一种钢结构塔及其施工方法与流程

本发明涉及一种钢结构及其施工方法，特别是一种钢结构塔及其施工方法。

背景技术：

随着现有建筑技术的日益提高，建筑师得以丰富自己的设计风格，设计各种需要的使用功能和外形。特别是一些具有地域性特点的设计风格，在保证基本建筑设计的同时，在构件运输和吊装能力有限的情况下，钢结构在加工厂只能进行分段制作，如何将构件进行巧妙的分段和分解的同时还能保证后期的安装质量。同时安装吊装单元时，如果钢结构分段不当会经常遇见变形的问题，如何保证安装过程中的施工质量也是急需解决的一个问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钢结构塔及其施工方法，要解决塔形结构如何分段制作，现场空中安装施工如何保证施工质量的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钢结构塔，包括坐落在混凝土基体上的钢结构和固定连接在钢结构外侧的幕墙结构，所述钢结构包括塔身、塔内楼梯和塔顶装饰体，

所述塔身整体呈塔状，包括下段塔、中段塔和上段塔，

所述下段塔呈正六棱柱形，包括六根沿侧棱设置的下段钢柱，所述下段钢柱为埋入混凝土基体内的劲性钢骨柱、通过预埋锚栓与混凝土基体连接，

所述中段塔呈正六棱锥台形，包括沿正六棱锥台的侧棱设置的六根中段钢管柱和一组钢管环梁，

所述中段钢管柱的底端与下段钢柱的顶端一一对接，所述钢管环梁沿中段塔竖向间隔分布，

每道钢管环梁形成正六边形，该组钢管环梁沿中段塔自下而上形成的正六边形尺寸顺次减小，

所述上段塔呈正三棱锥形，包括沿正三棱锥的侧棱设置的三根上段钢柱，所述上段钢柱的底端与中段钢管柱的顶端间隔对接，

所述塔内楼梯由下至上设置中段塔的内部，所述塔内楼梯以中段塔内部的容纳空间为准分为包括下段的双跑钢楼梯和上段的钢爬梯，

所述双跑钢楼梯包括一组水平的楼梯平台和一组斜向的楼梯踏步，所述楼梯平台在塔内交替连接在中段钢管柱上，所述楼梯踏步连接在上下相邻的两个楼梯平台之间。

所述下段塔成段分为下段吊装塔节，每段下段吊装塔节上包括六根下段钢柱，相邻下段吊装塔节之间的钢柱之间对接，

所述中段塔成段分为中段吊装塔节，每段中段吊装塔节上包括六根中段钢管柱，除中段吊装塔节的最底节，其余塔节上每段均包括至少一道钢管环梁，相邻的中段钢管柱之间对接，

所述上段塔成段分为上段吊装塔节，每段上段吊装塔节上包括三根上段钢管柱，相邻的上段钢管柱之间对接。

所述中段吊装塔节的最底节露出混凝土基体，并且该节固定连接有水平的圆形平台钢结构，所述上段吊装塔节中的最底节上也固定连接有水平的圆形平台钢结构。

所述圆形平台钢结构包括同心的外侧圆环梁和内侧正多边形环梁，还包括内外环连接梁和柱间连系梁，

所述外侧圆环梁围合在钢管柱的外周，通过放射状、与钢管柱一一对应连接的内外环连接梁固定连接在钢管柱的外周，所述内侧正多边形环梁顺次连接在钢管柱之间，相对的钢管柱之间连接有柱间连系梁，所述内侧正多边形环梁、内外环连接梁和柱间连系梁的梁高相同，所述外侧圆环梁的梁高小于内外环连接梁，所述内侧正多边形环梁、内外环连接梁和柱间连系梁在钢管柱上同一高度位置连接。

