專利名稱：大直徑球型鋼結構及其超高空安裝方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼結構及其安裝方法，特別是一種直徑較大的球型鋼結構及其在高空中進行安裝的方法。
背景技術：
鋼結構作為主要的建筑結構之一，特別適用于建造大跨度、超高和超重型的建筑物。當前鋼結構建筑物越來越多樣化的造型，也對結構的安全性和安裝的可實施性提出了很多挑戰。特別是在超高空安裝鋼結構時，傳統安裝方法就有高空散拼法此方法為在高空搭設鋼管腳手架，按照設計要求對結構進行分段，從下往上按照分段進行安裝。使用這種安裝方法具有以下缺點搭設腳手架進行高空散拼時，例如安裝300米左右的超高空鋼結構，經計算懸挑腳手架至少需要搭設1700多平方米，懸挑腳手架的高度達30米，由此可見此方 法投資大，工期長，在高空中搭設腳手架危險性大，安全防護難度大，安全隱患多。還有一種安裝方法為分段安裝法此方法為在地面進行鋼結構的分段組裝和焊接，塔吊分段吊裝，最后高空對接。這種方法可以解決安裝措施投資大，工期長和安全防護的問題，減少了安全隱患，但隨著超高空鋼結構的發展，逐漸有截面加大和重量加重的趨勢，傳統的塔吊起重能力有限，在地面進行鋼結構組裝再進行起吊時會受到重量的限制，導致無法采取此方法進行鋼結構的整榀或者分段吊裝。如何同時解決搭設腳手架的投資大，工期長以及安全防護問題和塔吊起重能力得以充分發揮成為鋼結構超高空安裝技術中的難點。
發明內容
本發明的目的是提供一種大直徑球型鋼結構及其超高空安裝方法，解決了安裝球型鋼結構時在高空中搭設懸挑腳手架支撐體系存在的效率差，投資大，工期長以及安全性不易得到保證的技術問題，同時由于因為進行了合理的腰桁架分段，使其重量保持在塔吊起重能力之內，可以合理使用塔吊進行高空起吊。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案
一種大直徑球型鋼結構，包括鋼結構的球體，所述球體位于中央核心筒的頂端并與之連接，球體包括下部網殼、環形腰桁架和上部網殼，所述環形腰桁架包括下弦環形梁和上弦環形梁，兩環形梁之間連接一圈“爪”字形件，兩“爪”字形件之間間隔設置垂直環形梁的豎腹桿a，所述“爪”字形件包括兩根斜腹桿和一根豎腹桿b，所述環形腰桁架的下弦環形梁通過下弦水平鋼梁與中央核心筒連接，環形腰桁架的上弦環形梁通過上弦水平鋼梁與中央核心筒連接，
所述環形腰桁架的頂部承接有上部網殼，環形腰桁架的底部掛接有下部網殼，環形腰桁架的底部還接有托桁架，下部網殼的底端與托桁架的底端相接，所述托桁架與中央核心筒連接，沿中央核心筒截面周長設置。所述“爪”字形件三根腹桿的結點處連接一段上弦環形梁a段，相鄰的上弦環形梁a段之間由上弦環形梁b段相連組成上弦環形梁，“爪”字形件三根腹桿的另一端由下弦環形梁連為一體。所述環形腰桁架可設1-2道，每道環形腰桁架的環形梁均通過水平鋼梁與中央核心筒I連接。所述上弦環形梁a段與上弦環形梁b段之間為焊接或者錨固。這種大直徑球型鋼結構的超高空安裝方法，步驟如下
步驟一在工廠進行環形腰桁架的預拼接，解體運至現場；
步驟二 現場場地準備，在地面上進行托桁架的組裝和拼接； 步驟三使用吊車將托桁架連接至中央核心筒上；
步驟四在電腦上建立環形腰桁架的三維模型，確立控制點，并模擬實際安裝；
步驟五組裝下弦水平鋼梁和腰桁架的下弦環形梁，下弦環形梁通過下弦水平鋼梁與中央核心筒連接；
步驟六在下弦水平鋼梁上設置安裝臨時支撐；
步驟七吊裝腰桁架的上弦水平鋼梁至臨時支撐上表面，調節臨時支撐的高度使上弦水平鋼梁達到設計標高；
步驟八在地面上將上弦環形梁a段、兩根斜腹桿和一根豎腹桿b用螺栓連接，形成“爪”字形件，然后起吊；
步驟九安裝“爪”字形件，先將兩根斜腹桿和一根豎腹桿的下端與下弦環形梁連接為一體，上弦環形梁a段與上弦水平鋼梁相連，上弦環形梁a段之間連接上弦環形梁b段，然后安裝“爪”字形件間豎腹桿a ；
