专利名称：三向网格结构幕墙钢架及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钢结构，具体为一种三向网格结构幕墙钢架。
背景技术：
郑州东站钢结构工程，站房建筑共三层，分别为地面层、站台层和高架层，站房主体建筑外墙东西进深502.7m，南北面宽245.2m，站房主体最高点距离地面52.3m。总用钢量约7.9吨。其工字钢组合钢桁架、圆管组合三角桁架、梭形管支撑、巨型方管柱等结构形式并存，为典型的多结构形式组合单体建筑。其中高架夹层在东西立面处的柱网尺寸为27.5m(横向)X78m (纵向)，根据建筑立面要求，桁架上下弦的中心距为3.35m，桁架高跨比为I /23.3 ;78m跨钢桁架结构楼盖，楼盖与屋盖之间采用点式玻璃幕墙。该幕墙高度19m，跨度78m，与地面呈68.5°角反向倾斜，向外倾斜距离近15m。为满足大跨度的结构形式，78m跨的桁架梁需要制作一个三向网格结构的幕墙钢架的支承结构作为腹杆，三向网格结构幕墙钢架就变得尤为重要。
发明内容
发明目的:本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种三向网格结构幕墙钢架及其制作方法。技术方案:为了实现以上目的，本发明所述的一种三向网格结构幕墙钢架，所述三向网格结构幕墙钢架从下而上依次包括:第一层桁架拼装单元、第二层嵌补杆件、第三层桁架拼装单元、第四层嵌补杆件、第五层桁架拼装单元。本发明所述三向网格结构幕墙钢架通过五层结构实现了点式玻璃幕墙的支撑功能，并且结构牢固，承受力大，用料少，造型美观。本发明中所述第一层桁架拼装单元和第三层桁架拼装单元由米字型铸钢节点构成；所述第五层桁架拼装单元由异形杆件构成；所述异形杆件、米字型铸钢节点、第二层嵌补杆件和第四层嵌补杆件由菱形杆件构成；本发明中采用菱形杆件作为组要连接杆件承受力更强。本发明中所述菱形杆件包括:四块侧板、两块翼缘板；所述翼缘板位于两端，每侧设有两块侧板。本发明开公开了一种三向网格结构幕墙钢架的制作方法，具体步骤如下:
(1)利用计算机模拟分析，将三向网格结构幕墙钢架分解成异形杆件、米字型铸钢节点和间嵌补杆件；
(2)将异形杆件、米字型铸钢节点和间嵌补杆件再次分解成对应尺寸的菱形杆件；
(3)制作菱形杆件；
(4)采用精密铸造工艺制作异形杆件、米字型铸钢节点；
(5)制作用于吊装三向网格结构幕墙钢架的贝雷架；
(6)进行第一层桁架拼装单元的临时支撑的设立并进行测量校正，随后进行桁架分块的吊装，第一层桁架拼装单元由米字型铸钢节点拼装成；由于贝雷架在荷载作用下会产生一定的挠度，影响到桁架定位的精确性，故采用千斤顶二次精调到位后，即将桁架拼装单元分块焊接固定，形成稳定不变形单元后进行分块间嵌补杆件的安装；
(7)设置第三层桁架拼装单元的临时支撑并进行测量控制，同时进行第三层桁架分块的吊装，由于贝雷架在荷载作用下又会产生一定的变形，影响到第三层桁架定位的精确性，故采用千斤顶进行二次精调，随后安装桁架分块间的嵌补杆件，并进行第三次精调后焊接固定；
(8)第一层桁架拼装单元和第三层桁架拼装单元安装完成后，进行第二层嵌补杆件的安装，同时焊接固定，使一、二、三层桁架形成稳定单元体，避免上部再施加荷载后贝雷架变形对结构安装精度的影响；
