CN117588064A - 一种超大净高平顶钢构施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑构件的运输或装配技术领域，公开了一种超大净高平顶钢构施工方法，本发明中，通过先在三面修建多层钢结构建筑一面修建梁柱网格围合成大净高井，使大净高井的形变在一个有限的、可自行恢复的范围内且不会因形变而开裂；然后用拉结钢梁网对大净高井进行拉结，使大净高井在发生形变时内部横截面的尺寸不发生明显变化，不会因形变而影响大净高井的使用；最后分段安装顶棚主梁并组合成大净高井的顶棚，使顶棚可在大净高井会发生形变的前提下顺利安装。以上各点结合，通过让形变不影响施工以及使用，克服了超大净高平顶钢构刚度较低而带来的不利影响，不需要增加结构刚度硬抗形变，从而能以极低的成本和极短的工期完成建筑施工。
Description
技术领域
本发明涉及建筑构件的运输或装配技术领域，特别是涉及一种超大净高平顶钢构施工方法。
背景技术
建筑的净高指的是房间的天花板到底板的高度差，不同的室内活动对建筑的净高要求不同，绝大部分室内活动需要的净高在3米以下，室内体育活动对建筑净高的要求会高一些，但即使是要求最高的排球馆，12.5米以上的净高也已能够满足国际赛事的需求了。当然，田径赛事可能会对层高有更高的要求，例如链球可能会被抛到更高的空中，但考虑到田径赛事对水平方向的空间的要求，其不适合在室内举行，一般在室外举行。
出于以上原因，现有建筑中，超大层高的单间很少出现。仅在某些特定的超大装配车间（如火箭总装车间）以及某些地标性的建筑（如一些大教堂）中出现，其建筑性质相当于“奇观”。工期和成本对这类建筑而言不构成阻碍。其可以采用不计工本的方式进行施工，通过挖很深的基坑确保地基稳固，通过大量堆砌高刚度的建材（如石材/高标号的钢筋混凝土）来确保在超大单体尺寸下仍有足够的刚度。其施工工期可达数年甚至数世纪。
虽然民用建筑中很少有对超大层高的需求，但这并不是因为用不到，而是因为成本难以接受。超大层高对于一些特型表演/特型拍摄而言是很有必要的，举例来讲，以奥特曼为代表的特摄剧，其涉及到大量复杂的空中场景的拍摄，需要具有很大净高的影棚，影棚净高越高，就能布置越多的空中道具并增大空中场景的景深。而资金紧张导致近年来的特摄剧无力租借大净高的影棚，导致很多复杂空中场景只能以精细度较低的CG来呈现。另一个对超大层高有很高要求的案例是室内高空杂技的日常排练。实际的表演可以在地标建筑级别的大剧场中进行，哪怕大剧场的使用成本较高，也能通过更高的演出收入来解决。但日常排练过程没有收入，也就没法负担起高昂的建筑使用成本。
本发明涉及的中国杂技艺术中心C区合成排练厅就属于这种情况，该建筑用于供室内高空杂技的日常排练，建筑的成本以及工期都不能太高，不然使用者负担不起。但排除掉那些棚子样式的临时建筑，目前已有的永久性大净高结构中，普遍需要用到钢筋混凝土剪力墙来确保建筑刚度（因为钢结构的刚度较低，而大净高的单间会严重降低建筑刚度），钢筋混凝土剪力墙需要逐层浇筑，需要合适的气温来施工，需要较深的基坑来确保稳固，从而导致施工成本提升且工期延长。当然，穹顶钢构可以用可接受的成本和工期得到很大的净高，但问题在于这种建筑中只有中心部位的净高是符合需求的。而如果要让穹顶钢构中所有部位的净高符合需求，其成本又会明显增大。
发明内容
本发明提供一种超大净高平顶钢构施工方法。
解决的技术问题是：现有建筑结构中，由于需要满足刚度要求，大净高平顶结构需要用剪力墙维持建筑刚度，从而使施工成本提升且工期延长。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种超大净高平顶钢构施工方法，用于施工纯钢结构的平顶建筑，所述平顶建筑中带有一个用于室内高空表演、记作大净高井的房间，所述大净高井为由钢结构围护而成、横截面呈矩形的平顶房间，大净高井四面的钢结构中，三面记作小形变围护，一面记作大形变围护，所述小形变围护为多层钢结构建筑，所述大形变围护为由一排钢柱以及钢柱之间的钢梁连接而成的梁柱网格；
