采光顶的模块化安装方法及用于安装采光顶的升降装置与流程

本发明涉及一种采光顶的模块化安装方法及用于安装采光顶的升降装置。

背景技术：

至今为止，各种大厦、广场等的椭圆形(或圆形)采光顶的施工方案大多还是采用传统的方法，即工厂加工钢结构构件，散件运输至现场，在施工现场搭设满堂红脚手架，然后将散件吊运至高空就位，再进行现场拼接，这种高空散拼施工方法的施工周期长、施工措施复杂、不便于控制质量以及施工安全风险相对较高等缺点。虽然对于这种具有大跨度空间的钢结构的安装与施工还有采用高空散装、分条分块吊装及整体安装施工等安装方法。其中高空散装法是指结构小拼单元或散件直接在设计位置进行拼装的方法，施工时有满堂脚手架和悬挑法两种，前者广泛用于网架和网壳的施工，尤其适宜螺栓球节点网架的施工；后者国外施工多用，并曾用于混凝土薄壳的施工。高空散装法属于满堂脚手架原位拼装方法，单件重量轻，垂直运输无需大型起重设备，工序简单；但是需要架设脚手架，周期长、费用高，高空作业量大，精度难以控制，辅助材料多，费用高。分条分块吊装法是指将结构根据自身形式分成块状单元，分别由起重机械吊装至高空设计位置就位，然后再拼装成整体的安装方法。此方法的特点是大部分焊接、拼装工作在地面或工厂进行，有利于控制施工质量并可省去大量拼装作支架，但结构分段后需要考虑临时加固措施，后拼杆件、单元接头处仍然需要搭设拼装胎架。高空滑移法是指将整个结构分为几个条状的结构单元在事先设置的轨道上滑移到设计位置拼接成整体的安装方法，此条状单元可以是在地面拼装后吊装至拼装胎架上，也可以分段，小拼单元甚至散件在高空拼装胎架上拼成滑移单元。 整体安装施工方法的基本步骤为：首先在地面拼装好钢屋盖的各级桁架及其内部必要的支撑体系，然后以安装在各钢柱顶部的提升支架作为支座，在其上布设穿心式千斤顶并通过钢绞线将钢屋盖整体提升，最后待钢屋盖整体提升到设计位置时再超提升一定高度，然后逐点落位并与支柱的钢牛腿连接。空滑移施工法的重点在于高空拼装平台的选择，滑移轨道的设置，牵引力的计算及同步控制的精度等问题，成本非常大。总之现有的采光顶安装施工，都无法进行规模性推广，其弊端为：现场焊接工作量大，无法有效提高施工质量，施工工期长，采光顶钢结构安装费用高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够实现模块化作业，并且大幅提高采光顶安装效率的采光顶模块化安装方法，同时提供一种用于采光顶安装的升降装置。本发明中的采光顶安装方法尤其适用于现有大厦中常用的椭圆形(或圆形)采光顶。

本发明中采光顶的模块化安装方法，包括以下步骤：

1)根据采光顶的设计尺寸、形状在计算机软件中进行绘制，并将整个采光顶作环向断开、沿径向分段的方式分成多个独立的模块，所述多个独立的模块包括有位于采光顶中间位置的圆环模块和与所述圆环模块呈散射状分布的周边模块，对每个周边模块进行分别编号；

2)根据每个模块的形状及尺寸进行独立加工，加工完成后运输至采光顶的安装施工处；

3)在采光顶中间圆环模块安装位置对应的地面架设升降装置，并将所述圆环模块固定在升降装置的中心柱顶部操作平台上，即将所述圆环模块固定在位于所述中心柱顶部操作平台顶部的采光顶结构支座上，由升降装置的升顶支架中心柱逐级提升至圆环模块的安装位置；

