CN111851746A - 一种多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法，所述施工方法包括：S1、施工准备；S2、测量放线：钢栈桥轴线测量；胎架位置复测；S3、顶板构件预埋；S4、钢栈桥拼装；S5、吊装机械组装；S6、拼装胎架安装；S7、巨型空间管桁架拼装；S8、桁架吊装；S9、高空焊接；S10、结构卸载。本发明具有受力合理、承载力高、刚度大、便于施工的特点。
Description
技术领域
本发明涉及大跨度空间桁架屋盖体系技术领域，具体涉及一种多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法。
背景技术
随着我国空间结构技术的不断发展，大跨度空间结构被广泛应用于体育馆、会展中心、机场等公共场所，建筑造型也愈加丰富。大跨度屋盖结构采用钢结构时具有自重轻、承载性能好、节省材料的特点，同时钢结构屋盖对建筑造型适应性较好，结构布置灵活，容易满足建筑外观效果和使用功能要求。其中倒梯形屋盖结构具有造型优美、与自然环境相协调的特点，在大跨度屋盖结构中越来越受欢迎。但是，倒梯形屋盖结构复杂、形状不规则，对加工制作及施工安装精度要求高。因此有必要提出一种受力合理、承载力高、刚度大、便于施工的屋盖结构体系的施工方法。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法。
本发明提供的一种多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法, 所述施工方法包括：
S1、施工准备：根据设计图纸，核对材料、构件用量，对所述构件的规格、型号、材质进行复核；根据施工场地、排产计划及结构形式，将桁架进行分区；确定所述桁架的吊装顺序、吊装机械；
S2、测量放线：钢栈桥轴线测量；胎架位置复测；
S3、顶板构件预埋：地下室顶板施工时，提前在所述吊装机械行走路线上的地下室钢柱顶端设置钢栈桥紧固预埋件；
S4、钢栈桥拼装：选择箱型梁焊接形成标准单元，通过多个所述标准单元拼接实现钢栈桥的逐步延伸；其中，所述钢栈桥的上部铺设路基箱，所述紧固预埋件上布设压力传感器；其中，所述钢栈桥拼装前，进行吊装机械上顶板方案模拟分析，得出结构应力分布图；
S5、吊装机械组装：所述吊装机械以组件形式运至施工现场，在所述钢栈桥上组装成型后进入工作状态；
S6、拼装胎架安装；
S7、巨型空间管桁架拼装；
S8、桁架吊装：桁架吊装时，根据所述结构应力分布图，在结构应力最大处布设应力应变传感器；
S9、高空焊接：桁架对接焊缝经检测合格后，进入结构卸载阶段；检测不合格的，按返修要求对焊缝进行缺陷处理后再次报检，直至结果合格；
S10、结构卸载：卸载时，若所述应力应变传感器数据无较大波动证明荷载稳定下降，符合预期要求；若所述应力应变传感器数据波动较大，说明本次卸载量过大，需立即停止卸载，待数据稳定、应力释放后在进行下一步卸载。
优选地，S1中，所述吊装顺序为：由北向南进行安装；所述吊装机械为：采用2台400吨履带吊进行分段吊装；采用250吨和150吨履带吊辅助桁架拼装、脱胎和吊装。
优选地，S4中，所述吊装机械上顶板方案模拟分析具体如下：利用Midas软件进行有限元软件模拟得出结构应力分布图，通过数值分析得出同一工况下设置与不设置钢栈桥时，地下室顶板应力应变的变化，分析不同工况下地下室顶板的荷载分配形式依此给出最不利工况下的最优解决方案，最大程度减少施工荷载对地下室顶板的不利影响。
优选地，S5中，所述吊装机械组装完成后，在作业半径内自行吊装下一块钢栈桥及路基箱，以此实现钢栈桥的向前延伸，直至钢栈桥安装完毕，所述吊装机械进入吊装作业面。
优选地，S7中，所述巨型空间管桁架拼装的具体方法如下：利用汽车吊将分段桁架的主弦杆吊装至所述拼装胎架，测量每一节点的标高，控制好接口的空间位置并临时点焊固定；所述主弦杆复测合格后开始拼装腹杆；所述腹杆用水准仪、经纬仪、钢卷尺复测无误后，先点焊固定，确认桁架拼装尺寸无误后，再进行全方位的焊接。
优选地，S8中，所述桁架吊装的具体方法如下：进行支撑胎架安装；桁架吊点模拟分析；采用单机抬吊和双机抬吊进行桁架的吊装。
优选地，所述支撑胎架的落脚采用可调节支座，调整高度为100-300mm；所述支撑胎架的顶部设有可转换平台。