步驟十在環形腰桁架的底部掛接下部網殼，將下部網殼的底端與托桁架的底端相接，在環形腰桁架的頂部承接上部網殼，完成大直徑球型鋼結構的安裝。所述步驟三中，托桁架安裝前需在高空搭設臨時工作平臺。所述步驟六中，臨時支撐為頂端帶有托臺的馬凳，馬凳的底端坐落在下弦水平鋼梁上并固定，托臺上承托上弦水平鋼梁。與現有技術相比本發明具有以下特點和有益效果
本發明克服了球體鋼結構的腰部環形桁架向外傾斜，安裝難度大的技術問題，采取上弦與相關腹桿組合吊裝的方法，不需另外搭設懸挑腳手架支撐體系，解決了搭設懸挑腳手架支撐體系而存在的效率差，投資大，工期長以及安全性不易得到保證的技術問題。本發明采用“爪”字形組合吊裝，進行了合理的腰桁架分段，使其重量保持在塔吊起重能力之內，可以合理使用塔吊進行高空起吊。本發明與常規施工方法相比施工效率高、工期短、安全易于保證，實現了球體鋼結構的快速安裝，節約搭設腳手架支撐體系的人工費用和材料運輸拆搭費用，工期縮短并節約了管理費用。本發明可廣泛應用于球型鋼結構的高空安裝。
下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。圖I是本發明中大直徑球型鋼結構的示意圖。
圖2是本發明中安裝了部分“爪”字形件的環形腰桁架的結構示意圖。圖3是本發明中“爪”字形件的結構示意圖。圖4是本發明中托桁架的安裝位置的俯視示意圖。圖5是本發明中環形腰桁架和托桁架相對位置的俯視示意圖。圖6是本發明中臨時支撐的結構示意圖。圖7是本發明中與中央核心筒直接連接的托桁架的結構示意圖。附圖標記1 一中央核心筒、2 —下部網殼、3 —環形腰祐1架、3. I 一豎腹桿a、3. 2 一下弦環形梁、3. 3 一“爪”字形件、3. 31 一斜腹桿、3. 32 一豎腹桿b、3. 33 一上弦環形梁a段、3. 4 一上弦環形梁、3. 41 一上弦環形梁b段、4 一上部網殼、5 —托桁架、6 —臨時支撐、7 —下弦水平鋼梁、8 —上弦水平鋼梁。
具體實施例方式實施例參見圖I所示，一種大直徑球型鋼結構，包括鋼結構的球體，所述球體位于中央核心筒I的頂端并與之連接，球體包括下部網殼2、環形腰桁架3和上部網殼4，參見圖2所示，所述環形腰桁架3包括下弦環形梁3. 2和上弦環形梁3. 4，兩環形梁之間連接一圈“爪”字形件3. 3，兩“爪”字形件3. 3之間間隔設置垂直環形梁的豎腹桿a3. 1，所述“爪”字形件3. 3包括兩根斜腹桿3. 31和一根豎腹桿b3. 32，所述環形腰桁架3的下弦環形梁3. 2通過下弦水平鋼梁7與中央核心筒I連接，環形腰桁架3的上弦環形梁3. 4通過上弦水平鋼梁8與中央核心筒I連接。參見圖I所示，所述環形腰桁架3的頂部承接有上部網殼4，環形腰桁架3的底部掛接有下部網殼2，參見圖5所示，環形腰桁架3的底部還接有托桁架5，下部網殼2的底端與托桁架5的底端相接，參見圖4所示，所述托桁架5與中央核心筒I連接，沿中央核心筒I截面周長設置。如圖4-5所示，本實施例中托桁架設置為兩種，一種與中央核心筒直接連接，一種通過連接件與中央核心筒連接。參見圖3所示，所述“爪”字形件3. 3三根腹桿的結點處連接一段上弦環形梁a段3. 33，參見圖2所示，相鄰的上弦環形梁a段3. 33之間由上弦環形梁b段3. 41相連組成上弦環形梁3. 4，“爪”字形件3. 3三根腹桿的另一端由下弦環形梁3. 2連為一體。所述環形腰桁架3可設為1-2道，每道環形腰桁架的環形梁均通過水平鋼梁與中央核心筒I連接。本實施例中環形腰桁架3設置為2道，即環形梁設置為4層，2道環形腰桁架3之間使用通長的豎腹桿a3. I相連接，2道環形腰桁架3的環形梁同理均可使用“爪”字形件3. 3組合安裝而成，參見圖I所示，環形梁設置為4層，豎腹桿a3. I也會相繼增長。所述上弦環形梁a段3. 33與上弦環形梁b段3. 41之間為焊接或者錨固。這種大直徑球型鋼結構的超高空安裝方法，步驟如下