所述大净高井的顶棚主梁垂直于大形变围护设置，每根顶棚主梁从一端到另一端逐段安装并焊接连接为一体；
所述施工方法包括以下步骤：
步骤一：完成小形变围护及大形变围护的施工；
步骤二：在大净高井底部悬空安装拉结钢梁网，所述拉结钢梁网为分别与大形变围护及各小形变围护固定连接的钢梁网格；
步骤三：在拉结钢梁网上安装用于临时支撑顶棚主梁的临时支撑柱，所述临时支撑柱设置在各顶棚主梁的分段的接缝位置；
步骤四：安装顶棚主梁，并完成大净高井的顶棚安装。
进一步，所述大净高井的高度不小于24米。
进一步，步骤四中，各根顶棚主梁从一个小形变围护向另一个小形变围护逐个安装，每根顶棚主梁安装完成后立即安装后方的顶棚次梁。
进一步，步骤三中，临时支撑柱上设置有用于稳固临时支撑柱的缆风绳，所述缆风绳以临时支撑柱为中心呈放射状排布，缆风绳下端固定在拉结钢梁网的网格节点上。
进一步，所述大净高井内还设置有多个用于安装高空表演设备的马道层，所述马道层为绕大净高井内部一周设置的马道，上下相邻的马道层之间设置有爬梯，至少一个马道层与小形变围护中的一层楼板等高且连通。
进一步，所述大形变围护中的梁的材质为有弹性的钢材。
进一步，所述临时支撑柱为由塔吊标准节叠合而成的桁架柱。
进一步，所述临时支撑柱顶部设置有柱顶板且底部设置有柱底板，柱顶板及柱底板分别与临时支撑柱固定连接，所述柱顶板及柱底板边沿分别设置有用于避免在柱顶板及柱底板上作业的施工人员跌落的围栏。
进一步，所述桁架柱设置在拉结钢梁网的网格节点位置，桁架柱的四根立杆分别设置在四根钢梁上；柱底板的四角分别通过底板固定板与拉结钢梁网固定连接，所述底板固定板为板面竖直设置且分别与柱底板及拉结钢梁网焊接连接的钢板，柱底板的每个角上设置两块相互垂直的底板固定板。
本发明一种超大净高平顶钢构施工方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明中，通过先在三面修建多层钢结构建筑（刚度相对较大，且形变后能够恢复），一面修建梁柱网格（允许形变，起到类似变形缝的作用），围合成大净高井，使大净高井的形变在一个有限的、可自行恢复的范围内且不会因形变而开裂；然后用拉结钢梁网对大净高井进行拉结，使大净高井在发生形变时内部横截面的尺寸不发生明显变化，不会因形变而影响大净高井的使用；在大净高井的内部横截面的尺寸不会发生明显变化的情况下，分段安装顶棚主梁并组合成大净高井的顶棚，使顶棚可在大净高井会发生形变的前提下顺利安装。以上各点结合，通过让形变不影响施工以及使用，克服了超大净高平顶钢构刚度较低而带来的不利影响，不需要增加结构刚度硬抗形变，从而能以极低的成本和极短的工期（实际仅施工了大形变围护、拉结钢梁网、顶棚，别的部分是共用的）完成建筑施工。
附图说明
图1为本发明涉及的超大净高平顶钢构的平面图，为区分大净高井，图中未画拉结钢梁网及顶棚主梁；
图2为顶棚主梁分段安装的示意图；
图3为临时支撑柱与拉结钢梁网的连接方式示意图；
图中，1-大净高井，21-小形变围护，22-大形变围护，3-拉结钢梁网，4-顶棚主梁，5-临时支撑柱，6-缆风绳，7-柱底板，8-底板固定板，9-马道层。
具体实施方式
以中国杂技艺术中心C区合成排练厅的施工为例，如图1-3所示，一种超大净高平顶钢构施工方法，用于施工纯钢结构的平顶建筑，平顶建筑中带有一个用于室内高空表演、记作大净高井1的房间，大净高井1为由钢结构围护而成、横截面呈矩形的平顶房间，大净高井1四面的钢结构中，三面记作小形变围护21，一面记作大形变围护22，小形变围护21为多层钢结构建筑，大形变围护22为由一排钢柱以及钢柱之间的钢梁连接而成的梁柱网格。
这里的“大净高井1”，指的是它像天井那样由其它建筑围起来而成，并不是指它横截面很小。本实施例中的中国杂技艺术中心C区合成排练厅，为长33.6米，宽25.2米，高31.5米的单间，是一个超大的“铁笼。”在这个尺度下，其形变特性就相当于用细铁丝围合而成的大笼子。若按常规的方式进行设计及施工，不仅在搭建完成后容易因为风荷载等原因而发生屈服，在搭建过程中也会因为变形而导致最后安装的钢构件难以安装。