(9)然后安装第五层桁架拼装单元，最后安装第四层嵌补杆件，并进行总体测量控制。(10)分块吊装定位采用全站仪及激光经纬仪，在每个分块单元上按图选取4至5个定位点，定位点为菱形杆件表面的中线交点。( 11)测试合格，完成三向网格结构幕墙钢架的制作。本发明所述步骤(3)制作菱形杆件的步骤如下:首先应控制IOOmm厚钢板切割下料质量，先用火焰切割成矩形板条，再根据板边角度采用半自动切割机切割出坡口角度；拼装时每段构件均匀设置三块定位内隔板，再进行六块箱板的拼装；焊接全部采用C02气体保护焊焊接；焊接完成经探伤合格后采用磨光机打磨处理和局部机加工处理两种方式。本发明所述步骤(4)中精密铸造指熔模铸造，方法如下:使用可熔性材料制成尺寸精确、没有分型面的实体模样，在模样上涂挂数层耐火材料，经硬化、干燥制成型壳，然后加热使模样熔失制得空心型壳，空心型壳经高温焙烧、浇注金属液而获得铸件。与传统铸造工艺一砂型铸造相比，精密铸造在表面粗糙度、尺寸精度、铸件复杂程度以及加工余量等方面都有明显的优势。即使放在所有铸造工艺中，熔模铸造的上述优势依然明显。I)表面粗糙度
熔模铸件的表面粗糙度一般可达Ra0.8 3.2 μ m，砂型铸件为Ra25 50 μ m。熔模铸件之所以能达到高的表面粗糙度，是因为压制熔模时，采用型腔表面光洁度高的压型，熔模的表面光洁度也比较高。此外，型壳由耐高温的特殊粘结剂和耐火材料配制成的耐火涂料涂挂在熔模上而制成，与熔融金属直接接触的型腔内表面光洁度高。所以，熔模铸件的表面光洁度比一般铸造件高。2)尺寸精度
熔模铸件尺寸精度高，一般可达CT4-6，而砂型铸造的尺寸精度仅为CTlO 13。虽然熔模铸造的工艺过程复杂，影响铸件尺寸精度的因素较多，例如模料的收缩、型壳在加热和冷却过程中的线量变化、合金的收缩率以及在凝固过程中铸件的变形等，但是上述因素皆在工艺可控范围之内。再加上型壳具有良好的室温强度和高温强度，并且浇注前预热型壳，因此在浇注过程中型壳能够长时间承受高温金属液的冲击而不变形、开裂，从而很好地复印熔模，得到尺寸精度很高的铸件。3)铸件的复杂程度
虽然砂型铸造工艺也不受铸件复杂程度的影响，但考虑到过于复杂的铸件，其分型面的确定与起模难度都很高，就很大程度上增加了造型的难度。而在熔模铸造工艺中，复杂铸件的蜡模一般会被分割成多个简单的部分，分别压制成型，然后拼接组合得到复杂的蜡模，然后经过整体熔失从而得到型壳，就不存在分型面选择及起模的难题，从而大大降低的造型的难度。因此熔模铸造在航空航天、造船、发动机、兵器等行业应用非常广泛。4)机械加工余量
熔模铸造是一种近净成型工艺，其铸件接近零件最后的形状，可不经加工直接使用只经简单加工后即可使用。其机械加工余量等级为E级(0.4 4.5_)，而砂型铸造铸钢件机械加工余量等级则为G K级(0.5 24mm)。主要是由于熔模铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度，所以仅需在零件上要求较高的部位留少许加工余量即可，甚至某些铸件只留打磨、抛光余量，不必机械加工即可使用。由此可见，采用熔模铸造方法可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料。由于跨层桁架铸钢节点表面质量、尺寸精度要求较高，形状复杂，故采用精密铸造工艺生产，满足了建筑设计要求。有益效果:本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明所述三向网格结构幕墙钢架，通过五层结构实现了点式玻璃幕墙的支撑功能，并且结构牢固，承受力大，用料少，造型美观。2、本发明所述三向网格结构幕墙钢架的制作方法，完成的钢架精度高，承受力大，耗材少，节约了人力成本。
