一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物及施工方法技术

本发明专利技术涉及空间异型钢结构施工技术领域，其公开了一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物及施工方法。该建筑物的外包钢结构由四个呈螺旋交错布置的桁架单体组成，每个桁架单体均由立面桁架和屋面桁架组成，立面桁架由桁架柱、腰桁架、窗桁架、肩桁架组成，相邻两个桁架单体的窗桁架收尾交汇处通过肩桁架交错连接，每个窗桁架通过腰桁架连接桁架柱安装在土建结构平台上；屋面桁架的外侧与窗桁架相连接，其内侧连接在主体结构的混凝土梁柱牛腿上。本发明专利技术应用BIM技术建立模型对施工方法、支撑结构、拼装胎架、吊装设备进行仿真模拟验算，为施工方法的可行性提供了数据支撑验证，也为同类异型空间结构的建筑物设计及施工提供新的思路和方法。的思路和方法。的思路和方法。

【技术实现步骤摘要】
一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物及施工方法


[0001]本专利技术涉及空间异型钢结构施工
，具体涉及一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物及施工方法。

技术介绍

[0002]空间管桁架结构是以钢管组成的结构，是主要建筑结构类型之一。结构主要由圆钢管直杆件或弧形杆件在节点处相互连接形成的格构柱、钢桁架等构件组成，各构件通过相贯节点、隔板节点、套管节点、球节点等多种节点形式进行焊接或栓接，并采用涂层发、热喷铝（锌）、阴极保护法等防腐防火工艺。管桁架结构具有良好承载能力、自重轻、制作安装简便，并可完美实现建筑设计造型等特点，已在公共建筑、商业建筑和景观建筑等领域广泛应用。
[0003]随着我国钢结构建筑的高质量发展，建筑设计造型趋于多样性、独特性。为提高了建造质量和施工速度，降低施工成本，设计施工总承包项目已成为项目实施主要模式。尤其对于空间异型的建筑物，比如在我公司承建的某场馆项目施工中，该场馆建筑物整体造型为倒圆台形，结构形式为倾斜弧形幕墙，整个建筑物的结构分为四个区，四个区的立面造型设计为错位螺旋形，且每个区域采用双向倾斜弧形管桁架的结构形式布置，由此构成一个整体闭合空间体系。但这种空间异型的建筑物不仅需要在项目设计阶段充分考虑施工场地、施工工艺、施工段划分及吊装提升措施等，而且还需在施工过程中对结构受力状况进行分析，以此来确保钢结构分段拼装、吊装、卸载就位过程中结构安全性。
[0004]基于此，在现有空间管桁架结构设计施工中，对于空间异型且受力体系较为独特，采用新技术、新工艺施工的复杂管桁架建筑物，施工段划分、施工顺序、临时支撑的选取，结构吊装、卸载就位、合拢过程中结构受力分析等关键性技术对结构安全提出了更高要求；同时，也为同类空间异型结构的建筑物的设计和施工方法提供科学、合理且可借鉴的宝贵经验。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中立面造型设计为错位螺旋形，且每个区域窗桁架采用双向倾斜弧形管桁架的异型空间的结构建筑物，存在钢结构形式复杂、受力体系独特、施工工艺复杂且难度大等诸多施工技术难点。同时，国内外对于同类异型建筑物的设计以及施工方法缺少科学、合理且可借鉴的宝贵经验。我公司结合项目设计和施工技术方案，提出了一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物及施工方法。
[0006]为达到上述项目设计方案和施工要求，保证同类异型空间建筑物在规定工期内安全、高质量完成。因此，本专利技术采用了以下技术方案：一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物，包括由四个结构相同的桁架单体组成，四个桁架单体呈螺旋分布，由此形成造型为倒圆台形的外包钢结构，每个桁架单体均由立面桁架和屋面桁架组成，所述立面桁架由桁架柱、腰桁架、窗桁架、肩桁架组成，相邻两个桁架单体首、尾交汇处的窗桁架呈交错布
