于注砼的局部空腔。
  8. 根据权利要求2所述的建筑桁架及楼板的施工方法，其特征在于，所述步骤S8.2的具体步骤：采用两点绑扎法，两个吊点以分段桁架的重心为中心点呈对称设置并高于分段桁架的重心；待分段桁架吊离地面一定距离后作短暂停留，根据分段桁架的安装就位角度，调节绳索上的倒链，改变各条绳索的起吊长度来调节分段桁架的倾斜角度，以保证绳索与吊机吊钩的中心线通过分段桁架的重心；将分段桁架吊至既定位置的千斤顶上，然后利用手动葫芦及钢丝绳进行左右方向的调整，再利用千斤顶进行垂直方向的调整，待位置调整完毕后在上弦杆和下弦杆的两侧上各焊接一块临时支撑钢板与已安装完毕的分段桁架焊接固定，在下弦杆的底板边缘处各焊接一块临时支撑钢板与其底下承载分段桁架的工字钢焊接固定。
  9. 根据权利要求2所述的建筑桁架及楼板的施工方法，其特征在于，所述步骤S8.5的具体步骤：通过设立总指挥和释放点的副指挥，指导释放操作人员的统一操作，在调整过程中，每级释放到位后，操作人员应及时报告给副指挥，并由副指挥传达给总指挥，每级释放后，暂停5～10min进行桁架结构内力与变形的数据实测，并检验千斤顶情况，使各个千斤顶受力均匀，同时进行桁架结构变化的监测，桁架结构变化的监测包括轴向水平位移监测、侧向位移监测、桁架代表截面与重要节点的应力监测。
  10. 如权利要求2所述的建筑桁架及楼板的施工方法，其特征在于，所述步骤S8.8中的栓钉设计时 按完全抗剪连接设计，设计方法为：
    S8.8.1：以弯距绝对值最大点及零弯距为界限，划分若干剪跨区段；
    S8.8.2：逐段确定各剪跨区段内的上弦杆与混凝土交界面的纵向剪力；
    S8.8.3：位于正弯距区段的剪跨Vs＝Astfst；
    式中，Ast为负弯距区混凝土翼缘板内有效宽度内纵向受拉钢筋的截面积；fst为受拉钢筋的抗拉强度设计值；
    S8.8.4：确定每个剪跨内所需栓钉的数量nf＝Vs/Nv c；
    式中，Nv c为单个栓钉的抗剪承载力设计值；
    S8.8.5：将算得的栓钉数目在相应的剪跨内均匀布置。
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