所述塔顶装饰体包括与上段塔的塔尖固定连接的竖向连接钢管和固定连接在竖向连接钢管上的装饰主体，所述装饰主体呈五角星状，由方通拼接而成。

一种钢结构塔的施工方法，施工步骤如下：

步骤一，根据塔吊起重能力，将下段塔、中段塔和上段塔分别成段分为下段吊装塔节、中段吊装塔节和上段吊装塔节，其中每段中段吊装塔节分成结构对称的两个吊装单元；

步骤二，根据深化设计在地面上对中段吊装塔节进行胎架轴线的放样，然后在地面上搭设吊装单元的胎架，并在胎架上进行拼装，分为双跑钢楼梯施工段和钢爬梯施工段；

除中段吊装塔节的最底节以外，双跑钢楼梯施工段和钢爬梯施工段均包括以下步骤：

步骤a，每个吊装单元包括三根中段钢管柱，先将两根相邻的平面内中段钢管柱在胎架上就位；

步骤b，然后在步骤a的两根中段钢管柱之间连接一根钢管环梁；

步骤c，将第三根中段钢管柱在胎架上就位，然后在第三根中段钢管柱与步骤a中的中段钢管柱之间再连接一根钢管环梁；

步骤d，在中段钢管柱的下端部无环梁的位置固定连接防变形临时加固钢梁，防变形临时加固钢梁为等标高设置的两根或三根，分别连接在吊装单元的中段钢管柱之间；

步骤f，重复继续拼装下一节的吊装单元；

其中双跑钢楼梯施工段还在步骤d后包括步骤e，在三根中段钢管柱之间连接楼梯平台；

中段塔拼装完毕；

步骤三，根据深化设计在地面上对上段吊装塔节进行胎架轴线的放样，然后在地面上搭设胎架，并在胎架上进行拼装；

步骤四，根据深化设计在地面上对拼装塔顶装饰体进行胎架轴线的放样，然后在地面上搭设胎架，并在胎架上进行拼装；

步骤五，施工预埋螺栓，然后通过吊车起吊下段吊装塔节进行安装对接，浇筑混凝土使下段塔没入混凝土基体，与中段塔连接的下段塔的顶端部露出混凝土基体的顶面；

步骤六，施工双跑钢楼梯施工段：

通过吊车起吊该施工段中最底节的其中一个吊装单元，将该单元的三根中段钢管柱分别与下段塔的三根下段钢柱对接，然后吊车起吊最底段的另外一个吊装单元，将该单元的三根中段钢管柱分别与下段塔的另外三根下段钢柱对接，然后补缺吊装单元之间的水平构件；最后在最底节的两个吊装单元之间的楼梯平台之间交替连接楼梯踏步；

步骤七，重复施工步骤六直至钢爬梯施工段；

步骤八，施工钢爬梯施工段：通过吊车起吊该施工段中最底节的其中一个吊装单元，将该单元的三根中段钢管柱分别与下段塔的三根下段钢柱对接，然后吊车起吊最底段的另外一个吊装单元，将该单元的三根中段钢管柱分别与下段塔的另外三根下段钢柱对接，然后补缺吊装单元之间的水平构件；最后在最底节的两个吊装单元之间安装钢爬梯；

步骤九，重复施工步骤八直至中段吊装塔节施工完毕；

步骤十，通过吊车整体起吊各个上段吊装塔节，最底节与中段塔对接，所述钢爬梯伸入上段塔内；

步骤十一，通过吊车整体起吊塔顶装饰体；

步骤十二，施工幕墙结构，钢结构塔施工完毕。

当施工中段吊装塔节的最底节时，所述吊装单元包括三根中段钢管柱和圆形平台钢结构单元，每个圆形平台钢结构单元包括一段弧形的外侧圆环梁、两根内侧正多边形环梁和三根内外环连接梁，该处所述水平构件为圆形平台钢结构单元的剩余未安装构件，包括两段外侧圆环梁、两根内侧正多边形环梁和柱间连系梁，水平构件中的内侧正多边形环梁和柱间连系梁平行。

当施工中段吊装塔节的其余塔节时，该处所述水平构件为钢管环梁剩余未安装构件。

每个中段吊装塔节的外侧均固定连接有一高空操作平台，所述高空操作平台在步骤六之前以平台单元的形式固定安装在吊装单元上，该处所述水平构件为高空操作平台之间剩余的未安装构件。

所述幕墙结构包括塔身幕墙和塔顶装饰体幕墙，

所述塔身幕墙按钢结构的棱柱、棱台或棱锥形状每个侧面划分一块塔身幕墙单元，每个塔身幕墙单元包括塔身饰面、塔身龙骨和连接件，所述的塔身饰面和塔身龙骨在地面拼装成整体，并且将连接件与塔身龙骨焊接，通过塔吊直接吊装就位至钢结构的外侧、与钢结构通过螺栓连接，