置，且两者之间通过肩桁架相连接，使四个桁架单体沿砼主体结构四周形成首尾交错相连，在立面上构成一个整体闭合体系，每个窗桁架分别通过多个水平布置的腰桁架连接桁架柱安装在土建结构平台上；所述屋面桁架的外侧连接在窗桁架的顶端上，所述屋面桁架的内侧连接在多个主体结构的混凝土梁柱牛腿上。
[0007]作为上述技术方案的进一步补充说明，所述窗桁架分别为两侧1/4结构的上窗桁架、下窗桁架以及1/2结构的中窗桁架三部分，相邻两个桁架单体中的下窗桁架与上窗桁架之间呈交错布置，多个所述腰桁架均匀分布在下窗桁架和中窗桁架的下端内侧上，每个屋面桁架位于同一桁架单体中的中窗桁架和上窗桁架的上方。
[0008]作为上述技术方案的进一步补充说明，位于同一个桁架单体中的多个桁架柱高度依次递增，使窗桁架沿下窗桁架朝中窗桁架方向呈上倾布置。
[0009]作为上述技术方案的进一步补充说明，四个窗桁架均呈向外侧双向倾斜布置，每个窗桁架与水平面的夹角为52度、与垂直面的夹角为24度，相邻两个窗桁架的转角为3.5度。
[0010]作为上述技术方案的进一步解释及限定，所述腰桁架由多段腰桁架拼装单元组成，所述肩桁架由多段肩桁架拼装单元组成，所述屋面桁架由多段屋面桁架拼装单元组成，所述窗桁架由上窗桁架、下窗桁架，中窗桁架三部分拼装组成，且其三部分均由窗桁架拼装单元组成。
[0011]一种实现上述技术方案中一种立面错位螺旋式建筑物的施工方法，其包括有以下步骤：S1，BIM技术仿真模拟验算：应用BIM技术建立模型，对施工方法、支撑结构、拼装胎架、吊装设备进行仿真模拟验算，检查节点、构件是否碰撞，并合理布设吊车位置，对施工方法的可行性进行验证；S2，合理分化施工区域：土建结构施工完成，根据施工方案和技术安全交底，按照四个桁架单体划分为四个施工区域；S3，地面构件单元拼装：在每个施工区域的土建结构周围场地上根据各桁架以及桁架柱分别设置对应的拼装胎架，在各拼装胎架上分别制作腰桁架拼装单元、肩桁架拼装单元、屋面桁架拼装单元、窗桁架拼装单元以及桁架柱拼装单元，并对所有构件进场验收；S4，桁架施工前检查：检查柱顶混凝土梁柱强度，对土建单位提供的桁架结构支座定位轴线的位置，支撑面的顶板的位置、标高、水平度进行复测，与土建单位提供的测量记录进行对比，测量结果符合设计及规范要求后，进行钢桁架安装；S5，桁架柱安装：以屋面桁架分区为准，采用吊车跨外进行吊装中间第一段桁架柱拼装单元，即屋面桁架所在1/4分区最右侧桁架柱，继续向左侧吊装第二段桁架柱拼装单元，即屋面桁架所在1/4分区次右侧桁架柱；S6，腰桁架安装：在两个桁架柱之间安装在第一段腰桁架拼装单元，后续安装顺序以此类推，采用同样的方法吊装屋面桁架下方左侧剩余桁架柱和腰桁架拼装单元；同时，吊装屋面桁架下方右侧第一段桁架柱拼装单元，右侧第二榀桁架柱及腰桁架拼装单元安装，采用同样的方法依次吊装右侧剩余桁架柱和腰桁架；S7，屋面桁架支撑塔架搭设：根据屋面桁架设计标高依次安装支撑塔架，且支撑塔架安装在桁架柱顶端上；
S8，肩桁架支撑平台搭设：根据屋面桁架下弦对应节点坐标及设计标高，在肩桁架外侧设置钢柱支撑，在钢柱支撑的上部搭设水平支撑架钢梁与支撑塔架连接，并在水平支撑架钢梁的内侧铺设脚手板作为安装操作平台；S9，肩桁架安装：在肩桁架支撑平台完成后，利用履带吊跨外分段吊装第一段肩桁架拼装单元、第二段肩桁架拼装单元到支撑架钢梁上进行高空对接及焊接拼装；S10，屋面桁架分段吊装：按照屋面桁架由中央向两端分区的安装顺序，利用履带吊跨外分段吊装屋面桁架拼装单元完成高空拼装；S11，窗桁架分块吊装：从肩桁架右侧起始，利用履带吊跨外将窗桁架拼装单元分段吊装到肩桁架下侧进行高空对接，完成本施工区域肩桁架与相邻施工区域下窗桁架、腰桁架的结构焊接，按照同样施工方法，完成本施工区域下窗桁架、腰桁架与相邻施工区域肩桁架