CN114232802B - 一种钢结构穹顶网壳结构及其分段施工方法 - Google Patents

一种钢结构穹顶网壳结构及其分段施工方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种钢结构穹顶网壳结构，涉及钢结构穹顶网格施工技术的领域。其包括穹顶网架、中央支撑柱和多根幕墙柱，中央支撑柱设置在穹顶网架正下方的中央位置处，多根幕墙柱围绕中央支撑柱布设在穹顶网架的正下方。本申请能够适用于大跨度的钢结构建筑穹顶，加强了建筑对穹顶网架的支撑稳定性，并且改善了建筑内部空间的整体性和通透性。本申请同时公开了相应的穹顶施工方案，对穹顶的施工速度进行了一定的提升。

Description

一种钢结构穹顶网壳结构及其分段施工方法
技术领域
本申请涉及钢结构穹顶网格施工技术的领域，尤其是涉及一种钢结构穹顶网壳结构及其分段施工方法。
背景技术
经过最近几十年的发展，各种类型的大跨度空间幕墙结构在世界各国都得到了广泛应用，并且涌现出了许多新的结构形式和造型，形成了各具特色的建筑。
授权公告号为CN100532750C的中国专利公开了一种索杆弦支穹顶，包括上下两部分，上层包括有中心压力环、上径向杆、上环向索和边环梁，上径向杆在穹顶中心处与中心压力环连接，在周边与边环梁连接，中间与上环向索连接，上层呈网格形布置。下层包括有下径向索、下环向索和撑杆，撑杆的上端与上层节点连接，下径向索的两端分别与撑杆的下端和上层节点连接，在下径向索和撑杆的连接处还连接有下环向索，下环向索沿环向闭合布置，上下两层在边环梁处汇交在一起。
针对上述中的相关技术，发明人发现在大跨度的全封闭穹顶设计中，边环梁对弦支穹顶所能够承受的穹顶压力有限，从而对穹顶的跨度形成了限制。
发明内容
为了改善相关技术中弦支穹顶结构中的边环梁对弦支穹顶所能够承受的穹顶压力有限，从而对穹顶的跨度形成了限制的问题，本申请提供一种钢结构穹顶网壳结构及其分段施工方法。
本申请的目的之一是提供一种钢结构穹顶网壳结构采用如下的技术方案：
一种钢结构穹顶网壳结构，包括穹顶网架、中央支撑柱和多根幕墙柱，中央支撑柱设置在穹顶网架正下方的中央位置处，多根幕墙柱围绕中央支撑柱布设在穹顶网架的正下方。
通过采用上述技术方案，中央支撑柱和多根幕墙柱共同对穹顶网架进行支撑，其中中央支撑柱对穹顶网架中央位置处的结构进行了支撑，改善了相关技术中弦支穹顶结构中的边环梁对弦支穹顶所能够承受的穹顶压力有限，从而对穹顶的跨度形成了限制的问题。
可选的，所述中央支撑柱包括上顶圈和支撑网柱，支撑网柱由多根弯曲的支撑杆交叉焊接成中空的喇叭状结构，上顶圈焊接在支撑网柱的上边缘。
通过采用上述技术方案，在一定程度上扩大了中央支撑柱对穹顶网架的支撑面积，从而便于中央支撑柱承受更大的来自穹顶网架的压力，在一定程度上扩大了幕墙柱与中央支撑柱之间的布设距离，使得穹顶网架的跨度得以进一步提高。同时由于中央支撑柱的中央通透，使得建筑整体的通风性和建筑内空间的整体性得到提升。
可选的，所述穹顶网架的在中央支柱周围的部分呈蛋壳状布设。
通过采用上述技术方案，蛋壳状的穹顶结构能够使整体的穹顶网架对压力的分散能力得到一定的提高，从而提高了穹顶网架的稳定性。
可选的，所述穹顶网架包括多根放射性布设的径向梁和固接在相邻径向梁之间的连接梁，多根连接梁将相邻径向梁之间的区域分割成多个三角形区域。
通过采用上述技术方案，使得向邻近响亮之间的结构更加稳定，从而提高了穹顶网架的稳定性。
可选的，所述幕墙柱的下端向中央承重柱的方向倾斜设置。
通过采用上述技术方案，更有利于幕墙柱对穹顶网架进行支撑。
可选的，所述穹顶网架与幕墙柱接触位置处的切面与幕墙柱的长度方向相垂直。
