飞翼型模壳空间桁架结构及其施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢结构施工领域，具体为飞翼型模壳空间桁架结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002] 钢结构具有强度高，自重轻、施工速度快、抗震性能好、节能环保及工业化程度高 等优点，因此其成为了我国重点推广项目之一，相对应的钢拉索在大跨度空间桁架中也得 到了广泛的应用。
[0003] 随着社会的不断进步和人们对功能性建筑也要求越来越高，不仅要求公共建筑有 漂亮的外观，又要满足使用功能及安全性和稳定性，普通的刚结构形式和施工方法已不能 满足工程建设的需要。
【发明内容】
[0004] 针对钢结构建设的实际需要，本发明提供了一种新型钢结构形式，满足了人们对 实用性和完美管外观以及安全性的要求。
[0005] 具体方案为：飞翼型模壳空间桁架结构包括主桁架、次桁架和平行弦杆桁架，主桁 架、次桁架和平行弦杆桁架相互焊接固定连接，形成"半球形"模壳空间桁架结构，所述桁 架结构还包括位于模壳空间桁架结构之上的"圆弧状"飞翼型桁架，飞翼型桁架通过拉索与 模壳空间桁架结构的次桁架相连接，飞翼型桁架的两圆弧端固定在支座上。
[0006] 进一步，主桁架和平行弦杆桁架之间设有多榀相互平行的次桁架，次桁架之间连 接有连系杆，连系杆垂直于次桁架的上弦杆，并与次桁架上弦杆焊接连接。
[0007] 进一步，所述主桁架和平行弦杆桁架设有与次桁架的上弦杆平行，与连系杆垂直 的支撑杆；支撑杆与主桁架及平行弦杆桁架的上弦杆焊接连接，与连系杆焊接连接。
[0008] 进一步，所述次桁架包括次桁架上弦杆、次桁架下弦杆，次桁架上弦杆与主桁架上 弦杆和平行弦杆桁架上弦杆焊接连接，次桁架下弦杆与主桁架下弦杆和平行弦杆桁架下弦 杆焊接连接。
[0009] 进一步，所述拉索上端连接在飞翼型桁架下弦杆上，拉索下端连接在次桁架上弦 杆与连系杆的交叉点上。
[0010] 进一步，所述主桁架和飞翼型桁架的两端分别通过球形支座与主桁架底座和飞翼 型桁架底座固定连接；平行弦杆桁架的平行弦杆桁架弦杆焊接有球形支座，球形支座与平 行弦杆桁架底座固定连接。
[0011] 进一步，拉索为1670级高强钢丝制成的钢丝束拉索，直径为Φ 22mm。
[0012] 本发明还公开了飞翼型模壳空间桁架结构施工方法，包括如下施工步骤： 第一步，支座安装：利用数字化三维建模的方法将节点转化为直观的三维模型图，从模 型中可以根据埋件上所放轴线、标高，再转化为现场实际施工中将支座进行定位； 第二步，主桁架安装：搭设脚手架进行支撑主桁架，保证脚手架的整体性与稳定性，脚 手架增设水平剪刀撑3道，架体外侧剪刀撑满设；将拼接好的主桁架用汽车吊四点进行安 装，中间部位采用脚手架进行支撑，两端与支座进行连接，采用地面投线法控制主桁架轴 线，待三点就位以后用钢丝绳与手拉萌芦对主桁架进行侧面斜拉定位； 第三步，半球次桁架安装：次桁架采用钢管焊接而成，次桁架安装过程中采用两点吊 装，用手拉萌芦调整好安装角度，上部与主桁架节点进行对接，下部钢架球与支座进行连 接，主桁架与次桁架连接部位采用脚手架搭设操作平台，保证施工人员的安全； 第四步，钢拉索施工： 1) 前期准备 拉索施工前的现场准备：部件在运到施工现场后，按编号堆放整齐，下垫木枋，场地要 求平整整洁，并且要采取防火、防雨、防湿保护措施检查拉索锚具、PE护套是否有损伤，如有 应立即修正或修补消除拉索附近毛刺，避免损伤保护套； 2) 挂索 上端拉索固定，利用安装主桁架的脚手架作为操作平台，在配合利用汽车吊将拉索固 定端吊起，吊点位置应满足锚具上端稍有下垂所需要的长度，桁架上节点安装人员在脚手 架操作平台采用手拉萌芦和纤维吊装带等工具进行人工穿轴连接，拉索的上部节点安装 完； 下节点拉索安装，在下节点远端设置滑轮，利用人工将拉索下端配合倒链牵引到安装 位置，牵引时绑扎点应保证锚具端部有一定的摆动量，牵引过程中应对拉索严加保护，避免 索体及锚具螺纹受损，并及时调整拉索悬空时的位置安装过程中严格检查每根拉索的扭转 情况，防止拉索与节点扭转连接； 3) 张拉：张拉方案的确定，张拉设备的选定，具体张拉方案； 4) 钢索调节：调索采用扭力扳手进行控制，通过设定扳手扭矩，锁定索力后对套筒进行 拧紧；依次利用扭力扳手对每根钢索进行索力加载。
[0013] 有益效果：桁架每一部分通过焊接球连接起来，形成两个半球，为了保证两个半球 的稳定性及稳固性，每个半球增加一个飞翼型桁架通过拉索与半球的桁架连接起来。使得 整个结构更加稳定。采用手拉萌芦及拉力器配合进行钢结构安装及钢拉锁张拉，施工方法 简单、施工中采用的机械较少，保证了现场安全，同时也保证了施工质量，大幅度降低了施 工成本。