因此，这里选择采用多层钢结构建筑把大净高井1三个侧面围起来，多层钢结构建筑刚度相对较大，且形变后能够恢复，但显然各部分多层钢结构的形变很难确保一致，不一致时就容易把大净高井1撕裂，因此在大净高井1的第四个侧面不是多层钢结构建筑，而是钢梁钢柱形成的网格，也即所谓的“大形变围护22”，其允许发生较大的形变，起到变形缝的作用，在能够传递水平方向的力的前提下避免大净高井1被撕裂。
如图2所示，大净高井1的顶棚主梁4垂直于大形变围护22设置，每根顶棚主梁4从一端到另一端逐段安装并焊接连接为一体；分段安装的目的有二，其一为确保在大净高井1会发生形变的前提下也能完成安装，其二为允许安装更大规格的顶棚主梁4，从而增大顶棚的承载能力，允许吊挂更多的演出设备。而大净高井1的顶棚主梁4垂直于大形变围护22设置，首先是因为这个方向上跨度较小，其次是为了避免影响大形变围护22的形变。
施工方法包括以下步骤：
步骤一：完成小形变围护21及大形变围护22的施工；
本实施例中的小形变围护21，包括C区日常练功房，以及设备间和宿舍，小形变围护21中的房间通向大净高井1。
步骤二：在大净高井1底部悬空安装拉结钢梁网3，拉结钢梁网3为分别与大形变围护22及各小形变围护21固定连接的钢梁网格；
这里的拉结钢梁网3作用非常多，首先它起到字面意义上的拉结作用，确保大净高井1的横截面稳定，不会因为周边的形变而影响日常使用；其次它也是施工器械的一部分，供安装临时支撑柱5及缆风绳6，如果把临时支撑柱5及缆风绳6这类受力很大的构件设置在地下室顶板上，则还需要通过复杂的计算以及加固措施来避免地下室顶板被破坏；最后，它对于演出而言也是有用的，在它上面铺设楼板后，它下面的空间就形成了不低于地面的设备间，方便安装各种精细的舞台设备，同时又可避免舞台设备因低于地面而有被淹的风险。注意如果要铺设楼板的话，楼板的铺设应在建筑整体施工完成后进行，以免在施工中被破坏。
步骤三：在拉结钢梁网3上安装用于临时支撑顶棚主梁4的临时支撑柱5，临时支撑柱5设置在各顶棚主梁4的分段的接缝位置；
这里的临时支撑柱5用于支撑顶棚主梁4的分段，同时柱顶也可以作为施工平台。它起到的实际上类似于满堂脚手架的作用，但由于这里需要进行的高空操作少且集中，用临时支撑柱5就够了。
步骤四：安装顶棚主梁4，并在顶棚主梁4之间安装垂直于顶棚主梁4的顶棚次梁，形成钢梁网格，完成大净高井1的顶棚安装。
至此，结构主体施工完成，后续还需要进行墙板、屋顶板以及幕墙等各种装饰性构件的安装。
大净高井1的高度不小于24米。单层建筑高于24米则视作高层建筑。本发明中的施工方法是针对高层建筑的，如果施工的建筑较低的话，可进行简化。
步骤四中，各根顶棚主梁4从一个小形变围护21向另一个小形变围护21逐个安装，每根顶棚主梁4安装完成后立即安装后方的顶棚次梁。这里“后方”，指的是顶棚主梁4安装方向(从一个小形变围护21向另一个小形变围护21)的后方，每安装完一根顶棚主梁4则立马安装后面的顶棚次梁，这时候高空中顶棚次梁安装位置附近有施工人员，且相邻两根顶棚主梁4之间的间距还没有因建筑整体的形变而发生影响到次梁安装的变化。
步骤三中，临时支撑柱5上设置有用于稳固临时支撑柱5的缆风绳6，缆风绳6以临时支撑柱5为中心呈放射状排布，缆风绳6下端固定在拉结钢梁网3的网格节点上。
大净高井1内还设置有多个用于安装高空表演设备的马道层9，马道层9为绕大净高井1内部一周设置的马道，上下相邻的马道层9之间设置有爬梯，至少一个马道层9与小形变围护21中的一层楼板等高且连通。以确保小形变围护21中的工作人员能够方便地进入马道层9。
大形变围护22中的梁的材质为有弹性的钢材，以确保在大形变围护22发生形变后能够恢复。
临时支撑柱5为由塔吊标准节叠合而成的桁架柱。这种柱首先能够叠到很高，其次带有能够进行卸载也即让顶棚主梁4脱离临时支撑柱5的转换层。
临时支撑柱5顶部设置有柱顶板且底部设置有柱底板7，柱顶板及柱底板7分别与临时支撑柱5固定连接，柱顶板及柱底板7边沿分别设置有用于避免在柱顶板及柱底板7上作业的施工人员跌落的围栏。注意柱顶板上的围栏应设置有缺口来避免挡到顶棚主梁4。
