飛翼型模殼空間桁架結構及其施工方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼結構施工領域，具體為飛翼型模殼空間桁架結構及其施工方法。
【背景技術】
[0002] 鋼結構具有強度高，自重輕、施工速度快、抗震性能好、節(jié)能環(huán)保及工業(yè)化程度高 等優(yōu)點，因此其成為了我國重點推廣項目之一，相對應的鋼拉索在大跨度空間桁架中也得 到了廣泛的應用。
[0003] 隨著社會的不斷進步和人們對功能性建筑也要求越來越高，不僅要求公共建筑有 漂亮的外觀，又要滿足使用功能及安全性和穩(wěn)定性，普通的剛結構形式和施工方法已不能 滿足工程建設的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對鋼結構建設的實際需要，本發(fā)明提供了一種新型鋼結構形式，滿足了人們對 實用性和完美管外觀以及安全性的要求。
[0005] 具體方案為：飛翼型模殼空間桁架結構包括主桁架、次桁架和平行弦桿桁架，主桁 架、次桁架和平行弦桿桁架相互焊接固定連接，形成"半球形"模殼空間桁架結構，所述桁 架結構還包括位于模殼空間桁架結構之上的"圓弧狀"飛翼型桁架，飛翼型桁架通過拉索與 模殼空間桁架結構的次桁架相連接，飛翼型桁架的兩圓弧端固定在支座上。
[0006] 進一步，主桁架和平行弦桿桁架之間設有多榀相互平行的次桁架，次桁架之間連 接有連系桿，連系桿垂直于次桁架的上弦桿，并與次桁架上弦桿焊接連接。
[0007] 進一步，所述主桁架和平行弦桿桁架設有與次桁架的上弦桿平行，與連系桿垂直 的支撐桿；支撐桿與主桁架及平行弦桿桁架的上弦桿焊接連接，與連系桿焊接連接。
[0008] 進一步，所述次桁架包括次桁架上弦桿、次桁架下弦桿，次桁架上弦桿與主桁架上 弦桿和平行弦桿桁架上弦桿焊接連接，次桁架下弦桿與主桁架下弦桿和平行弦桿桁架下弦 桿焊接連接。
[0009] 進一步，所述拉索上端連接在飛翼型桁架下弦桿上，拉索下端連接在次桁架上弦 桿與連系桿的交叉點上。
[0010] 進一步，所述主桁架和飛翼型桁架的兩端分別通過球形支座與主桁架底座和飛翼 型桁架底座固定連接；平行弦桿桁架的平行弦桿桁架弦桿焊接有球形支座，球形支座與平 行弦桿桁架底座固定連接。
[0011] 進一步，拉索為1670級高強鋼絲制成的鋼絲束拉索，直徑為Φ 22mm。
[0012] 本發(fā)明還公開了飛翼型模殼空間桁架結構施工方法，包括如下施工步驟： 第一步，支座安裝：利用數(shù)字化三維建模的方法將節(jié)點轉(zhuǎn)化為直觀的三維模型圖，從模 型中可以根據(jù)埋件上所放軸線、標高，再轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場實際施工中將支座進行定位； 第二步，主桁架安裝：搭設腳手架進行支撐主桁架，保證腳手架的整體性與穩(wěn)定性，腳 手架增設水平剪刀撐3道，架體外側(cè)剪刀撐滿設；將拼接好的主桁架用汽車吊四點進行安 裝，中間部位采用腳手架進行支撐，兩端與支座進行連接，采用地面投線法控制主桁架軸 線，待三點就位以后用鋼絲繩與手拉萌蘆對主桁架進行側(cè)面斜拉定位； 第三步，半球次桁架安裝：次桁架采用鋼管焊接而成，次桁架安裝過程中采用兩點吊 裝，用手拉萌蘆調(diào)整好安裝角度，上部與主桁架節(jié)點進行對接，下部鋼架球與支座進行連 接，主桁架與次桁架連接部位采用腳手架搭設操作平臺，保證施工人員的安全； 