专利名称：大直径球型钢结构及其超高空安装方法
技术领域：
本发明涉及一种钢结构及其安装方法，特别是一种直径较大的球型钢结构及其在高空中进行安装的方法。
背景技术：
钢结构作为主要的建筑结构之一，特别适用于建造大跨度、超高和超重型的建筑物。当前钢结构建筑物越来越多样化的造型，也对结构的安全性和安装的可实施性提出了很多挑战。特别是在超高空安装钢结构时，传统安装方法就有高空散拼法此方法为在高空搭设钢管脚手架，按照设计要求对结构进行分段，从下往上按照分段进行安装。使用这种安装方法具有以下缺点搭设脚手架进行高空散拼时，例如安装300米左右的超高空钢结构，经计算悬挑脚手架至少需要搭设1700多平方米，悬挑脚手架的高度达30米，由此可见此方 法投资大，工期长，在高空中搭设脚手架危险性大，安全防护难度大，安全隐患多。还有一种安装方法为分段安装法此方法为在地面进行钢结构的分段组装和焊接，塔吊分段吊装，最后高空对接。这种方法可以解决安装措施投资大，工期长和安全防护的问题，减少了安全隐患，但随着超高空钢结构的发展，逐渐有截面加大和重量加重的趋势，传统的塔吊起重能力有限，在地面进行钢结构组装再进行起吊时会受到重量的限制，导致无法采取此方法进行钢结构的整榀或者分段吊装。如何同时解决搭设脚手架的投资大，工期长以及安全防护问题和塔吊起重能力得以充分发挥成为钢结构超高空安装技术中的难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种大直径球型钢结构及其超高空安装方法，解决了安装球型钢结构时在高空中搭设悬挑脚手架支撑体系存在的效率差，投资大，工期长以及安全性不易得到保证的技术问题，同时由于因为进行了合理的腰桁架分段，使其重量保持在塔吊起重能力之内，可以合理使用塔吊进行高空起吊。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种大直径球型钢结构，包括钢结构的球体，所述球体位于中央核心筒的顶端并与之连接，球体包括下部网壳、环形腰桁架和上部网壳，所述环形腰桁架包括下弦环形梁和上弦环形梁，两环形梁之间连接一圈“爪”字形件，两“爪”字形件之间间隔设置垂直环形梁的竖腹杆a，所述“爪”字形件包括两根斜腹杆和一根竖腹杆b，所述环形腰桁架的下弦环形梁通过下弦水平钢梁与中央核心筒连接，环形腰桁架的上弦环形梁通过上弦水平钢梁与中央核心筒连接，
所述环形腰桁架的顶部承接有上部网壳，环形腰桁架的底部挂接有下部网壳，环形腰桁架的底部还接有托桁架，下部网壳的底端与托桁架的底端相接，所述托桁架与中央核心筒连接，沿中央核心筒截面周长设置。所述“爪”字形件三根腹杆的结点处连接一段上弦环形梁a段，相邻的上弦环形梁a段之间由上弦环形梁b段相连组成上弦环形梁，“爪”字形件三根腹杆的另一端由下弦环形梁连为一体。所述环形腰桁架可设1-2道，每道环形腰桁架的环形梁均通过水平钢梁与中央核心筒I连接。所述上弦环形梁a段与上弦环形梁b段之间为焊接或者锚固。这种大直径球型钢结构的超高空安装方法，步骤如下
步骤一在工厂进行环形腰桁架的预拼接，解体运至现场；
步骤二 现场场地准备，在地面上进行托桁架的组装和拼接； 步骤三使用吊车将托桁架连接至中央核心筒上；
步骤四在电脑上建立环形腰桁架的三维模型，确立控制点，并模拟实际安装；
步骤五组装下弦水平钢梁和腰桁架的下弦环形梁，下弦环形梁通过下弦水平钢梁与中央核心筒连接；
步骤六在下弦水平钢梁上设置安装临时支撑；
步骤七吊装腰桁架的上弦水平钢梁至临时支撑上表面，调节临时支撑的高度使上弦水平钢梁达到设计标高；
步骤八在地面上将上弦环形梁a段、两根斜腹杆和一根竖腹杆b用螺栓连接，形成“爪”字形件，然后起吊；
步骤九安装“爪”字形件，先将两根斜腹杆和一根竖腹杆的下端与下弦环形梁连接为一体，上弦环形梁a段与上弦水平钢梁相连，上弦环形梁a段之间连接上弦环形梁b段，然后安装“爪”字形件间竖腹杆a ；
