专利名称：空间大型索架钢结构体系施工方法
技术领域：
本发明属于建筑施工技术领域，具体来说属于大型场馆的空间索架钢结构体系施工技术领域。
背景技术：
建筑是一个发展很快的行业，建筑技术的发展日新月异，越来越多的大型场馆特别是体育场馆的设计采用了最新的理念和最新的材料，其中索膜张拉结构的蓬盖形体育场极富二十一世纪的新气息，它使体育场馆鸟瞰造型新颖美观。但这种蓬盖结构需要一个大型的索架钢结构来支撑它，这种索架钢结构一般都必需座落在大型的悬挑式钢筋混凝土梁柱之上，而且体育场馆一般都是采用椭圆形结构，这就带来如下难题其一是这种体育场馆都是由大型的悬挑式梁柱来支撑的，座落在大型悬挑梁柱之上的大型索架钢结构高空作业率高达95％以上，而且索架钢结构的部件一个就是三、四十吨重，部件的尺寸超长超大，一根悬挑桁架就是五十米以上，这注定了它的施工难度极大，结构的安全性和作业的安全性都是不容忽视的大问题。其二，索架钢结构刚性支撑部件所形成的上下环梁都随着体育场椭圆形结构的改变而改变，它们所形成的空间双曲线造型，使所有的结构部件均随此变化而变化，支撑部件的尺寸和大小都存在多样性和复杂性，每一个单元的结构误差累积起来就会使整个结构失去稳定性，造成极大的潜在的不安全隐患。因此，为保证结构的稳定性和安全性，就必须保证结构的安装精度。这就要求对此类结构的安装施工不能沿用传统的逐个安装的方法。
发明内容
针对现有技术的不足和新的技术问题的提出，本发明的目的是提供一种适用于大型场馆的空间索架钢结构体系施工的方法。它能保证施工的安全，能将结构的施工误差在施工过程中逐步消除，不造成累积误差，保证结构之间的结合精度，从而提高了整体建筑物的安全性。
本发明的目的是这样实现的空间大型索架钢结构体系的施工方法将整个工程分为三个阶段依次进行第一阶段，安装全部刚性主支撑单元并与四个井筒结合为大型钢性主支撑结构骨架；第二阶段，安装悬挑桁架，使其与刚性主支撑结构骨架形成永久结合；第三阶段，安装环索及附属部件，完成全部大型索架钢结构体系；具体的安装步骤方法如下A、整个工程分为一至多个工位，每个工位均依顺时针或逆时针方向同时进行安装；B、在每一工位，用起重吊运机械将第一个刚性主支撑单元整体起吊、准确定位并立于第一根钢筋混凝土梁柱的承接位置上，用下拉杆将刚性主支撑单元与钢筋混凝土梁柱连接在一起，用数根临时揽风牵拉钢索牵拉固定整个刚性主支撑单元使其处于稳定状态；C、用起重吊运机械将第三个刚性主支撑单元整体起吊、准确定位并立于第三根钢筋混凝土梁柱的承接位置上，用下拉杆将刚性主支撑单元与钢筋混凝土梁柱连接在一起，用数根临时揽风牵拉钢索牵拉固定整个刚性主支撑单元使其处于稳定状态；D、将组成插补单元的拼装组件或散件依次起吊、定位及安装在第二根钢筋混凝土梁柱的承接位置上，并与第一、第三两根钢筋混凝土梁柱上已安装完毕的刚性主支撑单元焊接连接或高强螺栓连接；同时消除第一单元和第三单元安装中产生的累计装配误差；用数根临时揽风牵拉钢索牵拉固定整个刚性主支撑单元使其处于稳定状态；E、依照C、D两步骤重复循环进行其余单元安装，直至整个空间大型索架钢结构的刚性主支撑单元安装完毕；整个钢结构与四个方位的井筒结合为一个整体，支撑在所有钢筋混凝土梁柱之上，在空中形成一副大型钢性主支撑结构骨架；F、将悬挑桁架整体起吊并与刚性主支撑单元进行焊接连接及永久钢索牵拉连接；G、将悬挑桁架之间的斜撑及附属部件与已完成的刚性主支撑结构骨架和悬挑桁架相拼装并连接之；H、将内环索提升安装在预先焊接于斜撑桁架上的主索夹上；完成全部大型索架钢结构体系。
所述的刚性主支撑单元是由三棱锥体的棱边所组成的结构体，其中一条垂直于水平面的棱边即是所称的立柱；将此单元整体起吊时，应保持立柱基本垂直，使立柱下节点上的球头对应落位于钢筋混凝土梁柱上的预埋板球座上，在经纬仪的监测下进行立柱垂直度和两下弦杆下端的下环梁节点空间位置的调整，调整合格后，将下拉杆上端与刚性主支撑单元中的下环梁节点用高强螺栓连接，再将下拉杆的下端与钢筋混凝土梁柱上的预埋板对拉焊接、高强螺栓连接。
所述的插补单元将刚性主支撑单元分为以下几种组件或散件A、一根立柱下节点与一根下弦桁架的焊接组件；B、一根下弦桁架组件；C、一根立柱同两上拉杆在立柱上端上环梁节点处连接的组件；D、拉杆组件；E、散件下环梁、下拉杆、上环梁、销轴；组件及散件均需保证构件及相关角度、尺寸的精度不超差。
安装过程中与立柱单元连接的揽风绳交叉连接在临近的钢筋混凝土梁柱的预留孔洞中，或临近的其它的钢筋混凝土结构上，其中间设置有长度调节器(即手拉葫芦)。