第四步，鋼拉索施工： 1) 前期準備 拉索施工前的現(xiàn)場準備：部件在運到施工現(xiàn)場后，按編號堆放整齊，下墊木枋，場地要 求平整整潔，并且要采取防火、防雨、防濕保護措施檢查拉索錨具、PE護套是否有損傷，如有 應立即修正或修補消除拉索附近毛刺，避免損傷保護套； 2) 掛索 上端拉索固定，利用安裝主桁架的腳手架作為操作平臺，在配合利用汽車吊將拉索固 定端吊起，吊點位置應滿足錨具上端稍有下垂所需要的長度，桁架上節(jié)點安裝人員在腳手 架操作平臺采用手拉萌蘆和纖維吊裝帶等工具進行人工穿軸連接，拉索的上部節(jié)點安裝 完； 下節(jié)點拉索安裝，在下節(jié)點遠端設置滑輪，利用人工將拉索下端配合倒鏈牽引到安裝 位置，牽引時綁扎點應保證錨具端部有一定的擺動量，牽引過程中應對拉索嚴加保護，避免 索體及錨具螺紋受損，并及時調(diào)整拉索懸空時的位置安裝過程中嚴格檢查每根拉索的扭轉(zhuǎn) 情況，防止拉索與節(jié)點扭轉(zhuǎn)連接； 3) 張拉：張拉方案的確定，張拉設備的選定，具體張拉方案； 4) 鋼索調(diào)節(jié)：調(diào)索采用扭力扳手進行控制，通過設定扳手扭矩，鎖定索力后對套筒進行 擰緊；依次利用扭力扳手對每根鋼索進行索力加載。
[0013] 有益效果：桁架每一部分通過焊接球連接起來，形成兩個半球，為了保證兩個半球 的穩(wěn)定性及穩(wěn)固性，每個半球增加一個飛翼型桁架通過拉索與半球的桁架連接起來。使得 整個結構更加穩(wěn)定。采用手拉萌蘆及拉力器配合進行鋼結構安裝及鋼拉鎖張拉，施工方法 簡單、施工中采用的機械較少，保證了現(xiàn)場安全，同時也保證了施工質(zhì)量，大幅度降低了施 工成本。
【附圖說明】
[0014] 圖1為由兩個飛翼型模殼空間桁架結構組成的整體立體圖； 圖2為飛翼型模殼空間桁架結構側(cè)面圖； 圖3為單個飛翼型模殼空間桁架結構正面圖； 圖4為單個飛翼型模殼空間桁架結構側(cè)面局部放大圖； 圖中，1-主桁架；11-主桁架上弦桿；12-主桁架下弦桿；2-次桁架；21-次桁架上弦桿； 22-次桁架下弦桿；3-平行弦桿桁架；31-平行弦桿桁架上弦桿；32-平行弦桿桁架下弦桿； 4_飛翼型桁架；42-飛翼型桁架下弦桿；5-拉索；6-連系桿；7-支撐桿；81-主桁架底座； 84-飛翼型桁架底座；83-平行弦桿桁架底座。
【具體實施方式】
[0015] 本工程地上一層地下一層，地下為展廳，地上為商業(yè)鋼桁架結構，主要為空間三角 形管桁架結構工程；其中包括焊接球、空間拉索。桁架每一部分通過焊接球連接起來，形成 兩個半球，為了保證兩個半球的穩(wěn)定性及穩(wěn)固性，每個半球增加一個飛翼型桁架通過拉索 與半球的桁架連接起來。使得整個結構更加穩(wěn)定。整體形狀為分別長有飛翼的對稱的兩 瓣模殼形狀，設計新穎，造型獨特，受力均勻。屋蓋水平投影尺寸約為38. 2mX 38. 8m，其覆 蓋面積大概750平米，鋼桁架頂標高9. 746m，主次桁架主要為空間三角形桁架，桁架跨度為 38. 8m。桁架弦桿截面均為P180x8、腹桿為P114x4. 5,材質(zhì)均為Q235B。同時采用以1670級 高強鋼絲制成的鋼絲束拉索，直徑為22mm。