的结构焊接；按照吊装顺序，利用履带吊跨外将窗桁架拼装单元分段吊装到肩桁架上侧进行高空对接，完成本施工区域上窗桁架与本施工区域肩桁架、对应区域屋面桁架单元的结构焊接；从肩桁架左侧起始，利用履带吊跨外将窗桁架拼装单元分段吊装到要桁架与屋面桁架之间，完成本施工区域中窗桁架与剩余区域屋面桁架单元的结构焊接；S12，临时支撑拆除本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物，其特征在于：包括由四个结构相同的桁架单体组成，四个桁架单体呈螺旋分布，由此形成造型为倒圆台形的外包钢结构，每个桁架单体均由立面桁架和屋面桁架组成，所述立面桁架由桁架柱、腰桁架、窗桁架、肩桁架组成，相邻两个桁架单体首、尾交汇处的窗桁架呈交错布置，且两者之间通过肩桁架相连接，使四个桁架单体沿砼主体结构四周形成首尾交错相连，在立面上构成一个整体闭合体系，每个窗桁架分别通过多个水平布置的腰桁架连接桁架柱安装在土建结构平台上；所述屋面桁架的外侧连接在窗桁架的顶端上，所述屋面桁架的内侧连接在多个主体结构的混凝土梁柱牛腿上。2.根据权利要求1所述的一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物，其特征在于：所述窗桁架分别为两侧1/4结构的上窗桁架、下窗桁架以及1/2结构的中窗桁架三部分，相邻两个桁架单体中的下窗桁架与上窗桁架之间呈交错布置，多个所述腰桁架均匀分布在下窗桁架和中窗桁架的下端内侧上，每个屋面桁架位于同一桁架单体中的中窗桁架和上窗桁架的上方。3.根据权利要求1所述的一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物，其特征在于：位于同一个桁架单体中的多个桁架柱高度依次递增，使窗桁架沿下窗桁架朝中窗桁架方向呈上倾布置。4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物，其特征在于：四个窗桁架均呈向外侧双向倾斜布置，每个窗桁架与水平面的夹角为52度、与垂直面的夹角为24度，相邻两个窗桁架的转角为3.5度。5.根据权利要求4所述的一种采用管桁架结构的立面错位螺旋式建筑物，其特征在于：所述腰桁架由多段腰桁架拼装单元组成，所述肩桁架由多段肩桁架拼装单元组成，所述屋面桁架由多段屋面桁架拼装单元组成，所述窗桁架由上窗桁架、下窗桁架，中窗桁架三部分拼装组成，且其三部分均由窗桁架拼装单元组成。6.一种实现权利要求5一种立面错位螺旋式建筑物的施工方法，其包括有以下步骤：S1，BIM技术仿真模拟验算：应用BIM技术建立模型，对施工方法、支撑结构、拼装胎架、吊装设备进行仿真模拟验算，检查节点、构件是否碰撞，并合理布设吊车位置，对施工方法的可行性进行验证；S2，合理分化施工区域：土建结构施工完成，根据施工方案和技术安全交底，按照四个桁架单体划分为四个施工区域；S3，地面构件单元拼装：在每个施工区域的土建结构周围场地上根据各桁架以及桁架柱分别设置对应的拼装胎架，在各拼装胎架上分别制作腰桁架拼装单元、肩桁架拼装单元、屋面桁架拼装单元、窗桁架拼装单元以及桁架柱拼装单元，并对所有构件进场验收；S4，桁架施工前检查：检查柱顶混凝土梁柱强度，对土建单位提供的桁架结构支座定位轴线的位置，支撑面的顶板的位置、标高、水平度进行复测，与土建单位提供的测量记录进行对比，测量结果符合设计及规范要求后，进行钢桁架安装；S5，桁架柱安装：以屋面桁架分区为准，采用吊车跨外进行吊装中间第一段桁架柱拼装单元，即屋面桁架所在1/4分区最右侧桁架柱，继续向左侧吊装第二段桁架柱拼装单元，即屋面桁架所在1/4分区次右...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秀刁，郝明霞，郭占锋，杨春晖，姚方育，张生林，高瑞峰，吴璞，赵介芝，韩俊伟，侯全有，梁慧娟，
申请(专利权)人：山西建筑工程集团有限公司，
类型：发明
国别省市：