一种多维扭转结构无支托施工方法与流程

本发明具体涉及一种多维扭转结构无支托施工方法。

背景技术：

随着造型新颖的建筑设计越来越多被建设方采纳，建设过程中的各种挑战和困难也随之而来，针对多维扭转结构无支托施工的技术并非唯一，面对工程建设中不断出现的难题，本发明亟需提供一种多维扭转结构无支托施工方法。

技术实现要素：

发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种多维扭转结构无支托施工方法。

技术方案：一种多维扭转结构无支托施工方法，包括如下步骤：

(1)大、重构件的处理：

工程框架柱为圆管柱，直径为600mm及700mm，长度最长约39米，重量27吨；将大、重构件分段，便于加工、运输；现场设拼装胎架，在地面将下部两段拼装好后一起吊装，上段最后吊装；

胎架设置是保证拼装精度，为确保胎架竖直方向及水平方向的准确性，在胎架下方布设路基箱并设置可调节支座；

(2)多维扭转结构的安装：

按倾斜立柱的空间定位可分为单向倾斜柱及双向倾斜柱，每个轴面均有单、双向斜面，建筑物四个立面均呈多维扭转面；

1单向斜面：每个轴面的单项倾斜柱底部均在一条直线上，顶部朝且只朝一个方向偏移，每根钢柱顶部位移量不同，即每根圆管柱倾斜角度不同；

单项倾斜柱作为整个多维扭转结构的一部分，其施工精确度及累计应力将直接影响到多维扭转面的成型精度及质量；作为多维扭转结构的首吊结构形式，综合考虑后选择1轴/k轴的单项钢柱作为起始吊装构件，选用100吨汽车吊将圆管柱吊装至安装位置，同时选用一台小吨位汽车吊配合将5层和7层x、y方向的钢梁安装到位，起始节间形成稳定结构后，逐步向多维扭转面推进直至立面完成，安装方法不变；

2双向斜面：双向倾斜柱底部在同一轴线上，其钢柱顶部在x、y方向均设计偏移值，此类倾斜柱集中于建筑物南立面；

双向斜面钢框架的安装方法同单斜面钢框架方法大体相同，但吊装时的空间定位难度因不设支托而大幅增加，因此，施工过程中采用下列举措以克服安装困难：

1)建立以建筑轴线设计轴线为一级控制线、倾斜柱放射轴线为二级控制线的轴线控制体系，设置好每条轴线的地面定位点；

2)采用全站仪对结构钢柱的重要测设点进行准确定位，复核砼框架结构埋件，对于不满足要求的进行了校正；

3)钢柱分成两层进行拼装，每层进行节间安装法进行安装，下部安装形成稳定节间后再向上进行逐层进行安装，减少了构件高空拼接引起的安装误差；

4)采用逐层安装方案后，增加倾斜柱的水平连接，增加了体系的刚度和钢结构的体外系数，减少了构件的变形，未引起结构变形缺陷导致的钢结构内应力增加，将结构的水平力同步施加至内核框架结构；

5)采用稳定节间安装法，为较少积累误差，建筑角部为结构最后的合拢段；

3外挑钢结构楼面：多维扭转结构作为外部装饰的骨架和基础，其安装精度和变形量对建筑外观有直接影响；施工过程中，对多维扭转结构会产生变形量或应力变化的因素包含楼板浇筑，其中以外挑结构楼面板浇筑时产生的外力最大；因此，混凝土主体结构楼板可独立浇筑，在悬挑钢结构楼层面设置后浇带，待多维扭转结构主要荷载封闭后，再进行挑出部分的楼面预应力钢筋拉结及浇筑，保证建筑外观及结构安全。

作为优化：分层分段安装：大、重构件集中在南立面a轴线，将大、重构件车间分3段，下部2段现场通过胎架拼装，拼装完成后的结构体按单双向斜面框架的吊装方式进行安装，a轴立面下段安装完毕后即进行坐标点复核，及时调整；具备条件后开始进行上段单段圆管柱及连接钢梁的安装，完成整个a轴的双斜面框架安装；为确保上下段圆管柱拼接的精确性及施工便捷性，对圆管柱对接节点进行了优化，圆管柱对接部位增设内衬板、定位耳板。