所述塔顶装饰体幕墙包括装饰体饰面和装饰体龙骨，所述装饰体龙骨与钢结构焊接。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明是在建筑顶部的钢结构塔，结构受力清晰设计巧妙，施工时利用结构形状本身的特点进行深化设计，将塔身上下分成吊装塔节，每个吊装塔节左右又分为两个吊装单元并连接高空作业平台。施工前在地面拼装吊装单元，采用吊车直接施工吊装单元然后再补接吊装单元之间水平构件的安装方法。本发明的施工方法施工步骤明确，特别适用于塔型钢结构的施工。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明钢结构塔的外部结构示意图。

图2是本发明施工方法步骤二中步骤a的示意图。

图3是本发明施工方法步骤二中步骤b的示意图。

图4是本发明施工方法步骤二中步骤c的示意图。

图5是本发明施工方法步骤二中步骤d的示意图。

图6是本发明施工方法步骤二中步骤e的示意图。

图7是本发明施工方法步骤二中步骤f的示意图，包括两个吊装单元。

图8是本发明施工方法步骤二中步骤f的示意图，包括三个吊装单元。

图9是防变形临时加固钢梁的平面结构示意图。

图10是本发明施工方法步骤四安装竖向连接钢管的示意图。

图11是本发明施工方法步骤四安装装饰主体的示意图。

图12是本发明施工方法步骤六中的最底节中段塔节安装一个圆形平台钢结构单元的示意图。

图13是本发明施工方法步骤六中的最底节中段塔节安装两个圆形平台钢结构单元的示意图。

图14是本发明施工方法步骤六中的最底节中段塔节中两个圆形平台钢结构单元之间连接水平构件的示意图。

图15是本发明施工方法步骤六中的其余中段塔节安装一个吊装单元的示意图。

图16是本发明施工方法步骤六中的其余中段塔节安装两个吊装单元的示意图。

图17是本发明施工方法步骤六中的其余中段塔节两个吊装单元之间连接水平构件的示意图的。

图18是施工至上段塔后的结构示意图。

图19是施工至塔顶装饰体后的结构示意图。

附图标记：1－塔身、11－下段钢柱、12－中段钢管柱、13－钢管环梁、14－上段钢柱、1a－下段吊装塔节、1b－中段吊装塔节、1c－上段吊装塔节、2－塔内楼梯、21－双跑钢楼梯、211－楼梯平台、212－楼梯踏步、22－钢爬梯、3－塔顶装饰体、31－竖向连接钢管、32－装饰主体、4－圆形平台钢结构、41－外侧圆环梁、42－内侧正多边形环梁、43－内外环连接梁、44－柱间连系梁、5－防变形临时加固钢梁、6－高空操作平台、61－平台单元。

具体实施方式

实施例参见图1所示，一种钢结构塔，包括坐落在混凝土基体上的钢结构和固定连接在钢结构外侧的幕墙结构，所述钢结构包括塔身1、塔内楼梯2和塔顶装饰体3。

所述塔身整体呈塔状，包括下段塔、中段塔和上段塔。

所述下段塔呈正六棱柱形，包括六根沿侧棱设置的下段钢柱11，所述下段钢柱为埋入混凝土基体内的劲性钢骨柱、通过预埋锚栓与混凝土基体连接。

所述中段塔呈正六棱锥台形，包括沿正六棱锥台的侧棱设置的六根中段钢管柱12和一组钢管环梁13。

所述中段钢管柱12的底端与下段钢柱11的顶端一一对接，所述钢管环梁13沿中段塔竖向间隔分布。

每道钢管环梁13形成正六边形，该组钢管环梁沿中段塔自下而上形成的正六边形尺寸顺次减小。

所述上段塔呈正三棱锥形，包括沿正三棱锥的侧棱设置的三根上段钢柱14，所述上段钢柱14的底端与中段钢管柱12的顶端间隔对接。

参见图19所示，所述塔内楼梯2由下至上设置中段塔的内部，所述塔内楼梯2以中段塔内部的容纳空间为准分为包括下段的双跑钢楼梯21和上段的钢爬梯22。

参见图17所示，所述双跑钢楼梯包括一组水平的楼梯平台211和一组斜向的楼梯踏步212，所述楼梯平台211在塔内交替连接在中段钢管柱12上，所述楼梯踏步212连接在上下相邻的两个楼梯平台211之间。所述中段钢管柱12与钢管环梁13相贯连接。