[0016] 飛翼型模殼空間桁架結構包括主桁架1、次桁架2和平行弦桿桁架3,主桁架1、次 桁架2和平行弦桿桁架3相互焊接固定連接，形成"半球形"模殼空間桁架結構，所述桁架 結構還包括位于模殼空間桁架結構之上的"圓弧狀"飛翼型桁架4,飛翼型桁架通過拉索5 與模殼空間桁架結構的次桁架相連接，飛翼型桁架的兩圓弧端固定在支座上。
[0017] 主桁架1和平行弦桿桁架3之間設有多榀相互平行的次桁架2,次桁架2之間連接 有連系桿6,連系桿6垂直于次桁架2的上弦桿21，并與次桁架上弦桿21焊接連接。
[0018] 主桁架1和平行弦桿桁架3設有與次桁架2的上弦桿21平行，與連系桿6垂直的 支撐桿7 ;支撐桿7與主桁架1及平行弦桿桁架3的上弦桿焊接連接，與連系桿4焊接連接。
[0019] 次桁架2包括次桁架上弦桿21、次桁架下弦桿22,次桁架上弦桿21與主桁架上弦 桿11和平行弦桿桁架上弦桿31焊接連接，次桁架下弦桿22與主桁架下弦桿12和平行弦 桿桁架下弦桿32焊接連接。
[0020] 拉索5上端連接在飛翼型桁架下弦桿42上，拉索5下端連接在次桁架上弦桿21與 連系桿6的交叉點上，拉索的具體拉結結構的設計要經(jīng)過具體的力學計算，參見圖1所示， 拉索呈V形交替連接在飛翼型桁架和次桁架之間，參見圖3所示，飛翼型桁架與飛翼型桁架 在次桁架上投影的兩側(cè)的次桁架構件之間均拉結有拉索。
[0021] 主桁架1和飛翼型桁架4的兩端分別通過球形支座與主桁架底座81和飛翼型桁 架底座84固定連接；平行弦桿桁架3的平行弦桿桁架弦桿32焊接有球形支座，球形支座與 平行弦桿桁架底座83固定連接。
[0022] 施工前準備工作：針對本工程實施的技術重點難點，施工前編制科學、合理的施工 方案及安全防護措施，并經(jīng)監(jiān)理建設單位審批后方可施工，對參與施工的人員，提前進行有 針對性的技術培訓及安全培訓，使全體施工人員都能熟悉施工方案中的相關要求，保證施 工方案在施工過程中得到貫徹執(zhí)行。
[0023] 鋼結構施工順序：測量放線一預埋件處理一支座安裝一構件轉(zhuǎn)運一主桁架拼接一 支撐腳手架搭設一主桁架安裝一次桁架安裝一連系桿安裝一支撐桿安裝一焊接一邊桁架 拼接一邊桁架安裝一拉索安裝一焊接一打磨一補油漆一防火涂料。
[0024] 利用數(shù)字化三維建模的方法將節(jié)點轉(zhuǎn)化為三維模型圖，從模型中可以直觀的反應 出各部位的連接方式，根據(jù)埋件上所放軸線、標高將支座進行定位，誤差控制最小范圍以 內(nèi)。
[0025] 具體施工步驟為： 第一步，支座安裝：利用數(shù)字化三維建模的方法將節(jié)點轉(zhuǎn)化為直觀的三維模型圖，從模 型中可以根據(jù)埋件上所放軸線、標高，再轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場實際施工中將支座進行定位，誤差控制 最小范圍以內(nèi)，再利用人工進行調(diào)整，做到支座安裝準確無誤； 第二步，半球主桁架安裝：因主桁架吊裝高度達10m，為了避免在吊裝過程中桁架擺動 以及方便人員調(diào)整桁架的角度，故需進行搭設腳手架進行支撐主桁架，腳手架的搭設高度 為9m，采用染:48X 3. Omm鋼管，立桿間距l(xiāng)m，步距間距I. 2m，保證腳手架的整體性與穩(wěn)定性， 腳手架增設水平剪刀撐3道，架體外側(cè)剪刀撐滿設。這樣既保證了桁架有足夠的支撐點同 時也給施工人員帶來了操作空間。將拼接好的主桁架用100T汽車吊四點進行安裝，中間部 位采用腳手架進行支撐，兩端與支座進行連接，采用地面投線法控制主