优选地，S10中、结构卸载前，使用Midas/Gen软件在多种工况下对屋盖体系卸载过程进行数值模拟，比较各工况下卸载后的理论位移值，选择结构位移与结构应力最小的卸载工况。
本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法，具有受力合理、承载力高、刚度大、便于施工的特点。
附图说明
图1是本发明实施例的流程示意图。
图2是本发明实施例中桁架分区示意图。
图3是本发明实施例中支撑胎架的结构示意图。
图4是本发明实施例中单机抬吊的示意图。
图5是本发明实施例中双机抬吊的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例
一种多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法, 如图1所示，所述施工方法包括：
S1、施工准备：根据设计图纸，理解设计意图和深度，核对材料、构件用量，对所述构件的规格、型号、材质进行复核，确保满足设计和规范要求；根据施工场地、排产计划及结构形式，将桁架进行分区，如图2所示：将屋盖桁架总体划分为A、B、C、D四个施工分区，总体施工顺序为A区→B区→C区→D区；确定所述桁架的吊装顺序、吊装机械，所述吊装顺序为：由北（12轴）向南（1轴）进行安装；所述吊装机械为：采用2台400吨履带吊进行分段吊装；采用250吨和150吨履带吊辅助桁架拼装、脱胎和吊装；
S2、测量放线：钢栈桥轴线测量，复测所述紧固预埋件位置及标高以确定钢栈桥实际位置；胎架位置复测，施工过程中主要使用两种胎架：用于构件地面拼装的拼装胎架和临时支撑桁架的支撑胎架，所述拼装胎架测放调平支撑挡块标高，以保证桁架空间位置满足设计要求，所述支撑胎架测放轴线位置，保证桁架荷载准确传递；
S3、顶板构件预埋：地下室顶板施工时，提前在所述履带吊行走路线上的地下室钢柱顶端设置钢栈桥紧固预埋件；所述紧固预埋件为矩形钢板和四颗连接螺栓，埋件中心与地下室钢柱中心连线保持竖直，通过所述紧固预埋件连接地下室钢柱与钢栈桥箱型梁，使上部荷载通过钢栈桥传至地下室钢柱，最终传递给工程桩，既保证上部荷载不影响地下室顶板，也能实现钢栈桥的抄平；
S4、钢栈桥拼装：选择Q235B箱型梁（截面为800x500x30、500x300x30、500x500x30）焊接形成9m×9m标准单元，通过多个所述标准单元拼接实现钢栈桥的逐步延伸；
其中，所述钢栈桥的上部铺设200mm厚路基箱，宽度1.5m，所述钢栈桥的底部位于紧固预埋件上设置压力传感器，沿所述钢栈桥全长每隔18m（两节标准单元）布置1处；所述压力传感器主要监测履带吊安装，开行，以及作业时设置位置处的竖向轴力；数据在运训范围内波动，说明下部结构处于较为安全稳定的状态；一旦某处数据出现突变，代表该位置下部结构失稳，此时需立即停止上部履带吊施工，对下部结构进行加固处理，待下部结构稳定后方可继续；
其中，所述钢栈桥拼装前，进行双400吨履带吊上顶板方案模拟分析：利用Midas软件进行有限元软件模拟得出结构应力分布图，通过数值分析得出同一工况下设置与不设置钢栈桥时，地下室顶板应力应变的变化，分析不同工况下地下室顶板的荷载分配形式依此给出最不利工况下的最优解决方案，最大程度减少施工荷载对地下室顶板的不利影响；
S5、400吨履带吊组装：2台400吨履带吊均以组件形式运至施工现场，直接在所述钢栈桥上利用已有的250吨履带吊进行组装，无需另外设置坡道供履带吊开上钢栈桥，组装完成后即可进入工作状态；所述400吨履带吊组装完成后，在作业半径内自行吊装下一块钢栈桥及路基箱，以此实现钢栈桥的向前延伸，直至钢栈桥安装完毕，所述400吨履带吊进入吊装作业面；
S6、拼装胎架安装：拼装胎架用于桁架分段地面拼装，材质为Q235B，立杆选择普通H型钢或圆管（圆管规格不小于P180x6，H型钢规格不小于H250X250X6X8）；固定斜撑、剪刀撑采用普通小方管、槽钢或角钢；调平支撑挡块与桁架弦杆外表皮直接接触，起到精确固定作用，选择12-16mm厚钢板；底部垫20mm厚钢板；
S7、巨型空间管桁架拼装：屋盖结构主要为变截面倒梯形桁架，共11榀，构件截面大（中心线尺寸为5.9mX4.2m）、杆件规格大（最大弦杆规格为P800X50），单榀标准桁架长度130m，总重390吨，由三个V型柱支撑，最大跨度为72m，安装最高点标高为26.568m；