如图3所示，桁架柱设置在拉结钢梁网3的网格节点位置，桁架柱的四根立杆分别设置在四根钢梁上；桁架柱中用来承受竖向载荷的是四根立杆，把这四根立杆分别设置在拉结钢梁网3的网格节点的四根钢梁上，能够确保对竖向载荷的有效承载。
柱底板7的四角分别通过底板固定板8与拉结钢梁网3固定连接，底板固定板8为板面竖直设置且分别与柱底板7及拉结钢梁网3焊接连接的钢板，柱底板7的每个角上设置两块相互垂直的底板固定板8。这里的底板固定板8确保了桁架柱无论往任何一个水平方向移动，都会被阻碍。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种超大净高平顶钢构施工方法，用于施工纯钢结构的平顶建筑，所述平顶建筑中带有一个用于室内高空表演、记作大净高井（1）的房间，其特征在于：所述大净高井（1）为由钢结构围护而成、横截面呈矩形的平顶房间，大净高井（1）四面的钢结构中，三面记作小形变围护（21），一面记作大形变围护（22），所述小形变围护（21）为多层钢结构建筑，所述大形变围护（22）为由一排钢柱以及钢柱之间的钢梁连接而成的梁柱网格；
所述大净高井（1）的顶棚主梁（4）垂直于大形变围护（22）设置，每根顶棚主梁（4）从一端到另一端逐段安装并焊接连接为一体；
所述施工方法包括以下步骤：
步骤一：完成小形变围护（21）及大形变围护（22）的施工；
步骤二：在大净高井（1）底部悬空安装拉结钢梁网（3），所述拉结钢梁网（3）为分别与大形变围护（22）及各小形变围护（21）固定连接的钢梁网格；
步骤三：在拉结钢梁网（3）上安装用于临时支撑顶棚主梁（4）的临时支撑柱（5），所述临时支撑柱（5）设置在各顶棚主梁（4）的分段的接缝位置；
步骤四：安装顶棚主梁（4），并完成大净高井（1）的顶棚安装。
2.根据权利要求1所述的一种超大净高平顶钢构施工方法，其特征在于：所述大净高井（1）的高度不小于24米。
3.根据权利要求1所述的一种超大净高平顶钢构施工方法，其特征在于：步骤四中，各根顶棚主梁（4）从一个小形变围护（21）向另一个小形变围护（21）逐个安装，每根顶棚主梁（4）安装完成后立即安装后方的顶棚次梁。
4.根据权利要求1所述的一种超大净高平顶钢构施工方法，其特征在于：步骤三中，临时支撑柱（5）上设置有用于稳固临时支撑柱（5）的缆风绳（6），所述缆风绳（6）以临时支撑柱（5）为中心呈放射状排布，缆风绳（6）下端固定在拉结钢梁网（3）的网格节点上。
5.根据权利要求1所述的一种超大净高平顶钢构施工方法，其特征在于：所述大净高井（1）内还设置有多个用于安装高空表演设备的马道层（9），所述马道层（9）为绕大净高井（1）内部一周设置的马道，上下相邻的马道层（9）之间设置有爬梯，至少一个马道层（9）与小形变围护（21）中的一层楼板等高且连通。
6.根据权利要求1所述的一种超大净高平顶钢构施工方法，其特征在于：所述大形变围护（22）中的梁的材质为有弹性的钢材。
7.根据权利要求1所述的一种超大净高平顶钢构施工方法，其特征在于：所述临时支撑柱（5）为由塔吊标准节叠合而成的桁架柱。
8.根据权利要求7所述的一种超大净高平顶钢构施工方法，其特征在于：所述临时支撑柱（5）顶部设置有柱顶板且底部设置有柱底板（7），柱顶板及柱底板（7）分别与临时支撑柱（5）固定连接，所述柱顶板及柱底板（7）边沿分别设置有用于避免在柱顶板及柱底板（7）上作业的施工人员跌落的围栏。
9.根据权利要求8所述的一种超大净高平顶钢构施工方法，其特征在于：所述桁架柱设置在拉结钢梁网（3）的网格节点位置，桁架柱的四根立杆分别设置在四根钢梁上；柱底板（7）的四角分别通过底板固定板（8）与拉结钢梁网（3）固定连接，所述底板固定板（8）为板面竖直设置且分别与柱底板（7）及拉结钢梁网（3）焊接连接的钢板，柱底板（7）的每个角上设置两块相互垂直的底板固定板（8）。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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