参见图18所示，所述下段塔成段分为下段吊装塔节1a，每段下段吊装塔节1a上包括六根下段钢柱，相邻下段吊装塔节之间的钢柱之间对接。

所述中段塔成段分为中段吊装塔节1b，每段中段吊装塔节1b上包括六根中段钢管柱，除中段吊装塔节的最底节，其余塔节上每段均包括至少一道钢管环梁13，相邻的中段钢管柱之间对接。

所述上段塔成段分为上段吊装塔节1c，每段上段吊装塔节1c上包括三根上段钢管柱，相邻的上段钢管柱之间对接。

参见图18所示，所述中段吊装塔节的最底节露出混凝土基体，并且该节固定连接有水平的圆形平台钢结构4，所述上段吊装塔节中的最底节上也固定连接有水平的圆形平台钢结构4。

参见图14所示，所述圆形平台钢结构4包括同心的外侧圆环梁41和内侧正多边形环梁42，还包括内外环连接梁43和柱间连系梁4。所述外侧圆环梁41围合在钢管柱的外周，通过放射状、与钢管柱一一对应连接的内外环连接梁43固定连接在钢管柱的外周，所述内侧正多边形环梁42顺次连接在钢管柱之间，相对的钢管柱之间连接有柱间连系梁44，所述内侧正多边形环梁42、内外环连接梁43和柱间连系梁44的梁高相同，所述外侧圆环梁41的梁高小于内外环连接梁43，所述内侧正多边形环梁42、内外环连接梁43和柱间连系梁44在钢管柱上同一高度位置连接。

参见图10-11所示，所述塔顶装饰体3包括与上段塔的塔尖固定连接的竖向连接钢管31和固定连接在竖向连接钢管上的装饰主体32，所述装饰主体呈五角星状，由方通拼接而成。

这种钢结构塔的施工方法，施工步骤如下：

使用bim建立整个钢结构塔的三维模型，根据运输条件和现场吊装的实际情况，将构件进行分段、分解，利用bim自动导出加工图指导工人制作，保证制作质量。同时，采用地面拼装小拼单元，单元整体吊装的安装方法。为防止单元吊装变形，在单元下端增加临时加固梁。利用bim模型，直接导出单元的拼装图指导拼装。利用bim模型，直接测出每根钢管柱中心相对于工程原点的三维坐标，安装时利用全站仪测量、校核钢管柱中心坐标，保证安装质量。

具体如下：

步骤一，根据塔吊起重能力，将下段塔、中段塔和上段塔分别成段分为下段吊装塔节1a、中段吊装塔节1b和上段吊装塔节1c，其中每段中段吊装塔节1b分成结构对称的两个吊装单元。

步骤二，根据深化设计在地面上对中段吊装塔节进行胎架轴线的放样，然后在地面上搭设吊装单元的胎架，并在胎架上进行拼装，分为双跑钢楼梯施工段和钢爬梯施工段。

拼装胎架的精度直接影响塔身的拼装精度，为保证胎架的精度，在bim模型中建好胎架的模型，直接导出胎架详图，胎架轴线放样时按导出的详图放样，其误差不大于1mm。同时由于钢管的两端标高不同，每个立面支撑架牛腿的的顶标高距离地面的距离不同，其值从bim模型中直接测出，现场安装的标高误差不大于1mm。

除中段吊装塔节的最底节以外，双跑钢楼梯施工段和钢爬梯施工段均包括以下步骤：

步骤a，参见图2所示，每个吊装单元包括三根中段钢管柱12，先将两根相邻的平面内中段钢管柱12在胎架上就位。

步骤b，参见图3所示，然后在步骤a的两根中段钢管柱12之间连接一根钢管环梁13。

步骤c，参见图4所示，将第三根中段钢管柱12在胎架上就位，然后在第三根中段钢管柱12与步骤a中的中段钢管柱之12间再连接一根钢管环梁13。

步骤d，参见图5和图9所示，在中段钢管柱的下端部无环梁的位置固定连接防变形临时加固钢梁5，防变形临时加固钢梁为等标高设置的两根或三根，分别连接在吊装单元的中段钢管柱12之间。图9中为三根，吊装单元中的相邻两个中段钢管柱之间均设有加固钢梁5。