图1是本发明中三向网格结构幕墙钢架的结构示意图。图2是本发明中所述异形杆件的结构示意图。图3是本发明中所述米字型铸钢节点的结构示意图。图4是本发明中所述菱形杆件的结构示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例如图1所述的一种三向网格结构幕墙钢架，从下而上依次包括:第一层桁架拼装单元、第二层嵌补杆件、第三层桁架拼装单元、第四层嵌补杆件、第五层桁架拼装单元。所述第一层桁架拼装单元和第三层桁架拼装单元由米字型铸钢节点2构成；所述第五层桁架拼装单元由异形杆件I构成；所述异形杆件1、米字型铸钢节点2、第二层嵌补杆件和第四层嵌补杆件由菱形杆件11构成。所述菱形杆件11包括:四块侧板、两块翼缘板；所述翼缘板位于两端，每侧设有两块侧板。上述三向网格结构幕墙钢架的制作方法，具体步骤如下:
(I)利用计算机模拟分析，将三向网格结构幕墙钢架分解成异形杆件、米字型铸钢节点和间嵌补杆件； (2)将异形杆件、米字型铸钢节点和间嵌补杆件再次分解成对应尺寸的菱形杆件；
(3)制作菱形杆件；
(4)采用精密铸造工艺制作异形杆件、米字型铸钢节点；
(5)制作用于吊装三向网格结构幕墙钢架的贝雷架；
(6)进行第一层桁架拼装单元的临时支撑的设立并进行测量校正，随后进行桁架分块的吊装，第一层桁架拼装单元由米字型铸钢节点拼装成；由于贝雷架在荷载作用下会产生一定的挠度，影响到桁架定位的精确性，故采用千斤顶二次精调到位后，即将桁架拼装单元分块焊接固定，形成稳定不变形单元后进行分块间嵌补杆件的安装；
(7)设置第三层桁架拼装单元的临时支撑并进行测量控制，同时进行第三层桁架分块的吊装，由于贝雷架在荷载作用下又会产生一定的变形，影响到第三层桁架定位的精确性，故采用千斤顶进行二次精调，随后安装桁架分块间的嵌补杆件，并进行第三次精调后焊接固定；
(8)第一层桁架拼装单元和第三层桁架拼装单元安装完成后，进行第二层嵌补杆件的安装，同时焊接固定，使一、二、三层桁架形成稳定单元体，避免上部再施加荷载后贝雷架变形对结构安装精度的影响；
(9)然后安装第五层桁架拼装单元，最后安装第四层嵌补杆件，并进行总体测量控制。(10)分块吊装定位采用全站仪及激光经纬仪，在每个分块单元上按图选取4至5个定位点，定位点为菱形杆件表面的中线交点。( 11)测试合格，完成三向网格结构幕墙钢架的制作。所述步骤(3)制作菱形杆件的步骤如下:首先应控制IOOmm厚钢板切割下料质量，先用火焰切割成矩形板条，再根据板边角度采用半自动切割机切割出坡口角度；拼装时每段构件均匀设置三块定位内隔板，再进行六块箱板的拼装；焊接全部采用C02气体保护焊焊接；焊接完成经探伤合格后采用磨光机打磨处理和局部机加工处理两种方式。
权利要求
1.一种三向网格结构幕墙钢架，其特征在于:所述三向网格结构幕墙钢架从下而上依次包括:第一层桁架拼装单元、第二层嵌补杆件、第三层桁架拼装单元、第四层嵌补杆件、第五层桁架拼装单元。
2.根据权利要求1所述的三向网格结构幕墙钢架，其特征在于:所述第一层桁架拼装单元和第三层桁架拼装单元由米字型铸钢节点(2)构成；所述第五层桁架拼装单元由异形杆件(I)构成；所述异形杆件(I)、米字型铸钢节点(2)、第二层嵌补杆件和第四层嵌补杆件由菱形杆件(11)构成。