通过采用上述技术方案，进一步提升了幕墙柱对穹顶网架的支撑能力。
可选的，所述相邻两根幕墙柱之间固接有柱间梁。
通过采用上述技术方案，在一定程度上提高了幕墙柱之间位置的稳定性，同时对穹顶网架起到一定的周向承托的作用，提高了幕墙柱对穹顶网架的支撑能力。
本申请的目的之二是提供一种钢结构穹顶网壳施工工艺包括以下步骤：
S1、按施工图纸在地面上进行定位放线，吊装并焊接固定中央支撑柱。
S2、将穹顶网格划分为悬挑部、第一施工部和第二施工部，悬挑部为柱间梁背离中央支撑柱的部分，第一施工部为悬挑部与中央支撑柱之间的区域，第二施工部为剩余的穹顶网架区域，悬挑部与第二施工部背离中央支撑柱的一侧分别架设一个塔吊。
S3、按定位线搭设倾斜幕墙柱的脚手架支撑，依次对幕墙柱及柱间梁进行吊装并焊接；
S4、同时使用两个塔吊分别在第一施工部和第二施工部区域对上顶圈与柱间梁之间的径向梁与连接梁进行吊装和焊接；
S5、按照预先画好的定位线在悬挑部背离中央支撑柱的边缘位置处搭设多个临时支撑，并将对悬挑部的径向梁与连接梁进行吊装焊接。
S6、对第一施工部与第二施工部交界位置处的连接梁进行吊装焊接。
S7、拆除临时支撑与脚手架支撑，完成施工。
S8、焊枪焊断径向梁，保证建筑的美观。
通过采用上述技术方案，在一定程度上加快了整个穹顶工程的施工速度，尽可能减少了第一施工部与第二施工部在施工过程中相互之间形成的干扰。
可选的，所述步骤4与步骤5中，第一施工区的工作人员将施工现场相邻两根径向梁与两根径向梁之间的连接梁焊接成多片网片后再对网片进行吊装焊接。
通过采用上述技术方案，在一定程度上降低了现场施工时工作人员需要在高空进行焊接的工作量，从而提高了施工速度。
可选的，所述径向梁与连接梁连接的位置处开设有定位槽。
通过采用上述技术方案，工作人员更方便找到相应的焊接位置，从而加快了穹顶网架的施工速度，也提升了穹顶网架整体布设的美观性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过在穹顶网架的中央位置处设置中央支撑柱，使得穹顶网壳整体的受力性能得到提高，更能够适应大跨度的穹顶网架构造；
2.通过将中央支撑柱设置成向上开口的喇叭状，在一定程度上提高了中央支撑柱的受力能力，减少了中央支撑柱的占地面积，同时提高了建筑的通透性和建筑空间的整体性；
3.通过对穹顶网架进行分段施工，在一定程度上提高了施工的效率。
附图说明
图1是本申请实施例中穹顶网壳施工后整体结构布设示意图。
图2是本申请实施例中穹顶网架施工过程中（径向梁未拆）的俯视图。
图3是本申请实施例中支撑杆相互连接位置处的安装结构示意图。
附图标记说明：1、穹顶网架；11、径向梁；12、连接梁；2、中央支撑柱；21、支撑网柱；211、支撑杆；2111、嵌槽；22、上顶圈；3、幕墙柱；31、柱间梁；4、悬挑部；5、第一施工部；6、第二施工部；7、临时支撑。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种钢结构穹顶网壳结构。参照图1和图2，穹顶网壳包括穹顶网架1、中央支撑柱2和多根幕墙柱3。中央支撑柱2设置在穹顶网架1正下方的中央位置处，多根幕墙柱3围绕中央支撑柱2等间距布设在穹顶网架1的正下方。
本实施例中的穹顶网架1、中央支撑柱2和幕墙柱3均采用金属钢铁材质。
通过在穹顶网架1的中央位置处设置中央支撑柱2，与周围环绕设立的幕墙柱3共同对穹顶网架1进行支撑，使得穹顶网架1受到的支撑力更加均匀，改善了相关技术中的弦支穹顶的边缘支撑结构不适用于大跨度的全封闭穹顶骨架的问题。
参照图1与图2，穹顶网架1的在中央支柱周围的部分呈蛋壳状布设。蛋壳状的穹顶结构能够对受到的压力进行分散，从而具备更高的承受能力。