步骤十在环形腰桁架的底部挂接下部网壳，将下部网壳的底端与托桁架的底端相接，在环形腰桁架的顶部承接上部网壳，完成大直径球型钢结构的安装。所述步骤三中，托桁架安装前需在高空搭设临时工作平台。所述步骤六中，临时支撑为顶端带有托台的马凳，马凳的底端坐落在下弦水平钢梁上并固定，托台上承托上弦水平钢梁。与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果
本发明克服了球体钢结构的腰部环形桁架向外倾斜，安装难度大的技术问题，采取上弦与相关腹杆组合吊装的方法，不需另外搭设悬挑脚手架支撑体系，解决了搭设悬挑脚手架支撑体系而存在的效率差，投资大，工期长以及安全性不易得到保证的技术问题。本发明采用“爪”字形组合吊装，进行了合理的腰桁架分段，使其重量保持在塔吊起重能力之内，可以合理使用塔吊进行高空起吊。本发明与常规施工方法相比施工效率高、工期短、安全易于保证，实现了球体钢结构的快速安装，节约搭设脚手架支撑体系的人工费用和材料运输拆搭费用，工期缩短并节约了管理费用。本发明可广泛应用于球型钢结构的高空安装。
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。图I是本发明中大直径球型钢结构的示意图。
图2是本发明中安装了部分“爪”字形件的环形腰桁架的结构示意图。图3是本发明中“爪”字形件的结构示意图。图4是本发明中托桁架的安装位置的俯视示意图。图5是本发明中环形腰桁架和托桁架相对位置的俯视示意图。图6是本发明中临时支撑的结构示意图。图7是本发明中与中央核心筒直接连接的托桁架的结构示意图。附图标记1 一中央核心筒、2 —下部网壳、3 —环形腰祐1架、3. I 一竖腹杆a、3. 2 一下弦环形梁、3. 3 一“爪”字形件、3. 31 一斜腹杆、3. 32 一竖腹杆b、3. 33 一上弦环形梁a段、3. 4 一上弦环形梁、3. 41 一上弦环形梁b段、4 一上部网壳、5 —托桁架、6 —临时支撑、7 —下弦水平钢梁、8 —上弦水平钢梁。
具体实施例方式实施例参见图I所示，一种大直径球型钢结构，包括钢结构的球体，所述球体位于中央核心筒I的顶端并与之连接，球体包括下部网壳2、环形腰桁架3和上部网壳4，参见图2所示，所述环形腰桁架3包括下弦环形梁3. 2和上弦环形梁3. 4，两环形梁之间连接一圈“爪”字形件3. 3，两“爪”字形件3. 3之间间隔设置垂直环形梁的竖腹杆a3. 1，所述“爪”字形件3. 3包括两根斜腹杆3. 31和一根竖腹杆b3. 32，所述环形腰桁架3的下弦环形梁3. 2通过下弦水平钢梁7与中央核心筒I连接，环形腰桁架3的上弦环形梁3. 4通过上弦水平钢梁8与中央核心筒I连接。参见图I所示，所述环形腰桁架3的顶部承接有上部网壳4，环形腰桁架3的底部挂接有下部网壳2，参见图5所示，环形腰桁架3的底部还接有托桁架5，下部网壳2的底端与托桁架5的底端相接，参见图4所示，所述托桁架5与中央核心筒I连接，沿中央核心筒I截面周长设置。如图4-5所示，本实施例中托桁架设置为两种，一种与中央核心筒直接连接，一种通过连接件与中央核心筒连接。参见图3所示，所述“爪”字形件3. 3三根腹杆的结点处连接一段上弦环形梁a段3. 33，参见图2所示，相邻的上弦环形梁a段3. 33之间由上弦环形梁b段3. 41相连组成上弦环形梁3. 4，“爪”字形件3. 3三根腹杆的另一端由下弦环形梁3. 2连为一体。所述环形腰桁架3可设为1-2道，每道环形腰桁架的环形梁均通过水平钢梁与中央核心筒I连接。本实施例中环形腰桁架3设置为2道，即环形梁设置为4层，2道环形腰桁架3之间使用通长的竖腹杆a3. I相连接，2道环形腰桁架3的环形梁同理均可使用“爪”字形件3. 3组合安装而成，参见图I所示，环形梁设置为4层，竖腹杆a3. I也会相继增长。所述上弦环形梁a段3. 33与上弦环形梁b段3. 41之间为焊接或者锚固。这种大直径球型钢结构的超高空安装方法，步骤如下