步驟一在工廠進行環形腰桁架3的預拼接，解體運至現場；
步驟二 現場場地準備，在地面上進行托桁架5的組裝和拼接；
步驟三使用吊車將托桁架5連接至中央核心筒I上；
步驟四在電腦上建立環形腰桁架3的三維模型，確立控制點，并模擬實際安裝；步驟五組裝下弦水平鋼梁7和腰桁架的下弦環形梁3. 2，下弦環形梁3. 2通過下弦水平鋼梁7與中央核心筒連接；步驟六參見圖6所示，在下弦水平鋼梁7上設置安裝臨時支撐6 ；
步驟七吊裝腰桁架的上弦水平鋼梁8至臨時支撐6上表面，調節臨時支撐的高度使上弦水平鋼梁8達到設計標高；
步驟八在地面上將上弦環形梁a段3. 33、兩根斜腹桿3. 31和一根豎腹桿b3. 32用螺栓連接，形成“爪”字形件3. 3，然后起吊；
步驟九安裝“爪”字形件3. 3，先將兩根斜腹桿3. 31和一根豎腹桿3. 32的下端與下弦環形梁3. 2連接為一體，上弦環形梁a段3. 33與上弦水平鋼梁8相連，上弦環形梁a段
3.33之間連接上弦環形梁b段3. 41，然后安裝“爪”字形件3. 3間豎腹桿a3. I ；
步驟十參見圖I所示，在環形腰桁架3的底部掛接下部網殼2，將下部網殼2的底端與托桁架5的底端相接，在環形腰桁架3的頂部承接上部網殼4，完成大直徑球型鋼結構的安裝。本實施例中設置了 2道環形腰桁架，即上面一道環形腰桁架頂部承接上部網殼4，下 面一道環形腰桁架底部掛接下部網殼2，同時還接有托桁架5。所述步驟三中，將托桁架桿件拼組成最大吊裝單元，提前在地面上進行拼裝焊接工作，減少高空作業時間。根據托桁架在高空對接單元位置極其對接口的特點，托桁架5安裝iu需在聞空搭設臨時工作平臺，保證聞空對接在平臺上進行，減少聞空作業風險，提聞施工作業效率。所述步驟四中，球體下弦桿坐落托桁架上部是形成球體造型的基礎，環形腰桁架安裝位置的準確是確保球體安裝質量的關鍵所在。我們采用計算機按照1:1比例，對球體桁架的進行三維模型放樣。并對下弦各節點進行編號，由計算機自動輸出相應節點的三維坐標值。根據計算機輸出的三維坐標數據，建立測量控制網。為避免累積誤差采用外部控制與內部控制相結合的測量控制網。其中，內部控制以球心原點為基準點。裝時，我們將各節點的測量數據與理論數據比較，控制偏差值在2mm以內后進行固定連接。在步驟六中，參見圖6所示，本實施例中臨時支撐6為頂端帶有托臺的馬凳，馬凳的底端坐落在下弦水平鋼梁7上并固定，托臺上承托上弦水平鋼梁8，吊裝上弦水平鋼梁8，采用全站儀和水準儀測量鋼梁端頭坐標和標高，通過調節馬凳上部頂托使鋼梁位置達到設計要求。參見圖7所示，所述托桁架5為直角三角形，且其中一直角邊為豎桿與中央核心筒I貼緊并連接，另一直角邊為水平托桿承接環形腰桁架，相鄰的托桁架之間有連接鋼梁，連接鋼梁的作用是進行結構加固。參見圖3所示，所述上弦環形梁a段3. 33上可焊接吊裝件，吊裝件上開有吊裝孔。下部網殼一般由環向鋼管和環向鋼管間腹桿組成，上部網殼一般由肋環形鋼管組成。現場焊接所有焊縫均為全熔透一級焊縫，在施工時，每個步驟完成后均進行尺寸和標高的驗收，不合格需進行校正，合格后才可進行下一個步驟。
權利要求
1.一種大直徑球型鋼結構，包括鋼結構的球體，其特征在于所述球體位于中央核心筒(I)的頂端并與之連接，球體包括下部網殼(2)、環形腰桁架(3)和上部網殼(4)，所述環形腰桁架(3)包括下弦環形梁(3. 2)和上弦環形梁(3. 4)，兩環形梁之間連接一圈“爪”字形件(3. 3)，兩“爪”字形件(3. 3)之間間隔設置垂直環形梁的豎腹桿a (3. 1)，所述“爪”字形件(3. 3)包括兩根斜腹桿(3. 31)和一根豎腹桿b (3. 32)，所述環形腰桁架(3)的下弦環形梁(3. 2)通過下弦水平鋼梁(7)與中央核心筒(I)連接，環形腰桁架(3)的上弦環形梁(3. 4)通過上弦水平鋼梁(8)與中央核心筒(I)連接， 所述環形腰桁架(3 )的頂部承接有上部網殼(4 )，環形腰桁架(3 )的底部掛接有下部網殼(2 )，環形腰桁架(3 )的底部還接有托桁架(5 )，下部網殼(2 )的底端與托桁架(5 )的底端相接，所述托桁架(5)與中央核心筒(I)連接，沿中央核心筒(I)截面周長設置。