为了在最小占地面积下扩大中央支撑柱2对穹顶网架1的支撑范围，中央支撑柱2选用落地开花柱的形式。具体来说，中央支撑柱2的下端固接于地面，中央支撑柱2的横截面积在竖直向上的方向上逐渐增加。
中央支撑柱2包括支撑网柱21和上顶圈22。支撑网柱21包括多根弧形支撑杆211，多根弧形支撑杆211均倾斜设置，且相互交织焊接成向上开口的喇叭状结构，使得中央支撑柱2的上端截面积逐渐增大。上顶圈22焊接固定在中央支撑柱2的上边缘，对支撑网柱21的上端进行套装固定，提高了中央支撑柱2的整体受力性能，使得中央支撑柱2能够更好地承受来自穹顶网架1的压力。
参照图3，为了提高支撑网柱21的稳定性和整体性，弧形支撑杆211交织的位置处开设嵌槽2111，两根支撑杆211通过结构嵌合后焊接的方式固定在一起。
同时，中央支撑柱2的中空结构能够有效贯穿高度方向的建筑内空间，提高了建筑内空间的整体性和通畅性，从而提升了建筑内部空间的整体效果。
参照图1和图2，穹顶网架1包括多根围绕中央支撑柱2放射性布设的径向梁11，径向梁11为弧形条状的箱式梁，且相邻径向梁11之间均焊接固定有多根连接梁12，多根连接梁12将相邻径向梁11之间的区域分割成多个三角形区域，从而使径向梁11之间的稳定性提高，进而增加了穹顶网架1整体的稳定性能。
为了提高幕墙柱3对蛋壳型穹顶网架1的支撑性能，幕墙柱3的底端向中央承重柱的方向倾斜，且幕墙柱3与穹顶网架1所构成的蛋壳状表面在幕墙柱3与穹顶网架1接触的位置处垂直。
相邻两根幕墙柱3的顶部固接有柱间梁31，多根柱间梁31形成了若干组周向梁。柱间梁31在一定程度上提高了幕墙柱3之间的关联性和稳定性，同时也对穹顶网壳的稳定性进行了一定程度的提升。
部分穹顶网架1延伸至幕墙柱3背离中央支撑柱2的一侧，作为悬挑部4。悬挑部4具有与屋檐类似的遮挡效果，同时在一定程度上给建筑带来了一定的层次效果和装饰效果。
本申请实施例一种钢结构穹顶网壳结构的实施原理为：通过设置中央支撑柱2和幕墙柱3对穹顶网架1进行支撑，使得穹顶网架1更能适应大跨度的结构，同时使用卡接和焊接固定的方式对中央支撑柱2进行连接组装，使得中央支撑柱1的结构更加稳定，从而更够承受更大的压力。
中央支撑柱2上大下小的结构增加了顶部的支撑范围，从而保证了中央支撑柱2的支撑能力，通过设置整体的上顶圈22，又对中央支撑柱2的结构进行了进一步的约束，使得中央支撑柱2的结构更加稳定。
一种钢结构穹顶网壳结构的施工工艺，包括以下步骤：
S1、按方案在地面上进行定位放线，吊装并焊接固定中央支撑柱2。
S2、将穹顶网格划分为悬挑部4、第一施工部5和第二施工部6，悬挑部4为柱间梁31背离中央支撑柱2的部分，第一施工部5为悬挑部4与中央支撑柱2之间的部分，第二施工部6为剩余的穹顶网架1的部分，悬挑部4与第二施工部6背离中央支撑柱2的一侧分别架设一个塔吊。
S3、按定位线搭设倾斜幕墙柱3的脚手架支撑，依次对幕墙柱3及柱间梁31进行吊装并焊接；
S4、同时使用两个塔吊分别在第一施工部5和第二施工部6区域对上顶圈22与柱间梁31之间的径向梁11与连接梁12进行吊装和焊接；
S5、按照预先画好的定位线在悬挑部4背离中央支撑柱2的边缘位置处搭设多个临时支撑7，并将对悬挑部4的径向梁11与连接梁12进行吊装焊接。
S6、对第一施工部5与第二施工部6交界位置处的连接梁12进行吊装焊接。
S7、拆除临时支撑7与脚手架支撑，完成施工。
S8、焊枪焊断径向梁11，保证建筑的美观。
为了提高施工速度，在步骤4和步骤5中，工作人员可以在施工现场预先将连接梁12焊接在两根径向梁11之间形成网片，再对焊好的网片进行吊装焊接。最后在穹顶上将相邻网片之间的连接梁12焊接固定。