步骤一在工厂进行环形腰桁架3的预拼接，解体运至现场；
步骤二 现场场地准备，在地面上进行托桁架5的组装和拼接；
步骤三使用吊车将托桁架5连接至中央核心筒I上；
步骤四在电脑上建立环形腰桁架3的三维模型，确立控制点，并模拟实际安装；步骤五组装下弦水平钢梁7和腰桁架的下弦环形梁3. 2，下弦环形梁3. 2通过下弦水平钢梁7与中央核心筒连接；步骤六参见图6所示，在下弦水平钢梁7上设置安装临时支撑6 ；
步骤七吊装腰桁架的上弦水平钢梁8至临时支撑6上表面，调节临时支撑的高度使上弦水平钢梁8达到设计标高；
步骤八在地面上将上弦环形梁a段3. 33、两根斜腹杆3. 31和一根竖腹杆b3. 32用螺栓连接，形成“爪”字形件3. 3，然后起吊；
步骤九安装“爪”字形件3. 3，先将两根斜腹杆3. 31和一根竖腹杆3. 32的下端与下弦环形梁3. 2连接为一体，上弦环形梁a段3. 33与上弦水平钢梁8相连，上弦环形梁a段
3.33之间连接上弦环形梁b段3. 41，然后安装“爪”字形件3. 3间竖腹杆a3. I ；
步骤十参见图I所示，在环形腰桁架3的底部挂接下部网壳2，将下部网壳2的底端与托桁架5的底端相接，在环形腰桁架3的顶部承接上部网壳4，完成大直径球型钢结构的安装。本实施例中设置了 2道环形腰桁架，即上面一道环形腰桁架顶部承接上部网壳4，下 面一道环形腰桁架底部挂接下部网壳2，同时还接有托桁架5。所述步骤三中，将托桁架杆件拼组成最大吊装单元，提前在地面上进行拼装焊接工作，减少高空作业时间。根据托桁架在高空对接单元位置极其对接口的特点，托桁架5安装iu需在闻空搭设临时工作平台，保证闻空对接在平台上进行，减少闻空作业风险，提闻施工作业效率。所述步骤四中，球体下弦杆坐落托桁架上部是形成球体造型的基础，环形腰桁架安装位置的准确是确保球体安装质量的关键所在。我们采用计算机按照1:1比例，对球体桁架的进行三维模型放样。并对下弦各节点进行编号，由计算机自动输出相应节点的三维坐标值。根据计算机输出的三维坐标数据，建立测量控制网。为避免累积误差采用外部控制与内部控制相结合的测量控制网。其中，内部控制以球心原点为基准点。装时，我们将各节点的测量数据与理论数据比较，控制偏差值在2mm以内后进行固定连接。在步骤六中，参见图6所示，本实施例中临时支撑6为顶端带有托台的马凳，马凳的底端坐落在下弦水平钢梁7上并固定，托台上承托上弦水平钢梁8，吊装上弦水平钢梁8，采用全站仪和水准仪测量钢梁端头坐标和标高，通过调节马凳上部顶托使钢梁位置达到设计要求。参见图7所示，所述托桁架5为直角三角形，且其中一直角边为竖杆与中央核心筒I贴紧并连接，另一直角边为水平托杆承接环形腰桁架，相邻的托桁架之间有连接钢梁，连接钢梁的作用是进行结构加固。参见图3所示，所述上弦环形梁a段3. 33上可焊接吊装件，吊装件上开有吊装孔。下部网壳一般由环向钢管和环向钢管间腹杆组成，上部网壳一般由肋环形钢管组成。现场焊接所有焊缝均为全熔透一级焊缝，在施工时，每个步骤完成后均进行尺寸和标高的验收，不合格需进行校正，合格后才可进行下一个步骤。
权利要求
1.一种大直径球型钢结构，包括钢结构的球体，其特征在于所述球体位于中央核心筒(I)的顶端并与之连接，球体包括下部网壳(2)、环形腰桁架(3)和上部网壳(4)，所述环形腰桁架(3)包括下弦环形梁(3. 2)和上弦环形梁(3. 4)，两环形梁之间连接一圈“爪”字形件(3. 3)，两“爪”字形件(3. 3)之间间隔设置垂直环形梁的竖腹杆a (3. 1)，所述“爪”字形件(3. 3)包括两根斜腹杆(3. 31)和一根竖腹杆b (3. 32)，所述环形腰桁架(3)的下弦环形梁(3. 2)通过下弦水平钢梁(7)与中央核心筒(I)连接，环形腰桁架(3)的上弦环形梁(3. 4)通过上弦水平钢梁(8)与中央核心筒(I)连接， 所述环形腰桁架(3 )的顶部承接有上部网壳(4 )，环形腰桁架(3 )的底部挂接有下部网壳(2 )，环形腰桁架(3 )的底部还接有托桁架(5 )，下部网壳(2 )的底端与托桁架(5 )的底端相接，所述托桁架(5)与中央核心筒(I)连接，沿中央核心筒(I)截面周长设置。