本发明所提出的方法使施工处于有序推进的状况，保证了施工人员的安全。间隔步进中间插补的方法可以及时地消除施工中的结构误差，保证结构的安装精确度，也随之提高了整个工程的安全保障系数。根据人员及设备的情况，可将整个工程分为数个工位同时进行安装，节省了工时，加快了工程的进度，节约了资金，而且保证了工程质量。本发明的方法适用于类似的大型场馆的索架钢结构的施工。
附图1是立柱单元隔位步进中间插补安装法示意图；
附图2是立柱单元与悬挑桁架结构示意图；附图3是立柱下节点结构示意图；附图4是立柱单元揽风绳平面示意图。
附图中标记分述如下1——立柱单元；2——立柱；3——上拉杆；4——下弦杆；5——下环梁；6——下拉杆；7——立柱下节点；8——下环梁节点；9——上环梁节点；10——悬挑桁架；11——永久牵拉钢索；12——立柱下节点上的球头；13——钢筋混凝土梁柱上预制板上的球座；14——钢筋混凝土梁柱；15——看台；16——缆风绳；17——长度调节器；18——锚固点；19——上环梁。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的描述。武汉体育中心体育场建筑面积8万平方米，设有总高45米的二层看台，可容纳六万观众，一流的场地设施，可以承担国内国际的一流大型比赛。体育场由四个花瓣形看台组成椭圆形平台，长轴277米，短轴245米。看台采用框架结构体系，设置四个角筒，框—筒为蓬盖支座，蓬盖采用目前国际上流行的索膜张拉结构，施加予应力后与框—筒共同受力，形成框—筒—索膜结构体系。
体育场采用索膜张拉的蓬盖结构，支撑该蓬盖结构的钢结构的复盖面积为27600m2。钢结构工程主要由三部分组成第一部分为以立柱为中心的刚性主支撑；第二部分为以环索为中心的柔性副支撑；第三部分为被称为“马道”的设置灯光及音响等设备用的附属组件。整个体育场的椭圆形结构中设置有四个现浇混凝土井筒和56根大型悬挑大斜梁的梁柱为下部支撑，钢结构的56个立柱单元即座落在此56根梁柱之上，它们沿体育场四周呈花瓣形对称分布。立柱单元体最大重量约35t，桁架最大榀为1499×1099×52011mm，重约26t，最大悬挑长度为52.0105m，蓬盖钢结构总重约4000t，整个结构最大标高54.681m。
采用本发明的方法对上述工程进行施工，刚性主支撑结构采用隔位步进中间插补安装法，将整个工程分为两个工位同时施工，分别从东北、西南处28#及56#柱开始顺时针方向进行。吊装采取整体单元间隔安装2个后，中间插补安装拼补单元的方式循环进行。附图1将第1个刚性主支撑单元至第5个刚性主支撑单元安装顺序显示为14个步骤，很清楚地表达了隔位步进中间插补安装法的安装顺序。至第14步，5个单元组合为一体，其上下横梁已连接在一起。
整体单元吊装前，在立柱上节点与上拉索连接的耳板销轴孔内系好三根φ28的钢揽绳，并在两上拉杆及立柱下节点之间，离下弦桁架上平面约1.2m高处，系好φ12mm的白棕绳作为安装作业的行走安全扶绳。在两下弦节点上系上两根φ17.5mm的钢揽，并在东、西区二层看台，南北区一层靠内场边沿看台对应柱基础的纵梁两侧，分别钻φ56的通孔，穿入φ28的钢丝绳用卸扣使之连接成环状，作为环梁单元揽风锚固点。环梁单元吊装前，在所有混凝土柱四周搭好与柱顶平齐的脚手架，并在脚手架顶端铺上木板，作为安装的操作平台。用三吊点法吊装，吊装中立柱应处于基本垂直状态或顶端略向内倾斜的状态。单元吊装过程中，应通过系在下弦节点处的白棕绳调整单元的相对位置，使立柱下节点球头与预埋板球座对应落位，再将三根钢缆风绳中串入5t手拉葫芦。分别将揽风绳拉向内场看台的锚固点，并在经纬仪的监测下进行立柱垂直度和两下弦节点空间位置的调整。然后进行下拉杆与预埋板的对拉焊接。当该单元安装牢固后，再进行下一个整体单元的吊装。两个整体单元吊装定位完毕后，再进行中间插补单元的嵌补吊装，直至所有刚性主支撑单元安装完毕；整个钢结构与四个方位的井筒结合为一个整体，支撑在所有钢筋混凝土梁柱之上，在空中形成一副大型刚性主支撑单元钢结构骨架。然后再安装悬挑桁架、悬挑桁架之间的斜撑及附属组件，整体结构安装即告完成。
权利要求