3.根据权利要求1所述的三向网格结构幕墙钢架，其特征在于:所述菱形杆件(11)包括:四块侧板、两块翼缘板；所述翼缘板位于两端，每侧设有两块侧板。
4.根据权利要求1所述的三向网格结构幕墙钢架的制作方法，其特征在于，具体步骤如下: (1)利用计算机模拟分析，将三向网格结构幕墙钢架分解成异形杆件、米字型铸钢节点和间嵌补杆件； (2)将异形杆件、米字型铸钢节点和间嵌补杆件再次分解成对应尺寸的菱形杆件； (3)制作菱形杆件； (4)采用精密铸造工艺制作异形杆件、米字型铸钢节点； (5)制作用于吊装三向网格结构幕墙钢架的贝雷架； (6)进行第一层桁架拼装单元的临时支撑的设立并进行测量校正，随后进行桁架分块的吊装，第一层桁架拼装单元由米字型铸钢节点拼装成；由于贝雷架在荷载作用下会产生一定的挠度，影响到桁架定位的精确性，故采用千斤顶二次精调到位后，即将桁架拼装单元分块焊接固定，形成稳定不变形单元后进行分块间嵌补杆件的安装； (7)设置第三层桁架拼装单元的临时支撑并进行测量控制，同时进行第三层桁架分块的吊装，由于贝雷架在荷载作用下又会产生一定的变形，影响到第三层桁架定位的精确性，故采用千斤顶进行二次精调，随后安装桁架分块间的嵌补杆件，并进行第三次精调后焊接固定； (8)第一层桁架拼装单元和第三层桁架拼装单元安装完成后，进行第二层嵌补杆件的安装，同时焊接固定，使一、二、三层桁架形成稳定单元体，避免上部再施加荷载后贝雷架变形对结构安装精度的影响； (9)然后安装第五层桁架拼装单元，最后安装第四层嵌补杆件，并进行总体测量控制； (10)分块吊装定位采用全站仪及激光经纬仪，在每个分块单元上按图选取4至5个定位点，定位点为菱形杆件表面的中线交点； (11)测试合格，完成三向网格结构幕墙钢架的制作。
5.根据权利要求4所述的三向网格结构幕墙钢架的制作方法，其特征在于:所述步骤(3)制作菱形杆件的步骤如下:首先应控制IOOmm厚钢板切割下料质量，先用火焰切割成矩形板条，再根据板边角度采用半自动切割机切割出坡口角度；拼装时每段构件均匀设置三块定位内隔板，再进行六块箱板的拼装；焊接全部采用C02气体保护焊焊接；焊接完成经探伤合格后采用磨光机打磨处理和局部机加工处理两种方式。
6.根据权利要求4所述的三向网格结构幕墙钢架的制作方法，其特征在于:所述步骤(4)中精密铸造指熔模铸造， 方法如下:使用可熔性材料制成尺寸精确、没有分型面的实体模样，在模样上涂挂数层耐火材料，经硬化、干燥制成型壳，然后加热使模样熔失制得空心型壳，空心型壳经高温焙烧、·浇注金属液而获得铸件。
全文摘要
本发明公开了一种三向网格结构幕墙钢架，所述三向网格结构幕墙钢架从下而上依次包括第一层桁架拼装单元、第二层嵌补杆件、第三层桁架拼装单元、第四层嵌补杆件、第五层桁架拼装单元。本发明还公开了上述三向网格结构幕墙钢架的制作方法。本发明所述三向网格结构幕墙钢架，通过五层结构实现了点式玻璃幕墙的支撑功能，并且结构牢固，承受力大，用料少，造型美观。
文档编号E04B2/88GK103206033SQ20121056022
公开日2013年7月17日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者蒋良军, 万家福, 杨志明, 唐香君, 顾涛 申请人:江苏沪宁钢机股份有限公司