在步骤4和步骤5中，为了保证焊接效果和整体焊接形态的一致，对网片进行吊装和焊接时进行顺时针或逆时针的单向铺设，并在吊装后一块网片时，及时对前后网片之间的连接梁12进行焊接。
悬顶部4的设置也使得穹顶网架1上的径向梁11被柱间梁31的径向梁11分割成了不同长度的尺寸，不同长度尺寸的径向梁11分别对应的放置位置。工作人员通过对径向梁11进行编号可以对径向梁11的吊装位置进行排布，减少步骤4与步骤5中径向梁11或网片的位置出现错误的情况。
同时径向梁11与连接梁12的相对连接位置处开设定位槽，以便于工作人员在焊接时将径向梁11与连接梁12焊接在对应的位置处。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种钢结构穹顶网壳结构，其特征在于：包括穹顶网架(1)、中央支撑柱(2)和多根幕墙柱(3)，中央支撑柱(2)设置在穹顶网架(1)正下方的中央位置处，多根幕墙柱(3)围绕中央支撑柱(2)布设在穹顶网架(1)的正下方；
所述中央支撑柱(2)包括上顶圈(22)和支撑网柱(21)，支撑网柱(21)由多根螺旋状的支撑杆(211)交叉焊接成中空的喇叭状结构，上顶圈(22)焊接在支撑网柱(21)的上边缘；
所述穹顶网架(1)的在中央支柱周围的部分呈蛋壳状布设；
所述穹顶网架(1)包括多根放射性布设的径向梁(11)和固接在相邻径向梁(11)之间的连接梁(12)，多根连接梁(12)将相邻径向梁(11)之间的区域分割成多个三角形区域。
2.根据权利要求1所述的一种钢结构穹顶网壳结构，其特征在于：所述幕墙柱(3)的下端向中央承重柱的方向倾斜设置。
3.根据权利要求2所述的一种钢结构穹顶网壳结构，其特征在于：所述穹顶网架(1)与幕墙柱(3)接触位置处的切面与幕墙柱(3)的长度方向相垂直。
4.根据权利要求1所述的一种钢结构穹顶网壳结构，其特征在于：相邻两根幕墙柱(3)之间固接有柱间梁(31)。
5.一种钢结构穹顶网壳分段施工方法，其特征在于：用于权利要求1-4任一项所述一种钢结构穹顶网壳结构的施工，包括以下步骤：
S1、按施工图纸在地面上进行定位放线，吊装并焊接固定中央支撑柱(2)；
S2、将穹顶网架(1)划分为悬挑部(4)、第一施工部(5)和第二施工部(6)，悬挑部(4)为柱间梁(31)背离中央支撑柱(2)的部分，第一施工部(5)为悬挑部(4)与中央支撑柱(2)之间的部分，第二施工部(6)为剩余的穹顶网架(1)部分，悬挑部(4)与第二施工部(6)背离中央支撑柱(2)的一侧分别架设一个塔吊；
S3、按定位线搭设倾斜幕墙柱(3)的脚手架支撑，依次对幕墙柱(3)及柱间梁(31)进行吊装并焊接；
S4、同时使用两个塔吊分别在第一施工部(5)和第二施工部(6)区域对上顶圈(22)与柱间梁(31)之间的径向梁(11)与连接梁(12)进行吊装和焊接；
S5、按照预先画好的定位线在悬挑部(4)背离中央支撑柱(2)的边缘位置处搭设多个临时支撑(7)，并将对悬挑部(4)部分的径向梁(11)与连接梁(12)进行吊装焊接；
S6、对第一施工部(5)与第二施工部(6)交界位置处的连接梁(12)进行吊装焊接；
S7、拆除临时支撑(7)与脚手架支撑，完成施工；
S8、焊枪焊断径向梁（11），保证建筑的美观。
6.根据权利要求5所述的一种钢结构穹顶网壳分段施工方法，其特征在于：所述步骤4与步骤5中，工作人员将施工现场相邻两根径向梁(11)与两根径向梁(11)之间的连接梁(12)焊接成多块网片后再对网片进行吊装焊接。
7.根据权利要求6所述的一种钢结构穹顶网壳分段施工方法，其特征在于：所述径向梁(11)与连接梁(12)连接的位置处开设有定位槽。
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