管桁架拼装时，利用汽车吊将分段桁架的主弦杆吊装至所述拼装胎架，测量每一节点的标高，控制好接口的空间位置并临时点焊固定；所述主弦杆复测合格后开始拼装腹杆；所述腹杆用水准仪、经纬仪、钢卷尺复测无误后，先点焊固定，确认桁架拼装尺寸无误后，再进行全方位的焊接；
S8、桁架吊装：（1）进行支撑胎架安装：如图3所示，所述支撑胎架采用2mx2mx1.5m标准节段四肢格构柱，四肢均采用ø89x4钢管，截面尺寸为2m×2m， 缀条采用ø60x3.5钢管，材质均为Q345B，承重胎架由4片胎架组成，胎架接长采用M16×50高强螺栓连接；
（2）桁架吊点模拟分析：构件起吊前需确定吊点位置，单机抬吊设置4个吊点，均位于桁架上弦杆，每侧的两个吊点设置在同一根水平腹杆两端；双机抬吊设置8个吊点，每侧400吨履带吊对应4个点；应用Midas软件分析每一段构件质心的空间位置，通过不断调整两侧吊点的位置，模拟吊装时构件的翻转情况，寻找最平稳的起吊工况，此时吊点的位置即为最优选择，通过大量的数值模拟可以得出吊点的布置原则：吊点三维空间的几何中心与吊装构件的质心处于同一立面内；
（3）采用单机抬吊和双机抬吊进行桁架的吊装：由桁架分段形式确定吊装工况：各吨位履带吊单机台吊和400吨重型履带吊双机抬吊；A、各吨位履带吊单机台吊，如图4所示：单机抬吊的全部桁架分段均采用原位拼装、分段吊装的施工工艺；在履带吊吊装半径内选择合适的拼装场地，分段桁架拼装完成后，原位脱胎；B、400吨重型履带吊双机抬吊，如图5所示：因竖向支撑主要分布于主桁架两侧，中间部位跨度较大，需采用2台400吨履带吊联合双机抬吊工艺；主桁架两侧悬挑分段采用原位拼装、分段吊装工艺；中段大跨桁架采用场外拼装、场内组装、整体吊装工艺；吊装过程中，通过布设在400吨履带吊上的力矩传感器，监测两台重型履带吊的起重力矩，通过数据分析软件实时传递给信号工和履带吊驾驶员，便于实时监控两台重型履带吊的工作状态，一旦出现某侧力矩突变，***即发出警报，提醒驾驶员和信号工及时作出调整；通过软硬件的相互配合，实现双机联动协同工作，确保吊装过程中两台机械同步，构件姿态平稳，保证施工安全；
其中，桁架吊装时，根据所述结构应力分布图，在结构应力最大处布设应力应变传感器；
其中，为了保证所述支撑胎架与主桁架下弦杆外表皮有效顶紧，且卸载后又能保证桁架最终标高满足设计要求，有以下几点控制手段：所述支撑胎架的落脚全部采用可调节支座，调整高度约为100-300mm；根据每一根支撑胎架实际安装高度的不同，在支撑胎架的顶部设置一个可转换平台，起到竖向传力、调节支撑高度的作用；桁架设计应考虑预起拱措施，现场支撑点标高依据的是预起拱设计值，等支撑胎架拆除后，等结构自由弹性回落、稳定后应满足实际设计标高要求；
S9、高空焊接：屋盖空间桁架跨度大，吊装分段多，不可避免地存在屋面桁架主弦杆对接情况；主弦杆对接焊缝为一级焊缝，要求100%超声波探伤，桁架相贯线焊缝为三级焊缝；现场焊接主要采用CO2半自动保护焊和手工电弧焊的焊接方式；其中一级对接焊缝采用CO2半自动保护焊，其它焊缝采用手工电弧焊接；桁架对接焊缝经检测合格后，进入结构卸载阶段；检测不合格的，按返修要求对焊缝进行缺陷处理后再次报检，直至结果合格；
S10、结构卸载：结构卸载前，使用Midas/Gen软件在多种工况下对屋盖体系卸载过程进行数值模拟（结构分级卸载模拟分析），比较各工况下卸载后的理论位移值，选择结构位移与结构应力最小的卸载工况；卸载时，卸载作业过程中，依据所述应力应变传感器的实时数据实行分级卸载，不可一次性全部卸载，避免因反力突变而形成冲击荷载、破坏已有结构、造成安全事故；若所述应力应变传感器数据无较大波动证明荷载稳定下降，符合预期要求，安装完成；若所述应力应变传感器数据波动较大，说明本次卸载量过大，需立即停止卸载，待数据稳定、应力释放后在进行下一步卸载；依据事前制定的方案，结合预先布设的应力应变传感器，掌握构件力学状态及空间信息，实时调整，确保施工卸载安全。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法,其特征在于，所述施工方法包括：
