本發(fā)明涉及建筑施工技術(shù)，尤其涉及一種斜鋼柱雙螺旋空間結(jié)構(gòu)及其施工方法。

背景技術(shù)：

隨著國內(nèi)建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)越來越多的應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)中。從早期的超高層建筑(如上海環(huán)球金融中心)，到后期的大懸挑結(jié)構(gòu)(深圳證券交易中心)，鋼結(jié)構(gòu)使得建筑從高度、跨度和造型上一步步突破，建筑師開始在保證建筑結(jié)構(gòu)使用功能的條件下設(shè)計(jì)一些造型新穎的建筑，越來越多的造型新穎的結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)。建筑形式由直線型逐漸發(fā)展為空間單面曲線(如機(jī)場及場館的屋面)形式，但是空間雙曲結(jié)構(gòu)形式在國內(nèi)案例很少。

先有的空間雙曲結(jié)構(gòu)，施工時(shí)需要在高空進(jìn)行對接組裝，制作廠單獨(dú)制作各加工段，運(yùn)送至現(xiàn)場分段進(jìn)行吊裝，吊裝過程中底部需要設(shè)置支撐胎架，每個(gè)吊裝單元在制作廠單獨(dú)加工制作，由于單獨(dú)制作段的加工誤差，最后形成累計(jì)，會(huì)對現(xiàn)場安裝精度產(chǎn)生不利影響，空間彎扭構(gòu)件在施工過程中需要設(shè)置多組支撐胎架，對地面場地要求較高，其施工安全及精度不易控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，提供一種斜鋼柱雙螺旋空間結(jié)構(gòu)及其施工方法，該方法操作性強(qiáng)，高空懸挑安裝一次就位精度高，安全簡便，大大縮短了工期，同時(shí)節(jié)約了大量的安全支撐措施。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種斜鋼柱雙螺旋空間結(jié)構(gòu)包括多根傾斜鋼柱和與傾斜鋼柱連接的內(nèi)螺旋環(huán)道和外螺旋環(huán)道，所述內(nèi)螺旋環(huán)道和外螺旋環(huán)道分別圍繞傾斜鋼柱漸變上升，形成內(nèi)外兩圈閉合的人行通道，所述內(nèi)、外螺旋環(huán)道分別與傾斜鋼柱之間通過鋼板懸挑連接。

進(jìn)一步地，所述傾斜鋼柱豎直方向的傾斜角度為62°。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)、外螺旋環(huán)道與傾斜鋼柱之間通過懸臂板連接。

本發(fā)明還提供了一種斜鋼柱雙螺旋空間結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟：

(1)深化設(shè)計(jì)

根據(jù)建筑及結(jié)構(gòu)施工圖，結(jié)合已確定好的關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)，使用軟件建立結(jié)構(gòu)模型，放樣出螺旋環(huán)道空間樣條曲線，并劃分成若干個(gè)環(huán)道單元；在軟件中以一組環(huán)道單元的一個(gè)角點(diǎn)為原點(diǎn)，自建坐標(biāo)系，然后在環(huán)道三個(gè)邊界上間隔700mm～1000mm布置一個(gè)控制點(diǎn)，在自建的坐標(biāo)系內(nèi)標(biāo)注以上各控制點(diǎn)的坐標(biāo)，出深化圖紙，為螺旋環(huán)道預(yù)拼裝做準(zhǔn)備；

(2)制作廠預(yù)拼裝組裝組合加工

根據(jù)步驟1過程中放樣出的環(huán)道單元定位坐標(biāo)，在環(huán)道單元的邊界上設(shè)置多個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)控制將環(huán)道單元的邊界準(zhǔn)確定位，且螺旋環(huán)道在制作廠采取“預(yù)拼裝組裝組合”的加工技術(shù)：

在步驟1過程中，首先根據(jù)現(xiàn)場分段要求深化每一段螺旋環(huán)道的環(huán)道單元成為多個(gè)制作單元，在此基礎(chǔ)上，按照至少每四段的制作單元為一組深化出預(yù)拼裝圖紙，以一組預(yù)拼裝段某一個(gè)角點(diǎn)為坐標(biāo)零點(diǎn)，建立空間三維坐標(biāo)系，放樣出各邊界預(yù)拼裝坐標(biāo)；同時(shí)每組預(yù)拼裝的制作單元末段與相鄰組預(yù)拼裝的制作單元首段進(jìn)行一次預(yù)拼裝，即相鄰組用一段制作單元進(jìn)行了搭接，以保證預(yù)拼裝的連續(xù)性和螺旋環(huán)道安裝時(shí)的整體性；