1.一种空间大型索架钢结构体系的施工方法，其特征在于所述的施工方法将整个工程分为三个阶段依次进行第一阶段，采用隔位步进中间插补法安装全部刚性主支撑单元并与四个井筒结合为大型钢性主支撑结构骨架；第二阶段，安装悬挑桁架，使其与刚性主支撑结构骨架形成永久结合；第三阶段，安装环索及附属部件，完成全部大型索架钢结构体系；具体安装方法步骤如下A、整个工程分为一至多个工位，每个工位均依顺时针或逆时针方向同时进行安装；B、在每一工位，用起重吊运机械将第一个刚性主支撑单元(1)整体起吊、准确定位并立于第一根钢筋混凝土梁柱(14)的承接位置(13)上，用下拉杆(6)将刚性主支撑单元(1)与钢筋混凝土梁柱(14)连接在一起，用数根临时揽风牵拉钢索(16)牵拉固定刚性主支撑单元(1)使其处于稳定状态；C、用起重吊运机械将第三个刚性主支撑单元(1)整体起吊、准确定位并立于第三根钢筋混凝土梁柱(14)的承接位置(13)上，用下拉杆(6)将刚性主支撑单元(1)与钢筋混凝土梁柱(14)连接在一起，用数根临时揽风牵拉钢索(16)牵拉固定刚性主支撑单元(1)使其处于稳定状态；D、将组成插补单元的拼装组件或散件依次起吊、定位及安装在第二根钢筋混凝土梁柱(14)的承接位置(13)上，并与第一、第三两根钢筋混凝土梁柱(14)上已安装完毕的刚性主支撑单元(1)焊接连接或高强螺栓连接；同时消除相邻两单元安装中产生的累计装配误差；用数根临时揽风牵拉钢索(16)牵拉固定刚性主支撑单元(1)使其处于稳定状态；E、依照C、D两步骤重复循环进行其余单元安装，直至整个空间大型索架钢结构的刚性主支撑单元(1)安装完毕；整个刚性主支撑结构与四个方位的井筒结合为一个整体，支撑在所有钢筋混凝土梁柱(14)之上，在空中形成一副大型钢性主支撑结构骨架；F、将悬挑桁架(10)整体起吊并与刚性主支撑单元(1)进行焊接连接及永久钢索牵拉连接；G、将悬挑桁架(10)之间的斜撑及附属组件与已完成的大型钢性主支撑结构骨架和悬挑桁架(10)相拼装并连接之；H、将内环索提升安装在预先焊接于斜撑桁架上的主索夹上；至此，全部空间大型索架钢结构体系安装完成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于；所述的刚性主支撑单元(1)是由三棱锥体的棱边组成的结构体，其中一条垂直于水平面的棱边即是所称的立柱(2)；将此单元(1)整体起吊时，应保持立柱(2)基本垂直，使立柱下节点(7)上的球头(12)对应落位于钢筋混凝土梁柱(14)上的预埋板球座(13)上，在经纬仪的监测下进行立柱(2)垂直度和两下弦杆(3)下端的下环梁节点(8)空间位置的调整，调整合格后，将下拉杆(6)上端与刚性主支撑单元(1)中的下环梁节点(8)用高强螺栓连接，再将下拉杆(6)的下端与钢筋混凝土梁柱(14)上的预埋板对拉焊接、高强螺栓连接。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的插补单元分为以下几种组件或散件A、一根立柱下节点(7)与一根下弦桁架(4)的焊接组件；B、一根下弦桁架(4)组件；C、一根立柱(2)同两上拉杆(3)在立柱上端上环梁节点(9)处连接的组件；D、拉杆组件；E、散件下环梁(5)、下拉杆(6)、上环梁(19)、销轴；组件及散件均需保证构件及相关角度、尺寸的精度不超差。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于安装过程中与立柱单元(1)连接的揽风绳(16)交叉连接在临近的钢筋混凝土梁柱(14)的预留孔洞(18)中，或临近的其它的钢筋混凝土结构上，其中间设置有长度调节器(即手拉葫芦)(17)。
全文摘要
本发明公开了一种空间大型索架钢结构体系施工方法。本发明属于建筑施工技术领域。本方法的特点在于刚性主支撑的安装施工采用隔位步进中间插补安装法，其步骤如下A.整个工程分为一至多个工位同时进行安装；B.将第一个刚性主支撑单元安装定位；C.将第三个刚性主支撑单元安装定位；D.在一、三两单元之间插补安装第二单元，并消除前两单元的累积结构误差；E.重复C、D的操作，直至安装完毕形成刚性主支撑骨架系统；F.安装悬挑桁架及附属组件。本方法施工有序，保证了施工安全。及时地消除施工中的结构误差，保证结构的安装精确度，提高了整个工程的安全保障系数。本发明的方法适用于类似的大型场馆的索架钢结构的施工。
文档编号E04B1/35GK1517502SQ0311846
公开日2004年8月4日 申请日期2003年1月15日 优先权日2003年1月15日
发明者尹毅书, 司文志, 毛仲喜 申请人:中国建筑第八工程局中南公司