S1、施工准备：根据设计图纸，核对材料、构件用量，对所述构件的规格、型号、材质进行复核；根据施工场地、排产计划及结构形式，将桁架进行分区；确定所述桁架的吊装顺序、吊装机械；
S2、测量放线：钢栈桥轴线测量；胎架位置复测；
S3、顶板构件预埋：地下室顶板施工时，提前在所述吊装机械行走路线上的地下室钢柱顶端设置钢栈桥紧固预埋件；
S4、钢栈桥拼装：选择箱型梁焊接形成标准单元，通过多个所述标准单元拼接实现钢栈桥的逐步延伸；其中，所述钢栈桥的上部铺设路基箱，所述紧固预埋件上布设压力传感器；其中，所述钢栈桥拼装前，进行吊装机械上顶板方案模拟分析，得出结构应力分布图；
S5、吊装机械组装：所述吊装机械以组件形式运至施工现场，在所述钢栈桥上组装成型后进入工作状态；
S6、拼装胎架安装；
S7、巨型空间管桁架拼装；
S8、桁架吊装：桁架吊装时，根据所述结构应力分布图，在结构应力最大处布设应力应变传感器；
S9、高空焊接：桁架对接焊缝经检测合格后，进入结构卸载阶段；检测不合格的，按返修要求对焊缝进行缺陷处理后再次报检，直至结果合格；
S10、结构卸载：卸载时，若所述应力应变传感器数据无较大波动证明荷载稳定下降，符合预期要求；若所述应力应变传感器数据波动较大，说明本次卸载量过大，需立即停止卸载，待数据稳定、应力释放后在进行下一步卸载。
2.如权利要求1所述的多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法，其特征在于，S1中，所述吊装顺序为：由北向南进行安装；所述吊装机械为：采用2台400吨履带吊进行分段吊装；采用250吨和150吨履带吊辅助桁架拼装、脱胎和吊装。
3.如权利要求1所述的多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法，其特征在于，S4中，所述吊装机械上顶板方案模拟分析具体如下：利用Midas软件进行有限元软件模拟得出结构应力分布图，通过数值分析得出同一工况下设置与不设置钢栈桥时，地下室顶板应力应变的变化，分析不同工况下地下室顶板的荷载分配形式依此给出最不利工况下的最优解决方案，最大程度减少施工荷载对地下室顶板的不利影响。
4.如权利要求1所述的多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法，其特征在于，S5中，所述吊装机械组装完成后，在作业半径内自行吊装下一块钢栈桥及路基箱，以此实现钢栈桥的向前延伸，直至钢栈桥安装完毕，所述吊装机械进入吊装作业面。
5.如权利要求1所述的多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法，其特征在于，S7中，所述巨型空间管桁架拼装的具体方法如下：利用汽车吊将分段桁架的主弦杆吊装至所述拼装胎架，测量每一节点的标高，控制好接口的空间位置并临时点焊固定；所述主弦杆复测合格后开始拼装腹杆；所述腹杆用水准仪、经纬仪、钢卷尺复测无误后，先点焊固定，确认桁架拼装尺寸无误后，再进行全方位的焊接。
6.如权利要求1所述的多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法，其特征在于，S8中，所述桁架吊装的具体方法如下：进行支撑胎架安装；桁架吊点模拟分析；采用单机抬吊和双机抬吊进行桁架的吊装。
7.如权利要求6所述的多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法，其特征在于，所述支撑胎架的落脚采用可调节支座，调整高度为100-300mm；所述支撑胎架的顶部设有可转换平台。
8.如权利要求1所述的多线型大跨度倒梯形空间桁架屋盖体系施工方法，其特征在于，S10中、结构卸载前，使用Midas/Gen软件在多种工况下对屋盖体系卸载过程进行数值模拟，比较各工况下卸载后的理论位移值，选择结构位移与结构应力最小的卸载工况。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114108923A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-03-01 | 中建钢构工程有限公司 | 管桁架的拼装方法 |
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