4)在所述圆环模块上升的同时，在采光顶安装周圈的混凝土楼板上固定安装支撑短柱及底部环向构件；

5)将周边模块根据编号固定地安装在所述圆环模块与底部环向构件上；

6)人工切除中心柱顶部操作平台顶部的采光顶结构支座，在所述圆环模块与中心柱顶部操作平台的单榀立式桁架之间形成有足够的供所述中心柱顶部操作平台上移的空间；

7)由所述升降装置的升顶支架中心柱逐级下降，完成采光顶的安装。

所述步骤5)中，所述周边模块以对称的方式逐个安装固定在所述圆环模块与底部环向构件上。

所述采光顶的整体形状呈圆球形或椭圆球形的穹顶。

所述步骤3)中，包括有升降装置的支架搭设步骤，具体是：

1)安装并检测升顶支架基础；

2)利用塔吊将升顶支架中心柱中的第一标准节吊至升顶支架基础上，并安装底座螺栓；

3)利用塔吊，安装升顶支架中心柱中的第二个标准节，并固定；

4)利用塔吊，安装升顶支架中心柱中的爬升节，并固定；

5)将中心柱顶部操作平台吊装到爬升节上部，安装并固定；

6)将采光顶的圆环模块吊装到中心柱顶部操作平台上部，并用卡扣与中心柱顶部操作平台固定；

7)利用爬升节上的电动葫芦和滑轨，安装下一个标准节，依次安装，直到所有标准节安装完毕，将圆环模块提升至安装位置。

所述圆环模块由两个对称的中间模块在所述中心柱顶部操作平台上部焊接成形。

本发明中用于采光顶模块化安装方法的升降装置包括有升顶支架基础、升顶支架中心柱、中心柱顶部操作平台，所述升顶支架基础采用轧制宽翼缘h型钢，呈井字形分别焊接固定。

所述升顶支架中心柱由标准节和爬升节组成，在所述爬升节的上部设置有电动葫芦、配重，同时在所述爬升节中安装有与中心柱顶部操作平台连通 的带护栏的爬梯。

所述中心柱顶部操作平台包括有采光顶结构支座、8个单榀立式桁架、平台中心框架及多个连接杆，所述单榀立式桁架与平台中心框架之间采用螺栓连接，形成一个可拆卸、可重复使用的结构，所述中心柱顶部操作平台固定安装在爬升节的顶端。

所述采光顶结构支座为8块固定在8个单榀立式桁架上的钢垫片，在所述钢垫片的外侧端固定有用于对所述圆环模块进行限位的限位块。

所述平台中心框架包括有四根与爬升节顶部可拆卸固定连接的立柱，固定连接在四根立柱顶部和下半部位的方形支架平台，在上下两个方形支架平台的侧边通过螺栓连接的方式固定连接8个单榀立式桁架，所述8个单榀立式桁架呈散射状方式分布。并在相邻两个单榀立式桁架之间通过连接杆连接固定，再在底面水平的连接杆之间铺设平板，在底面周边形成施工通道。

本发明中采光顶模块化安装方法可以有效解决适应目前及以后建筑造型丰富多变、结构复杂、配套系统多、工艺要求高等各方面的要求，可以为工程提供高效、简单、便利、安全、经济的解决方案，推动工业发展和社会进步。

附图说明

图1是本发明中采光顶的侧视示意图。

图2是本发明中采光顶的俯视示意图。

图3是本发明中升降装置与圆环模块在升起状态时的结构示意图。

图4是本发明中升降装置的中心柱顶部操作平台的结构示意图。

图5是本发明中升顶支架基础的结构示意图。

图6是本发明中的限位块的安装结构示意图。

图7是本发明中采光顶安装方法的流程图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施实例进行说明，然而所述实施例仅为提供说明与解释之用，不能用来限制本发明的专利保护范围。

如图3和图4所示，用于本发明采光顶安装方法中的升降装置包括有升顶支架基础1、升顶支架中心柱2、中心柱顶部操作平台3。其中：升顶支架基础1呈井字形，由轧制宽翼缘h型钢10相互焊接固定而成，井字形升顶支架基础1的八个端部12通过预埋件与建筑物中钢筋混凝土主梁或柱连接，确保能承载上部结构荷载、施工荷载以及考虑一定的事故荷载，必要时还可以对用于连接升顶支架中心柱2的支点11下的结构构件进行加固，如图5所示。