【附图说明】
[0014] 图1为由两个飞翼型模壳空间桁架结构组成的整体立体图； 图2为飞翼型模壳空间桁架结构侧面图； 图3为单个飞翼型模壳空间桁架结构正面图； 图4为单个飞翼型模壳空间桁架结构侧面局部放大图； 图中，1-主桁架；11-主桁架上弦杆；12-主桁架下弦杆；2-次桁架；21-次桁架上弦杆； 22-次桁架下弦杆；3-平行弦杆桁架；31-平行弦杆桁架上弦杆；32-平行弦杆桁架下弦杆； 4_飞翼型桁架；42-飞翼型桁架下弦杆；5-拉索；6-连系杆；7-支撑杆；81-主桁架底座； 84-飞翼型桁架底座；83-平行弦杆桁架底座。
【具体实施方式】
[0015] 本工程地上一层地下一层，地下为展厅，地上为商业钢桁架结构，主要为空间三角 形管桁架结构工程；其中包括焊接球、空间拉索。桁架每一部分通过焊接球连接起来，形成 两个半球，为了保证两个半球的稳定性及稳固性，每个半球增加一个飞翼型桁架通过拉索 与半球的桁架连接起来。使得整个结构更加稳定。整体形状为分别长有飞翼的对称的两 瓣模壳形状，设计新颖，造型独特，受力均匀。屋盖水平投影尺寸约为38. 2mX 38. 8m，其覆 盖面积大概750平米，钢桁架顶标高9. 746m，主次桁架主要为空间三角形桁架，桁架跨度为 38. 8m。桁架弦杆截面均为P180x8、腹杆为P114x4. 5,材质均为Q235B。同时采用以1670级 高强钢丝制成的钢丝束拉索，直径为22mm。
[0016] 飞翼型模壳空间桁架结构包括主桁架1、次桁架2和平行弦杆桁架3,主桁架1、次 桁架2和平行弦杆桁架3相互焊接固定连接，形成"半球形"模壳空间桁架结构，所述桁架 结构还包括位于模壳空间桁架结构之上的"圆弧状"飞翼型桁架4,飞翼型桁架通过拉索5 与模壳空间桁架结构的次桁架相连接，飞翼型桁架的两圆弧端固定在支座上。
[0017] 主桁架1和平行弦杆桁架3之间设有多榀相互平行的次桁架2,次桁架2之间连接 有连系杆6,连系杆6垂直于次桁架2的上弦杆21，并与次桁架上弦杆21焊接连接。
[0018] 主桁架1和平行弦杆桁架3设有与次桁架2的上弦杆21平行，与连系杆6垂直的 支撑杆7 ;支撑杆7与主桁架1及平行弦杆桁架3的上弦杆焊接连接，与连系杆4焊接连接。
[0019] 次桁架2包括次桁架上弦杆21、次桁架下弦杆22,次桁架上弦杆21与主桁架上弦 杆11和平行弦杆桁架上弦杆31焊接连接，次桁架下弦杆22与主桁架下弦杆12和平行弦 杆桁架下弦杆32焊接连接。
[0020] 拉索5上端连接在飞翼型桁架下弦杆42上，拉索5下端连接在次桁架上弦杆21与 连系杆6的交叉点上，拉索的具体拉结结构的设计要经过具体的力学计算，参见图1所示， 拉索呈V形交替连接在飞翼型桁架和次桁架之间，参见图3所示，飞翼型桁架与飞翼型桁架 在次桁架上投影的两侧的次桁架构件之间均拉结有拉索。
[0021] 主桁架1和飞翼型桁架4的两端分别通过球形支座与主桁架底座81和飞翼型桁 架底座84固定连接；平行弦杆桁架3的平行弦杆桁架弦杆32焊接有球形支座，球形支座与 平行弦杆桁架底座83固定连接。
[0022] 施工前准备工作：针对本工程实施的技术重点难点，施工前编制科学、合理的施工 方案及安全防护措施，并经监理建设单位审批后方可施工，对参与施工的人员，提前进行有 针对性的技术培训及安全培训，使全体施工人员都能熟悉施工方案中的相关要求，保证施 工方案在施工过程中得到贯彻执行。
[0023] 钢结构施工顺序：测量放线一预埋件处理一支座安装一构件转运一主桁架拼接一 支撑脚手架搭设一主桁架安装一次桁架安装一连系杆安装一支撑杆安装一焊接一边桁架 拼接一边桁架安装一拉索安装一焊接一打磨一补油漆一防火涂料。
[0024] 利用数字化三维建模的方法将节点转化为三维模型图，从模型中可以直观的反应 出各部位的连接方式，根据埋件上所放轴线、标高将支座进行定位，误差控制最小范围以 内。
[0025] 具体施工步骤为： 第一步，支座安装：利用数字化三维建模的方法将节点转化为直观的三维模型图，从模 型中可以根据埋件上所放轴线、标高，再转化为现场实际施工中将支座进行定位，误差控制 最小范围以内，再利用人工进行调整，做到支座安装准确无误； 第二步，半球主桁架安装：因主桁架吊装高度达10m，为了避免在吊装过程中桁架摆动 以及方便人员调整桁架的角度，故需进行搭设脚手架进行支撑主桁架，脚手架的搭设高度 为9m，采用染:48X 3. Omm钢管，立杆间距lm，步距间距I. 2m，保证脚手架的整体性与稳定性， 脚手架增设水平剪刀撑3道，架体外侧剪刀撑满设。这样既保证了桁架有足够的支撑点同 时也给施工人员带来了操作空间。将拼接好的主桁架用100T汽车吊四点进行安装，中间部 位采用脚手架进行支撑，两端与支座进行连接，采用地面投线法控制主