專利名稱：大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)及其超高空安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼結(jié)構(gòu)及其安裝方法，特別是一種直徑較大的球型鋼結(jié)構(gòu)及其在高空中進(jìn)行安裝的方法。
背景技術(shù)：
鋼結(jié)構(gòu)作為主要的建筑結(jié)構(gòu)之一，特別適用于建造大跨度、超高和超重型的建筑物。當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)建筑物越來越多樣化的造型，也對結(jié)構(gòu)的安全性和安裝的可實施性提出了很多挑戰(zhàn)。特別是在超高空安裝鋼結(jié)構(gòu)時，傳統(tǒng)安裝方法就有高空散拼法此方法為在高空搭設(shè)鋼管腳手架，按照設(shè)計要求對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段，從下往上按照分段進(jìn)行安裝。使用這種安裝方法具有以下缺點搭設(shè)腳手架進(jìn)行高空散拼時，例如安裝300米左右的超高空鋼結(jié)構(gòu)，經(jīng)計算懸挑腳手架至少需要搭設(shè)1700多平方米，懸挑腳手架的高度達(dá)30米，由此可見此方 法投資大，工期長，在高空中搭設(shè)腳手架危險性大，安全防護(hù)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(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)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(hù)的問題，減少了安全隱患，但隨著超高空鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，逐漸有截面加大和重量加重的趨勢，傳統(tǒng)的塔吊起重能力有限，在地面進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)組裝再進(jìn)行起吊時會受到重量的限制，導(dǎo)致無法采取此方法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的整榀或者分段吊裝。如何同時解決搭設(shè)腳手架的投資大，工期長以及安全防護(hù)問題和塔吊起重能力得以充分發(fā)揮成為鋼結(jié)構(gòu)超高空安裝技術(shù)中的難點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)及其超高空安裝方法，解決了安裝球型鋼結(jié)構(gòu)時在高空中搭設(shè)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(shù)問題，同時由于因為進(jìn)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(nèi)，可以合理使用塔吊進(jìn)行高空起吊。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)，包括鋼結(jié)構(gòu)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(wǎng)殼、環(huán)形腰桁架和上部網(wǎng)殼，所述環(huán)形腰桁架包括下弦環(huán)形梁和上弦環(huán)形梁，兩環(huán)形梁之間連接一圈“爪”字形件，兩“爪”字形件之間間隔設(shè)置垂直環(huán)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(huán)形腰桁架的下弦環(huán)形梁通過下弦水平鋼梁與中央核心筒連接，環(huán)形腰桁架的上弦環(huán)形梁通過上弦水平鋼梁與中央核心筒連接，
所述環(huán)形腰桁架的頂部承接有上部網(wǎng)殼，環(huán)形腰桁架的底部掛接有下部網(wǎng)殼，環(huán)形腰桁架的底部還接有托桁架，下部網(wǎng)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(shè)置。所述“爪”字形件三根腹桿的結(jié)點處連接一段上弦環(huán)形梁a段，相鄰的上弦環(huán)形梁a段之間由上弦環(huán)形梁b段相連組成上弦環(huán)形梁，“爪”字形件三根腹桿的另一端由下弦環(huán)形梁連為一體。所述環(huán)形腰桁架可設(shè)1-2道，每道環(huán)形腰桁架的環(huán)形梁均通過水平鋼梁與中央核心筒I連接。所述上弦環(huán)形梁a段與上弦環(huán)形梁b段之間為焊接或者錨固。這種大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)的超高空安裝方法，步驟如下
步驟一在工廠進(jìn)行環(huán)形腰桁架的預(yù)拼接，解體運至現(xiàn)場；
步驟二 現(xiàn)場場地準(zhǔn)備，在地面上進(jìn)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(huán)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(huán)形梁，下弦環(huán)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(shè)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(diào)節(jié)臨時支撐的高度使上弦水平鋼梁達(dá)到設(shè)計標(biāo)高；
步驟八在地面上將上弦環(huán)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(huán)形梁連接為一體，上弦環(huán)形梁a段與上弦水平鋼梁相連，上弦環(huán)形梁a段之間連接上弦環(huán)形梁b段，然后安裝“爪”字形件間豎腹桿a ；
步驟十在環(huán)形腰桁架的底部掛接下部網(wǎng)殼，將下部網(wǎng)殼的底端與托桁架的底端相接，在環(huán)形腰桁架的頂部承接上部網(wǎng)殼，完成大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)的安裝。所述步驟三中，托桁架安裝前需在高空搭設(shè)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(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果
