大跨度单层网壳钢结构的施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种建筑物施工方法，特别涉及一种大跨度单层网壳钢结构的施工方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的进步以及经济和科学技术的发展，人民的生活追求和感官要求越来越高，一些更加新颖的建筑形式应运而生。近年来，一类具有贝壳形曲面外观的大跨度单层网壳钢结构逐渐成为诸多新颖建筑造型中的一个代表。
[0003]以京津城际于家堡站的站房屋盖结构为例，该屋盖整体为贝壳形单层网壳钢结构，最大跨度达143m，高为25.8m，内部无任何竖向支撑。对于如此巨大的单层网壳钢结构体系，如何进行现场安装是施工中的难点。与一般的建筑结构不同，这类结构具有高度高、跨度大、结构缺陷敏感度高等特点，如果全部采用传统的胎架支撑法，施工现场需要搭设大体量的胎架以及采用大吨位的起重设备，而且胎架的稳定性也会成为一个难以解决的突出问题，通常需要额外增加胎架的用材量，为了保证中间高的范围临时加固措施的安全可靠，施工成本会不可避免地大幅增加，且由于受结构形式的限制，没有办法实现整体提升。因此，亟需提出一种安全可靠且成本较低的施工方法，以解决上述问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种大跨度单层网壳钢结构的施工方法，以替代传统施工方法，解决传统施工方法在进行大跨度单层网壳钢结构施工中所面临的安全性和稳定性难以保障及施工成本过高的问题。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种大跨度单层网壳钢结构的施工方法，施工时按照结构设计，将所述单层网壳钢结构从顶部到底部依次分为提升区、嵌补区以及散拼区三个区域进行施工，具体步骤如下:
[0007](I)提升区胎架群的搭设和杆件的安装:根据提升区的设计位置，在其地面的垂直投影位置搭设竖向支撑胎架和水平桁架，构成提升区的整体胎架群；之后在所述提升区胎架群上完成提升区上杆件的焊接拼装，所述提升区的整体胎架群高度低于提升区的设计高度。
[0008](2)提升架的搭设:根据提升区的设计位置及高度搭设提升架。
[0009](3)散拼区胎架群的搭设和杆件的安装:根据散拼区的设计位置及高度搭设竖向支撑胎架和水平桁架，构成散拼区的整体胎架群；之后在所述散拼区的整体胎架群上由下往上逐级完成散拼区上杆件的焊接拼装。
[0010](4)提升区杆件的整体提升:通过所述提升架将已焊接拼装成整体的提升区杆件提升至设计高度。
[0011](5)嵌补合拢:进行嵌补区上杆件的焊接拼装，由此完成提升区和散拼区上杆件的嵌补合拢。
[0012](6)胎架卸载:将所述提升架和散拼区的整体胎架群逐级卸载，完成所述单层网壳钢结构的施工。
[0013]由于所述步骤(1)、(2)及(3)分别涉及不同区域或位置的施工，施工过程互不影响，所以上述3个步骤可根据具体情况变换顺序，亦可同时进行。
[0014]为了保证所述提升架的整体刚度和稳定，所述提升架搭设为两部分:位于提升区顶部中央的矩形架和环绕提升区边缘环形架。其中，所述矩形架由4个提升胎架构成，4个提升胎架分别构成矩形架的一个角，相邻的提升胎架顶部通过水平桁架相连接，所述矩形架中每个提升胎架比其所对应的提升点的设计高度至少高lm。所述矩形架可以进一步保证提升时所述提升架中央最大受力部位的整体刚度和稳定性。所述环形架由若干个环绕提升区的提升胎架构成，提升胎架的数量根据提升杆件的重量、液压油泵的提升力以及均匀对称布置原则确定，相邻的提升胎架顶部通过水平桁架相连接，由此在提升区边缘形成一个封闭的环。所述环形架中每个提升胎架比其所对应的提升点的设计高度至少高lm。