作为优化：结构受力分析：因安装形式采用分层分段方式，每层安装节间与框架形成了稳定节间受力形式，钢柱倾斜形式所导致的水平力已包括在框架结构的设计值中，采用分层分段方式满足安装及结构受力要求；

采用稳定节间安装法进行外围钢结构的施工，倾斜柱柱顶采用两点半吊装法，一台吊车在钢柱落位后不松钩，另一台吊车配合进行钢框架梁的安装及永久加固支撑的安装，确保结构的空间定位符合设计及规范要求，减少结构因尺寸初始缺陷对结构带来的附加内力的不利影响；

根据计算分析模型，进行了规范检验，主体框架结构应力比均在0.5以下，能够满足承载力计算要求；部分永久性拉杆应力比最大值为0.97，此部位所有永久性拉杆更改为界面φ180*10；作为施工方法判定的直接依据，计算模型的分析结果保证了了无支托分层分段法施工可行性的前提。

有益效果：本发明采用科学的方法攻克各个难点，让施工技术在成本、时效、质量等各方面突显其合理性，工程实施的分层分段法有效的降低了施工过程中的安全风险，施工进度也随之加快，同时因其无支托式的可操作性，施工成本也适当降低，避免了浪费，符合现下大力推广的绿色施工理念。

附图说明

图1是本发明的工程bim信息化模型结构示意图；

图2是本发明的工程tekla详图模型结构示意图；

图3是本发明的各阶段结构的受力工况示意图；

图4是本发明的大、重构件拼装胎架结构示意图；

图5是本发明的钢柱就位示意图；

图6是本发明的钢梁钢柱连接形成稳定节间示意图；

图7是本发明的分层分段法下部安装示意图；

图8是本发明的分层分段法上段结构封闭示意图；

图9是本发明的模型总体应力比分布示意图；

图10是本发明的杆件应力比分布示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

某工程占地面积23398㎡，总建筑面积45332㎡，建筑高度34.35m。针对工程钢结构专项，包含src结构及多维扭转结构。其中src结构重量450吨；多维扭转结构重量1100吨。钢框架部位在钢梁上表面铺设钢筋桁架式组合钢承板，铺设面积约8000㎡。

该工程造型新颖，寓意深刻，针对该发明中的多维扭转结构的特殊性，结合现场实际工况，制定并采用科学合理、安全可靠、经济适用的加工及施工方法，以保证整个施工过程的质量、安全及成本控制。

1.多维扭转结构

1结构模拟

(1)通过bim录入项目数据，形成完整的项目信息化模型，如图1所示。

(2)应用tekla进行钢结构专项模型建立及数据输入，形成多维扭转钢结构主体模型，如图2所示。

(3)依据3d3s空间结构软件建立多维扭转结构模型，跟踪分析计算各阶段结构的受力工况，如图3所示。

2.本发明的工艺安装方法如下：

1大、重构件的处理

工程框架柱为圆管柱，直径为600mm及700mm，长度最长约39米，重量27吨。将大、重构件分段，便于加工、运输。

以最长构件为例，分3段，每段13米。现场设拼装胎架，在地面将下部两段拼装好后一起吊装，上段最后吊装。

胎架设置是保证拼装精度，为确保胎架竖直方向及水平方向的准确性，在胎架下方布设路基箱并设置可调节支座。大、重构件拼装胎架设置如图4所示。

2多维扭转结构的安装

工程多维扭转结构复杂难度大，按倾斜立柱的空间定位可分为单向倾斜柱及双向倾斜柱。每个轴面均有单、双向斜面，建筑物四个立面均呈多维扭转面。

1单向斜面：每个轴面的单项倾斜柱底部均在一条直线上，顶部朝且只朝一个方向偏移，每根钢柱顶部位移量不同，即每根圆管柱倾斜角度不同。

单项倾斜柱作为整个多维扭转结构的一部分，其施工精确度及累计应力将直接影响到多维扭转面的成型精度及质量。

作为多维扭转结构的首吊结构形式，综合考虑后选择1轴/k轴的单项钢柱作为起始吊装构件。选用100吨汽车吊将圆管柱吊装至安装位置，同时选用一台小吨位汽车吊配合将5层和7层x、y方向的钢梁安装到位，具体如图5-6所示。起始节间形成稳定结构后，逐步向多维扭转面推进直至立面完成，安装方法不变。