2.根据权利要求I所述的大直径球型钢结构，其特征在于所述“爪”字形件(3.3)三根腹杆的结点处连接一段上弦环形梁a段(3. 33)，相邻的上弦环形梁a段(3. 33)之间由上弦环形梁b段(3. 41)相连组成上弦环形梁(3. 4)，“爪”字形件(3. 3)三根腹杆的另一端由下弦环形梁(3. 2)连为一体。
3.根据权利要求I所述的大直径球型钢结构，其特征在于所述环形腰桁架(3)设1-2道，每道环形腰桁架的环形梁均通过水平钢梁与中央核心筒(I)连接。
4.根据权利要求2所述的大直径球型钢结构，其特征在于所述上弦环形梁a段(3. 33)与上弦环形梁b段(3. 41)之间为焊接或者锚固。
5.根据权利要求1-4所述的大直径球型钢结构的超高空安装方法，其特征在于步骤如下 步骤一在工厂进行环形腰桁架(3)的预拼接，解体运至现场； 步骤二 现场场地准备，在地面上进行托桁架(5)的组装和拼接； 步骤三使用吊车将托桁架(5)连接至中央核心筒(I)上； 步骤四在电脑上建立环形腰桁架(3)的三维模型，确立控制点，并模拟实际安装；步骤五组装下弦水平钢梁(7)和腰桁架的下弦环形梁(3. 2)，下弦环形梁(3. 2)通过下弦水平钢梁(7)与中央核心筒连接； 步骤六在下弦水平钢梁(7)上设置安装临时支撑(6)； 步骤七吊装腰桁架的上弦水平钢梁(8)至临时支撑(6)上表面，调节临时支撑的高度使上弦水平钢梁(8)达到设计标高； 步骤八在地面上将上弦环形梁a段(3. 33)、两根斜腹杆(3. 31)和一根竖腹杆b(3. 32)用螺栓连接，形成“爪”字形件(3. 3)，然后起吊； 步骤九安装“爪”字形件(3. 3)，先将两根斜腹杆(3. 31)和一根竖腹杆(3. 32)的下端与下弦环形梁(3. 2)连接为一体，上弦环形梁a段(3. 33)与上弦水平钢梁(8)相连，上弦环形梁a段(3. 33)之间连接上弦环形梁b段(3. 41)，然后安装“爪”字形件(3. 3)间竖腹杆a(3. I)； 步骤十在环形腰桁架(3)的底部挂接下部网壳(2)，将下部网壳(2)的底端与托桁架(5)的底端相接，在环形腰桁架(3)的顶部承接上部网壳(4)，完成大直径球型钢结构的安装。
6.根据权利要求5所述的大直径球型钢结构的超高空安装方法，其特征在于所述步骤三中，托桁架(5)安装前需在高空搭设临时工作平台。
7.根据权利要求5所述的大直径球型钢结构的超高空安装方法，其特征在于所述步骤六中，临时支撑(6)为顶端带有托台的马凳，马凳的底端坐落在下弦水平钢梁(7)上并固定，托台上承托上弦水平钢梁(8)。
全文摘要
一种大直径球型钢结构及其超高空安装方法，包括钢结构的球体，球体位于中央核心筒的顶端并与之连接，球体包括下部网壳、环形腰桁架和上部网壳，环形腰桁架包括下弦环形梁和上弦环形梁，两环形梁之间连接一圈“爪”字形件，两“爪”字形件之间间隔设置垂直环形梁的竖腹杆a，“爪”字形件包括两根斜腹杆和一根竖腹杆b，环形腰桁架的下弦环形梁通过下弦水平钢梁与中央核心筒连接，环形腰桁架的上弦环形梁通过上弦水平钢梁与中央核心筒连接。本发明解决了安装球型钢结构时在高空中搭设悬挑脚手架存在的效率差，投资大，工期长以及安全性不易得到保证的技术问题，由于因为进行了桁架分段，使其重量保持在塔吊起重能力之内，可合理使用塔吊进行高空起吊。
文档编号E04G21/14GK102797292SQ20121033187
公开日2012年11月28日 申请日期2012年9月10日 优先权日2012年9月10日
发明者罗晓生, 樊凤莲, 曲红波 申请人:中国建筑第二工程局有限公司