本發(fā)明克服了球體鋼結(jié)構(gòu)的腰部環(huán)形桁架向外傾斜，安裝難度大的技術(shù)問題，采取上弦與相關(guān)腹桿組合吊裝的方法，不需另外搭設(shè)懸挑腳手架支撐體系，解決了搭設(shè)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(shù)問題。本發(fā)明采用“爪”字形組合吊裝，進(jìn)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(nèi)，可以合理使用塔吊進(jìn)行高空起吊。本發(fā)明與常規(guī)施工方法相比施工效率高、工期短、安全易于保證，實現(xiàn)了球體鋼結(jié)構(gòu)的快速安裝，節(jié)約搭設(shè)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(jié)約了管理費用。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于球型鋼結(jié)構(gòu)的高空安裝。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖I是本發(fā)明中大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是本發(fā)明中安裝了部分“爪”字形件的環(huán)形腰桁架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中“爪”字形件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明中托桁架的安裝位置的俯視示意圖。圖5是本發(fā)明中環(huán)形腰桁架和托桁架相對位置的俯視示意圖。圖6是本發(fā)明中臨時支撐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明中與中央核心筒直接連接的托桁架的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記1 一中央核心筒、2 —下部網(wǎng)殼、3 —環(huán)形腰祐1架、3. I 一豎腹桿a、3. 2 一下弦環(huán)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(huán)形梁a段、3. 4 一上弦環(huán)形梁、3. 41 一上弦環(huán)形梁b段、4 一上部網(wǎng)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(jié)構(gòu)，包括鋼結(jié)構(gòu)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(wǎng)殼2、環(huán)形腰桁架3和上部網(wǎng)殼4，參見圖2所示，所述環(huán)形腰桁架3包括下弦環(huán)形梁3. 2和上弦環(huán)形梁3. 4，兩環(huán)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(shè)置垂直環(huán)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(huán)形腰桁架3的下弦環(huán)形梁3. 2通過下弦水平鋼梁7與中央核心筒I連接，環(huán)形腰桁架3的上弦環(huán)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(huán)形腰桁架3的頂部承接有上部網(wǎng)殼4，環(huán)形腰桁架3的底部掛接有下部網(wǎng)殼2，參見圖5所示，環(huán)形腰桁架3的底部還接有托桁架5，下部網(wǎng)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(shè)置。如圖4-5所示，本實施例中托桁架設(shè)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(jié)點處連接一段上弦環(huán)形梁a段3. 33，參見圖2所示，相鄰的上弦環(huán)形梁a段3. 33之間由上弦環(huán)形梁b段3. 41相連組成上弦環(huán)形梁3. 4，“爪”字形件3. 3三根腹桿的另一端由下弦環(huán)形梁3. 2連為一體。所述環(huán)形腰桁架3可設(shè)為1-2道，每道環(huán)形腰桁架的環(huán)形梁均通過水平鋼梁與中央核心筒I連接。本實施例中環(huán)形腰桁架3設(shè)置為2道，即環(huán)形梁設(shè)置為4層，2道環(huán)形腰桁架3之間使用通長的豎腹桿a3. I相連接，2道環(huán)形腰桁架3的環(huán)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(huán)形梁設(shè)置為4層，豎腹桿a3. I也會相繼增長。所述上弦環(huán)形梁a段3. 33與上弦環(huán)形梁b段3. 41之間為焊接或者錨固。這種大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)的超高空安裝方法，步驟如下
步驟一在工廠進(jìn)行環(huán)形腰桁架3的預(yù)拼接，解體運至現(xiàn)場；
步驟二 現(xiàn)場場地準(zhǔn)備，在地面上進(jìn)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(huán)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(huán)形梁3. 2，下弦環(huán)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(shè)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(diào)節(jié)臨時支撐的高度使上弦水平鋼梁8達(dá)到設(shè)計標(biāo)高；
步驟八在地面上將上弦環(huán)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(huán)形梁3. 2連接為一體，上弦環(huán)形梁a段3. 33與上弦水平鋼梁8相連，上弦環(huán)形梁a段
3.33之間連接上弦環(huán)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(huán)形腰桁架3的底部掛接下部網(wǎng)殼2，將下部網(wǎng)殼2的底端與托桁架5的底端相接，在環(huán)形腰桁架3的頂部承接上部網(wǎng)殼4，完成大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)的安裝。本實施例中設(shè)置了 2道環(huán)形腰桁架，即上面一道環(huán)形腰桁架頂部承接上部網(wǎng)殼4，下 面一道環(huán)形腰桁架底部掛接下部網(wǎng)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(jìn)行拼裝焊接工作，減少高空作業(yè)時間。根據(jù)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(shè)臨時工作平臺，保證聞空對接在平臺上進(jìn)行，減少聞空作業(yè)風(fēng)險，提聞施工作業(yè)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(chǔ)，環(huán)形腰桁架安裝位置的準(zhǔn)確是確保球體安裝質(zhì)量的關(guān)鍵所在。我們采用計算機按照1:1比例，對球體桁架的進(jìn)行三維模型放樣。并對下弦各節(jié)點進(jìn)行編號，由計算機自動輸出相應(yīng)節(jié)點的三維坐標(biāo)值。根據(jù)計算機輸出的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，建立測量控制網(wǎng)。為避免累積誤差采用外部控制與內(nèi)部控制相結(jié)合的測量控制網(wǎng)。其中，內(nèi)部控制以球心原點為基準(zhǔn)點。