步骤f，参见图7重复继续拼装下一节的吊装单元，参见图8所示，又拼装下一节的吊装单元。

其中双跑钢楼梯施工段还在步骤d后包括步骤e，参见图6所示，在三根中段钢管柱12之间连接楼梯平台211。

中段塔拼装完毕。

步骤三，根据深化设计在地面上对上段吊装塔节进行胎架轴线的放样，然后在地面上搭设胎架，并在胎架上进行拼装。

步骤四，根据深化设计在地面上对拼装塔顶装饰体进行胎架轴线的放样，然后在地面上搭设胎架，并在胎架上进行拼装。

步骤五，施工预埋螺栓，然后通过吊车起吊下段吊装塔节1a进行安装对接，浇筑混凝土使下段塔没入混凝土基体，与中段塔连接的下段塔的顶端部露出混凝土基体的顶面。

步骤六，施工双跑钢楼梯施工段：

参见图15-17所示，通过吊车起吊该施工段中最底节的其中一个吊装单元，将该单元的三根中段钢管柱12分别与下段塔的三根下段钢柱11对接，然后吊车起吊最底段的另外一个吊装单元，将该单元的三根中段钢管柱12分别与下段塔的另外三根下段钢柱11对接，然后补缺吊装单元之间的水平构件；最后在最底节的两个吊装单元之间的楼梯平台211之间交替连接楼梯踏步212。

步骤七，重复施工步骤六直至钢爬梯施工段。

步骤八，施工钢爬梯施工段：通过吊车起吊该施工段中最底节的其中一个吊装单元，将该单元的三根中段钢管柱12分别与下段塔的三根下段钢柱11对接，然后吊车起吊最底段的另外一个吊装单元，将该单元的三根中段钢管柱12分别与下段塔的另外三根下段钢柱11对接，然后补缺吊装单元之间的水平构件；最后在最底节的两个吊装单元之间安装钢爬梯22。

步骤九，重复施工步骤八直至中段吊装塔节1b施工完毕。

步骤十，通过吊车整体起吊各个上段吊装塔节1c，最底节与中段塔对接，所述钢爬梯伸入上段塔内。

步骤十一，通过吊车整体起吊塔顶装饰体3，竖向连接钢管31与上段塔的塔尖对接，安装完成。

步骤十二，施工幕墙结构6，钢结构塔施工完毕。

参见图12-14所示，当施工中段吊装塔节1a的最底节时，所述吊装单元包括三根中段钢管柱和圆形平台钢结构单元，每个圆形平台钢结构单元包括一段弧形的外侧圆环梁41、两根内侧正多边形环梁42和三根内外环连接梁43，该处所述水平构件为圆形平台钢结构单元的剩余未安装构件，包括两段外侧圆环梁41、两根内侧正多边形环梁42和柱间连系梁44，水平构件中的内侧正多边形环梁和柱间连系梁44平行。

参见图15-17所示，当施工中段吊装塔节的其余塔节时，该处所述水平构件为钢管环梁的剩余未安装构件。

参见图15-17所示，每个中段吊装塔节1b的外侧均固定连接有一高空操作平台6，所述高空操作平台在步骤六之前以平台单元61的形式固定安装在吊装单元上，该处所述水平构件为高空操作平台6的剩余未安装构件。

所述幕墙结构包括塔身幕墙和塔顶装饰体幕墙。所述塔身幕墙按钢结构的棱柱、棱台或棱锥形状每个侧面划分一块塔身幕墙单元，每个塔身幕墙单元包括塔身饰面、塔身龙骨和连接件，所述的塔身饰面和塔身龙骨在地面拼装成整体，并且将连接件与塔身龙骨焊接，通过塔吊直接吊装就位至钢结构的外侧、与钢结构通过螺栓连接。所述塔顶装饰体幕墙包括装饰体饰面和装饰体龙骨，所述装饰体龙骨与钢结构焊接。