[0015]为了保证所述散拼区的整体胎架群的稳定性，所述散拼区的整体胎架群包括由外向内的外环形胎架群、中环形胎架群和内环形胎架群；所述外环形胎架群、中环形胎架群和内环形胎架群的整体高度依次升高，均包括由间隔设置的多个竖向支撑胎架所围成的环形主体结构；所述中环形胎架群和内环形胎架群还包括位于所述中环形胎架群和内环形胎架群的环形主体结构之间的若干竖向支撑胎架；所述中环形胎架群中相邻的竖向支撑胎架间通过水平桁架相连接；所述内环形胎架群中相邻的竖向支撑胎架间通过水平桁架相连接。所述外环形胎架群、中环形胎架群和内环形胎架群分别对应散拼区上的3个环形的杆件安装区域:外环形安装区、中环形安装区以及内环形安装区，从散拼区底部至顶部，外环形安装区、中环形安装区以及内环形安装区的高度依次升高，位置由散拼区的外围逐渐延伸至顶部中央。由于外环形胎架群的高度最低，所以在仅依靠单独的竖向支撑就能够满足稳定性要求的杆件安装区域，其内部的竖向支撑胎架间无需搭设水平桁架，仅将外环形胎架群中处于受力较大、对支撑稳定性要求较高的杆件安装区域的部分竖向支撑胎架通过水平桁架相连接，并进一步将已通过水平桁架相互连接的竖向支撑胎架与中环形胎架群中邻近的竖向支撑胎架通过水平桁架相连接，由此在外、中环形胎架群之间形成小环形胎架群，以增强局部区域的支撑稳定性。中环形胎架群和内环形胎架群各包括一圈通过水平桁架连接的竖向支撑胎架；此外，中环形胎架群和内环形胎架群间增设的若干个竖向支撑胎通过水平桁架与中环形胎架群或内环形胎架群中邻近的竖向支撑胎架连接，构成中环形胎架群或内环形胎架群的一部分，进一步增强了相应杆件安装区域的支撑稳定性。
[0016]在进行散拼区杆件的安装过程中，可以在散拼区立面上预留若干温度缝，在散拼区杆件的焊接拼装过程中，所述温度缝的焊接合拢最后进行。其作用在于更好地弥补杆件安装过程中由于温度应力和焊接应力而导致的结构变形。
[0017]所述嵌补区杆件的焊接拼装可在一定的合拢温度下进行。所述合拢温度为施工地点所处地区的年最低气温和最高气温的平均值，上下浮动< 5°C ο在所述合拢温度下进行焊接合拢，可以最大程度地减小单层网壳钢结构因气温变化而导致的内部应力变化，从而维持稳定的结构。
[0018]所述提升区、嵌补区以及散拼区上的杆件为矩形截面的箱型梁，杆件之间为刚接。为了进一步增强所述单层网壳钢结构的稳定性，从提升区顶部至散拼区底部，杆件的截面逐渐增大。
[0019]所述提升区的顶部中央还设有顶环梁，所述顶环梁呈环形，由矩形截面的箱型环梁焊接拼装而成；所述散拼区的最底部由底环梁所围绕，所述底环梁由1/4圆截面的箱型梁焊接拼装而成。所述顶环梁和底环梁分别从顶部和底部对所述单层网壳钢结构进行约束，以加固整个单层网壳钢结构并将其荷载有效传递至地下。
[0020]所述逐级卸载的方式为:按照由内向外的位置顺序依次载提升区顶部中央的矩形架、提升区边缘的环形架、散拼区整体胎架群中的内环形胎架群、中环形胎架群以及外环形胎架群。上述逐级卸载方式能够显著降低卸载过程中单层网壳钢结构的形变，确保单层网壳钢结构的稳定和施工安全。
[0021]本发明提供的施工方法适用于高度较高、跨度较大以及结构缺陷敏感度高的单层网壳钢结构的安装。所述施工方法在施工时将所述单层网壳钢结构从顶部到底部依次分为提升区、嵌补区以及散拼区三个区域进行，其中提升区杆件的安装是在低于设计高度的提升区胎架群上进行，安装完毕后再进行整体提升，由此保证了安装精度和质量，并提高了施工安全性。所述施工方法避免了采用传统胎架支撑法时所面临的需要搭设大体量的胎架、需采用大吨位的起重设备，以及胎架稳定性难以保证的问题，