裝時，我們將各節(jié)點的測量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)比較，控制偏差值在2mm以內(nèi)后進(jìn)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(zhǔn)儀測量鋼梁端頭坐標(biāo)和標(biāo)高，通過調(diào)節(jié)馬凳上部頂托使鋼梁位置達(dá)到設(shè)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(huán)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(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。參見圖3所示，所述上弦環(huán)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(wǎng)殼一般由環(huán)向鋼管和環(huán)向鋼管間腹桿組成，上部網(wǎng)殼一般由肋環(huán)形鋼管組成?，F(xiàn)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(jìn)行尺寸和標(biāo)高的驗收，不合格需進(jìn)行校正，合格后才可進(jìn)行下一個步驟。
權(quán)利要求
1.一種大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)，包括鋼結(jié)構(gòu)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(wǎng)殼(2)、環(huán)形腰桁架(3)和上部網(wǎng)殼(4)，所述環(huán)形腰桁架(3)包括下弦環(huán)形梁(3. 2)和上弦環(huán)形梁(3. 4)，兩環(huán)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(shè)置垂直環(huán)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(huán)形腰桁架(3)的下弦環(huán)形梁(3. 2)通過下弦水平鋼梁(7)與中央核心筒(I)連接，環(huán)形腰桁架(3)的上弦環(huán)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(huán)形腰桁架(3 )的頂部承接有上部網(wǎng)殼(4 )，環(huán)形腰桁架(3 )的底部掛接有下部網(wǎng)殼(2 )，環(huán)形腰桁架(3 )的底部還接有托桁架(5 )，下部網(wǎng)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(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)，其特征在于所述“爪”字形件(3.3)三根腹桿的結(jié)點處連接一段上弦環(huán)形梁a段(3. 33)，相鄰的上弦環(huán)形梁a段(3. 33)之間由上弦環(huán)形梁b段(3. 41)相連組成上弦環(huán)形梁(3. 4)，“爪”字形件(3. 3)三根腹桿的另一端由下弦環(huán)形梁(3. 2)連為一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)，其特征在于所述環(huán)形腰桁架(3)設(shè)1-2道，每道環(huán)形腰桁架的環(huán)形梁均通過水平鋼梁與中央核心筒(I)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)，其特征在于所述上弦環(huán)形梁a段(3. 33)與上弦環(huán)形梁b段(3. 41)之間為焊接或者錨固。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)的超高空安裝方法，其特征在于步驟如下 步驟一在工廠進(jìn)行環(huán)形腰桁架(3)的預(yù)拼接，解體運至現(xiàn)場； 步驟二 現(xiàn)場場地準(zhǔn)備，在地面上進(jìn)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(huán)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(huán)形梁(3. 2)，下弦環(huán)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(shè)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(diào)節(jié)臨時支撐的高度使上弦水平鋼梁(8)達(dá)到設(shè)計標(biāo)高； 步驟八在地面上將上弦環(huán)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(huán)形梁(3. 2)連接為一體，上弦環(huán)形梁a段(3. 33)與上弦水平鋼梁(8)相連，上弦環(huán)形梁a段(3. 33)之間連接上弦環(huán)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(huán)形腰桁架(3)的底部掛接下部網(wǎng)殼(2)，將下部網(wǎng)殼(2)的底端與托桁架(5)的底端相接，在環(huán)形腰桁架(3)的頂部承接上部網(wǎng)殼(4)，完成大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)的安裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)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(shè)臨時工作平臺。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大直徑球型鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)及其超高空安裝方法，包括鋼結(jié)構(gòu)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(wǎng)殼、環(huán)形腰桁架和上部網(wǎng)殼，環(huán)形腰桁架包括下弦環(huán)形梁和上弦環(huán)形梁，兩環(huán)形梁之間連接一圈“爪”字形件，兩“爪”字形件之間間隔設(shè)置垂直環(huán)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(huán)形腰桁架的下弦環(huán)形梁通過下弦水平鋼梁與中央核心筒連接，環(huán)形腰桁架的上弦環(huán)形梁通過上弦水平鋼梁與中央核心筒連接。本發(fā)明解決了安裝球型鋼結(jié)構(gòu)時在高空中搭設(shè)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(shù)問題，由于因為進(jìn)行了桁架分段，使其重量保持在塔吊起重能力之內(nèi)，可合理使用塔吊進(jìn)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(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)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