(3)大截面雙曲環(huán)道單元空間定位

制作單元運(yùn)輸至現(xiàn)場后，提前在地面進(jìn)行一次拼裝組成環(huán)道單元，拼裝完成后整體吊裝，單個(gè)吊裝環(huán)道單元平面尺寸小于等于9m×7m，空中調(diào)節(jié)難度大，在吊裝前，提前在吊裝的環(huán)道單元的四個(gè)角部上掛設(shè)四組倒鏈，保證就位后四個(gè)角部均能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，環(huán)道單元空間定位控制四個(gè)角點(diǎn)，分別給出各點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，即可有效控制吊裝環(huán)道單元的就位精度，調(diào)節(jié)過程中先調(diào)節(jié)與相鄰連續(xù)環(huán)道單元的定位坐標(biāo)，后調(diào)整與傾斜鋼柱懸臂板對接的坐標(biāo)點(diǎn)；

(4)無支撐單板懸挑環(huán)道臨時(shí)固定

所述內(nèi)、外螺旋環(huán)道與傾斜鋼柱之間通過懸臂板連接，從內(nèi)、外螺旋環(huán)道與傾斜鋼柱連接懸臂板中間分段，同時(shí)懸臂板采取雙面坡口形式，安裝過程中每個(gè)螺旋環(huán)道的吊裝環(huán)道單元與相鄰上一個(gè)傾斜鋼柱的環(huán)道單元及下一個(gè)傾斜鋼柱懸臂板相連接，構(gòu)件安裝坐標(biāo)調(diào)校到位后，環(huán)道單元一端與上一段環(huán)道單元的面板使用馬板焊接固定，另一端使用馬板將螺旋環(huán)道懸臂板與傾斜鋼柱懸臂板焊接，同時(shí)將吊裝的環(huán)道單元與懸臂板完成打底焊接，焊接過程中塔吊不能松鉤，待焊接完成后，緩慢松鉤，通過觀察塔吊起重量讀數(shù)顯示器，來確保塔吊不在承受構(gòu)件懸挑重量，塔吊完全松鉤；

(5)單柱雙螺旋空間結(jié)構(gòu)施工順序

根據(jù)單柱內(nèi)外雙曲螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，內(nèi)螺旋環(huán)道對傾斜鋼柱形成順時(shí)針彎矩，外螺旋環(huán)道對鋼柱形成逆時(shí)針彎矩，傾斜鋼柱自身有沿逆時(shí)針傾斜的趨勢，以傾斜鋼柱為本體，內(nèi)、外螺旋環(huán)道對傾斜鋼柱形成彎矩方向互逆，先內(nèi)環(huán)后外環(huán)、內(nèi)環(huán)領(lǐng)先于外環(huán)半圈的施工進(jìn)度進(jìn)行施工，使得結(jié)構(gòu)自身達(dá)成平衡體系，內(nèi)螺旋環(huán)道和外螺旋環(huán)道施工全部按照從下向上、依次連續(xù)施工；

(6)結(jié)束施工。

本發(fā)明還可以優(yōu)選為，所述步驟4中，雙面坡口的坡口深度比例為1:2，坡口角度為35-45°。

本發(fā)明還可以優(yōu)選為，所述步驟4中，打底焊接的焊接高度為15mm-25mm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