2.根據權利要求I所述的大直徑球型鋼結構，其特征在于所述“爪”字形件(3.3)三根腹桿的結點處連接一段上弦環形梁a段(3. 33)，相鄰的上弦環形梁a段(3. 33)之間由上弦環形梁b段(3. 41)相連組成上弦環形梁(3. 4)，“爪”字形件(3. 3)三根腹桿的另一端由下弦環形梁(3. 2)連為一體。
3.根據權利要求I所述的大直徑球型鋼結構，其特征在于所述環形腰桁架(3)設1-2道，每道環形腰桁架的環形梁均通過水平鋼梁與中央核心筒(I)連接。
4.根據權利要求2所述的大直徑球型鋼結構，其特征在于所述上弦環形梁a段(3. 33)與上弦環形梁b段(3. 41)之間為焊接或者錨固。
5.根據權利要求1-4所述的大直徑球型鋼結構的超高空安裝方法，其特征在于步驟如下 步驟一在工廠進行環形腰桁架(3)的預拼接，解體運至現場； 步驟二 現場場地準備，在地面上進行托桁架(5)的組裝和拼接； 步驟三使用吊車將托桁架(5)連接至中央核心筒(I)上； 步驟四在電腦上建立環形腰桁架(3)的三維模型，確立控制點，并模擬實際安裝；步驟五組裝下弦水平鋼梁(7)和腰桁架的下弦環形梁(3. 2)，下弦環形梁(3. 2)通過下弦水平鋼梁(7)與中央核心筒連接； 步驟六在下弦水平鋼梁(7)上設置安裝臨時支撐(6)； 步驟七吊裝腰桁架的上弦水平鋼梁(8)至臨時支撐(6)上表面，調節臨時支撐的高度使上弦水平鋼梁(8)達到設計標高； 步驟八在地面上將上弦環形梁a段(3. 33)、兩根斜腹桿(3. 31)和一根豎腹桿b(3. 32)用螺栓連接，形成“爪”字形件(3. 3)，然后起吊； 步驟九安裝“爪”字形件(3. 3)，先將兩根斜腹桿(3. 31)和一根豎腹桿(3. 32)的下端與下弦環形梁(3. 2)連接為一體，上弦環形梁a段(3. 33)與上弦水平鋼梁(8)相連，上弦環形梁a段(3. 33)之間連接上弦環形梁b段(3. 41)，然后安裝“爪”字形件(3. 3)間豎腹桿a(3. I)； 步驟十在環形腰桁架(3)的底部掛接下部網殼(2)，將下部網殼(2)的底端與托桁架(5)的底端相接，在環形腰桁架(3)的頂部承接上部網殼(4)，完成大直徑球型鋼結構的安裝。
6.根據權利要求5所述的大直徑球型鋼結構的超高空安裝方法，其特征在于所述步驟三中，托桁架(5)安裝前需在高空搭設臨時工作平臺。
7.根據權利要求5所述的大直徑球型鋼結構的超高空安裝方法，其特征在于所述步驟六中，臨時支撐(6)為頂端帶有托臺的馬凳，馬凳的底端坐落在下弦水平鋼梁(7)上并固定，托臺上承托上弦水平鋼梁(8)。
全文摘要
一種大直徑球型鋼結構及其超高空安裝方法，包括鋼結構的球體，球體位于中央核心筒的頂端并與之連接，球體包括下部網殼、環形腰桁架和上部網殼，環形腰桁架包括下弦環形梁和上弦環形梁，兩環形梁之間連接一圈“爪”字形件，兩“爪”字形件之間間隔設置垂直環形梁的豎腹桿a，“爪”字形件包括兩根斜腹桿和一根豎腹桿b，環形腰桁架的下弦環形梁通過下弦水平鋼梁與中央核心筒連接，環形腰桁架的上弦環形梁通過上弦水平鋼梁與中央核心筒連接。本發明解決了安裝球型鋼結構時在高空中搭設懸挑腳手架存在的效率差，投資大，工期長以及安全性不易得到保證的技術問題，由于因為進行了桁架分段，使其重量保持在塔吊起重能力之內，可合理使用塔吊進行高空起吊。
文檔編號E04G21/14GK102797292SQ20121033187
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者羅曉生, 樊鳳蓮, 曲紅波 申請人:中國建筑第二工程局有限公司