2双向斜面：双向倾斜柱底部在同一轴线上，其钢柱顶部在x、y方向均设计偏移值，此类倾斜柱集中于建筑物南立面。

双向斜面钢框架的安装方法同单斜面钢框架方法大体相同，但吊装时的空间定位难度因不设支托而大幅增加。因此，施工过程中采用下列举措以克服安装困难。

1)建立以建筑轴线设计轴线为一级控制线、倾斜柱放射轴线为二级控制线的轴线控制体系，设置好每条轴线的地面定位点；

2)采用全站仪对结构钢柱的重要测设点进行准确定位，复核砼框架结构埋件，对于不满足要求的进行了校正；

3)钢柱分成两层进行拼装，每层进行节间安装法进行安装，下部安装形成稳定节间后再向上进行逐层进行安装，减少了构件高空拼接引起的安装误差。

4)采用逐层安装方案后，增加倾斜柱的水平连接，增加了体系的刚度和钢结构的体外系数，减少了构件的变形，未引起结构变形缺陷导致的钢结构内应力增加，将结构的水平力同步施加至内核框架结构。

5)采用稳定节间安装法，为较少积累误差，建筑角部为结构最后的合拢段3外挑钢结构楼面

多维扭转结构作为外部装饰的骨架和基础，其安装精度和变形量对建筑外观有直接影响。施工过程中，对多维扭转结构会产生变形量或应力变化的因素包含楼板浇筑，其中以外挑结构楼面板浇筑时产生的外力最大。因此，混凝土主体结构楼板可独立浇筑，在悬挑钢结构楼层面设置后浇带，待多维扭转结构主要荷载封闭后，再进行挑出部分的楼面预应力钢筋拉结及浇筑，保证建筑外观及结构安全。

3.无支托施工技术保障

将大、重构件进行分段加工，现场一次拼装成型吊装，并在关键节点下方设高胎架作为靠架以传导支座反力。最终选定更科学、更安全、更经济的无支托安装方法。本发明的无支托式安装方法的关键点在于：①分层分段安装；②结构受力分析，具体内容如下。

1.本发明的分层分段安装：大、重构件集中在南立面a轴线，以此轴线为例，大、重构件车间分3段，下部2段现场通过胎架拼装，拼装完成后的结构体按单双向斜面框架的吊装方式进行安装，如图7所示，a轴立面下段安装完毕后即进行坐标点复核，及时调整；具备条件后开始进行上段单段圆管柱及连接钢梁的安装，完成整个a轴的双斜面框架安装，如图8所示。

为确保上下段圆管柱拼接的精确性及施工便捷性，对圆管柱对接节点进行了优化，圆管柱对接部位增设内衬板、定位耳板。

2.本发明的结构受力分析：因安装形式采用分层分段方式，每层安装节间与框架形成了稳定节间受力形式，钢柱倾斜形式所导致的水平力已包括在框架结构的设计值中，采用分层分段方式满足安装及结构受力要求。

采用稳定节间安装法进行外围钢结构的施工。倾斜柱柱顶采用两点半吊装法，一台吊车在钢柱落位后不松钩，另一台吊车配合进行钢框架梁的安装及永久加固支撑的安装，确保结构的空间定位符合设计及规范要求，减少结构因尺寸初始缺陷对结构带来的附加内力的不利影响。

如图9-10所示，根据计算分析模型，进行了规范检验，主体框架结构应力比均在0.5以下，能够满足承载力计算要求。部分永久性拉杆(水平外支撑φ168*8)应力比最大值为0.97，此部位所有永久性拉杆更改为界面φ180*10。

作为施工方法判定的直接依据，计算模型的分析结果保证了了无支托分层分段法施工可行性的前提。

本发明采用科学的方法攻克各个难点，让施工技术在成本、时效、质量等各方面突显其合理性，工程实施的分层分段法有效的降低了施工过程中的安全风险，施工进度也随之加快，同时因其无支托式的可操作性，施工成本也适当降低，避免了浪费，符合现下大力推广的绿色施工理念。