本發(fā)明操作性強(qiáng)，高空懸挑安裝一次就位精度高，安全簡便，大大縮短了工期，同時(shí)節(jié)約了大量的安全支撐措施，有效的保證了整體施工過程中的安全和質(zhì)量；本發(fā)明通過三維建模放樣，實(shí)現(xiàn)空間三維雙曲邊界定位，保證螺旋環(huán)道制作單元的制作精度，多組同時(shí)加工及預(yù)拼裝，有效保證整體連續(xù)性；本發(fā)明的螺旋環(huán)道內(nèi)外交錯(cuò)、依次連續(xù)安裝，無需布置支撐措施，根據(jù)雙螺旋結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)達(dá)到自平衡，有效保證現(xiàn)場施工安全，節(jié)約大量的施工措施；本發(fā)明通過合理設(shè)置坡口形式，采用部分焊接及臨時(shí)連接措施組合的方式，能夠有效保證單板懸挑結(jié)構(gòu)在無支撐情況下的施工安全；本發(fā)明螺旋環(huán)道在制作廠加工過程中相鄰多組環(huán)道單元同時(shí)進(jìn)行，加工組裝過程中同時(shí)進(jìn)行預(yù)拼裝，提高制作精度，保證現(xiàn)場安裝精度，有效解決了現(xiàn)場場地條件限制問題，在保證施工安全的情況下節(jié)約了大量的安全措施成本，在不布置支撐措施的情況下，采取合理的施工順序，保證了整體結(jié)構(gòu)施工過程中的穩(wěn)定性及安全性，適用性廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例斜鋼柱雙螺旋空間結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例環(huán)道單元的深化設(shè)計(jì)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例環(huán)道單元的預(yù)拼裝示意圖一；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例環(huán)道單元的預(yù)拼裝示意圖二；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的施工安裝示意圖一；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的施工安裝示意圖二；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的施工安裝示意圖三；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的施工安裝示意圖四；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例的施工安裝示意圖五；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例的施工安裝示意圖六；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

實(shí)施例1

如圖1所示的一種斜鋼柱雙螺旋空間結(jié)構(gòu)，其包括32根傾斜鋼柱1和與傾斜鋼柱1連接的內(nèi)螺旋環(huán)道和外螺旋環(huán)道2，所述傾斜鋼柱1的豎直方向上的傾斜角度為62°，內(nèi)、外雙螺旋環(huán)道圍繞傾斜鋼柱漸變上升，形成內(nèi)外兩圈閉合的人行通道，所述內(nèi)、外螺旋環(huán)道與傾斜鋼柱1之間通過60mm厚鋼板懸挑連接，所述空間結(jié)構(gòu)的外形為“彈簧”樣式。如2-10圖所示，斜鋼柱雙螺旋空間結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟：

(1)深化設(shè)計(jì)

根據(jù)建筑及結(jié)構(gòu)施工圖，結(jié)合已確定好的關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)(圖2)，使用軟件建立結(jié)構(gòu)模型，放樣出螺旋環(huán)道空間樣條曲線，并劃分成若干個(gè)環(huán)道單元3；深化出圖時(shí)，以每四個(gè)環(huán)道單元3為一組出圖；在軟件中以一組環(huán)道單元的一個(gè)角點(diǎn)為原點(diǎn)，自建坐標(biāo)系，然后在環(huán)道單元的三個(gè)邊界上間隔700mm～1000mm布置一個(gè)控制點(diǎn)，在自建的坐標(biāo)系內(nèi)標(biāo)注以上各控制點(diǎn)的坐標(biāo)，出深化圖紙，為環(huán)道預(yù)拼裝做準(zhǔn)備。

(2)制作廠預(yù)拼裝組裝組合加工

根據(jù)深化建模過程中放出的環(huán)道單元定位坐標(biāo)，在環(huán)道單元邊界上設(shè)置多個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)控制將環(huán)道單元邊界準(zhǔn)確定位，為了保證雙曲環(huán)道單元邊界準(zhǔn)確尺寸，方便現(xiàn)場懸挑安裝一次就位成功，并保證最后螺旋環(huán)道封閉尺寸及符合景觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的要求，內(nèi)、外螺旋環(huán)道在制作廠采取“預(yù)拼裝組裝組合”的加工技術(shù)：

在深化設(shè)計(jì)過程中，首先根據(jù)現(xiàn)場分段要求深化每一段螺旋環(huán)道的環(huán)道單元，成為若干個(gè)制作單元，在此基礎(chǔ)上，按照每四段制作單元為一組深化出預(yù)拼裝圖紙，以一組預(yù)拼裝段某一個(gè)角點(diǎn)為坐標(biāo)零點(diǎn)，建立空間三維坐標(biāo)系，放樣出各邊界預(yù)拼裝坐標(biāo)；同時(shí)每組預(yù)拼裝的制作單元末段與相鄰組預(yù)拼裝的制作單元首段進(jìn)行一次預(yù)拼裝，即相鄰組用一段環(huán)道單元進(jìn)行了搭接，以保證預(yù)拼裝的連續(xù)性和環(huán)道安裝時(shí)的整體性：即設(shè)A、B、C、D、E、F、G等為各加工制作單元，A、B、C、D為一組預(yù)拼裝，D、E、F、G為一組預(yù)拼裝，D單元為兩組預(yù)拼裝組的銜接點(diǎn)，其余依次搭接類推(圖3和圖4)；每段環(huán)道單元在加工組裝過程中，同時(shí)與相鄰環(huán)道進(jìn)行了一次預(yù)拼裝，有效的保證了雙螺旋空間環(huán)道單元的加工制作精度。

(3)大截面雙曲環(huán)道單元空間定位

所述制作單元運(yùn)輸至現(xiàn)場后，提前在地面進(jìn)行一次拼裝，成為多個(gè)環(huán)道單元，拼裝完成后整體吊裝，單個(gè)吊裝環(huán)道單元3平面尺寸最大約9m×7m，空中調(diào)節(jié)難度大，在吊裝前，提前在吊裝環(huán)道單元四個(gè)角部上掛設(shè)四組倒鏈，保證就位后四個(gè)角部均能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)；環(huán)道單元3空間定位控制四個(gè)角點(diǎn)，分別給出各點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，即可有效控制吊裝環(huán)道單元就位精度，調(diào)節(jié)過程中先調(diào)節(jié)與相鄰連續(xù)環(huán)道單元的定位坐標(biāo)，后調(diào)整與傾斜鋼柱懸臂板5對接的坐標(biāo)點(diǎn)。

(4)無支撐單板懸挑環(huán)道臨時(shí)固定

本工程內(nèi)、外螺旋環(huán)道與傾斜鋼柱1之間通過60mm懸臂板連接，根據(jù)此特點(diǎn)，從內(nèi)、外螺旋環(huán)道與傾斜鋼柱1連接懸臂板中間分段，同時(shí)懸臂板采取雙面坡口形式，坡口深度比例為1:2，坡口角度為35～45°，安裝過程中每個(gè)螺旋環(huán)道吊裝環(huán)道單元3與相鄰上一個(gè)傾斜鋼柱環(huán)道單元及下一個(gè)傾斜鋼柱懸挑鋼板相連接連接，保證待安裝制作單元兩端均有支撐點(diǎn)，制作單元安裝坐標(biāo)調(diào)校到位后，環(huán)道單元一端與上一段環(huán)道單元的面板使用馬板焊接固定，另一端使用50mm馬板將螺旋環(huán)道懸臂板與傾斜鋼柱懸臂板焊接，同時(shí)將吊裝環(huán)道單元與懸臂板完成打底焊接，焊接高度約20mm。焊接過程中塔吊不能松鉤，待焊接完成后，緩慢松鉤，通過觀察塔吊起重量讀數(shù)顯示器，確保塔吊不在承受構(gòu)件懸挑重量，即讀數(shù)器讀數(shù)為0KN，塔吊完全松鉤。

(5)單柱雙螺旋空間結(jié)構(gòu)施工順序

根據(jù)單柱內(nèi)外雙曲螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，內(nèi)螺旋環(huán)道對傾斜鋼柱形成順時(shí)針彎矩，外螺旋環(huán)道對鋼柱形成逆時(shí)針彎矩，傾斜鋼柱自身有沿逆時(shí)針傾斜的趨勢，以鋼柱為本體，內(nèi)外環(huán)道對鋼柱形成彎矩方向互逆。按照此特點(diǎn)，采取先內(nèi)環(huán)后外環(huán)、內(nèi)環(huán)領(lǐng)先于外環(huán)半圈的施工進(jìn)度進(jìn)行施工，使得結(jié)構(gòu)自身達(dá)成平衡體系。內(nèi)、螺旋環(huán)道、外螺旋環(huán)道施工全部按照從下向上、依次連續(xù)施工，更能增強(qiáng)施工過程中結(jié)構(gòu)整體性，無需布置支撐措施，即可有效保證施工過程中結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性及連續(xù)性。

(6)結(jié)束施工。

其中，如圖5-10所示，具體的施工吊裝步驟：

第一步：土建澆筑混環(huán)形基礎(chǔ)混凝土，安裝第一節(jié)傾斜鋼柱；

第二步：從低至高依次順序安裝內(nèi)環(huán)道；

第三步：安裝第三節(jié)傾斜鋼柱；

第四步：從最低端開始依次順序安裝外環(huán)的第一圈環(huán)道；

第五步：按照先內(nèi)環(huán)、后外環(huán)的順序依次安裝環(huán)道單元；

第六步：安裝頂部環(huán)道單元。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。