升顶支架中心柱2包括有标准节组件20和一个爬升节21，其中标准节组件20包括若干垂直固定并能罗列固定的标准节，标准节组件20中的第一标准节垂直固定在井字形升顶支架基础1的支点11上，爬升节3套在标准节组件20上，其中标准节组件20和爬升节21均采用目前塔吊中使用的标准节和爬升节21，因此对于标准节和爬升节21的升起和下降工用原理不再详细描述。但是本发明中的爬升节21是在现有塔吊中使用的爬升节的基础上在其底端设置有若干用于抓合标准节组件20的第一电动固定爪(图中未示出)，在爬升节21顶端的一侧固定有配重支架23，在爬升节21顶端位于设有配重支架23对应的另一侧固定有吊板台24，吊板台24的下端面通过电动滑轨26滑动连接有电动葫芦27，电动葫芦27通过吊绳28吊接有电动吊爪25，以方便实现采光顶的安装，同时为了确保施工人员的安全，在爬升节21顶端焊接固定有带护栏爬梯(图中未示出)。

中心柱顶部操作平台3，固定安装在爬升节21的顶端，如图3和图4所示。中心柱顶部操作平台3包括有采光顶结构支座30、8个单榀立式桁架31、平台中心框架32及多个连接杆33。

平台中心框架32包括有四根与爬升节21顶部可拆卸固定连接的立柱34， 固定连接(如焊接方式)在四根立柱34顶部和下半部位的方形支架平台35，同时在方形支架平台35之间可以再增加两根或四根用于加强强度的第二立柱36，确保整个中心柱顶部操作平台3的强度与刚度。在上下两个方形支架平台35的侧边通过螺栓连接的方式固定连接8个单榀立式桁架31，8个单榀立式桁架31呈散射状方式分布。并在相邻两个单榀立式桁架31之间通过连接杆33连接固定，再在底面水平的连接杆33之间铺设平板，可以在底面周边形成施工通道38，同时在垂直连接杆33之间增设护栏，确保施工人员的安全，护栏一直可以延伸到爬升节21的顶部。

采光顶结构支座30为8块通过螺栓连接固定在单榀立式桁架31端部上表面的钢垫片37，采光顶的圆环模块4直接安装放在钢垫片37上，钢垫片37为工字形钢，宽度在300mm以上，当钢垫片37被拆除时可以在中心柱顶部操作平台3的顶部与圆环模块4之间留出足够的空间，以便中心柱顶部操作平台3和爬升节21具有足够的升起空间，实现标准节的拆卸。在钢垫片37的外侧缘通过螺栓连接固定有限位块39，可以通过调整限位块39在钢垫片37上的安装位置，以适应多种不同尺寸的采光顶圆环模块4，如图6所示。另通过调整钢垫片37的高度可以调整采光顶顶部模块标高误差及环向误差。

如图1和图2所示，本发明中需要安装的采光顶大体呈椭圆(或圆)球形，本发明对于这种大体呈椭圆(或圆)球形的采光顶安装时按以下步骤进行，如图7所示：

以长轴直径为31.600m，短轴直径为22.106m，矢高为4.987m、底部支撑短柱6柱高为1.238m的椭圆球形采光顶为例，加以详细说明。其中支撑短柱6共有40根，每根长1.278m，重70kg，生根在采光顶周圈混凝土楼板上。在相邻支撑短柱6之间焊接有底部环向构件7，环向构件7共40根，最长2.3m，重90kg。采光顶的这些结构构件均为矩管，散件与模块、模块与模块之间的连接采用对接焊。这些焊接技术为现有技术，不再详细说明。

第一步：将椭圆球形采光顶的具体尺寸及形状在计算机中进行绘制，并 利用计算机对椭圆球形采光顶作环向断开、沿径向分段，分成11种不同形状的模块，模块数量为22块，22块模块中包括有中间两块，这中间的两块在拼接后可以形成位于采光顶中间位置的圆环模块4，其余为从圆环模块4往向呈散射状排列分布的，并且是两两对称的20块周边模块5。

第二步：由采光顶制造厂家根据不同模块的尺寸进行生产，并运输到需要安装采光顶钢结构的施工现场。

第三步：在施工现场设置一升降装置，将圆环模块4固定安装在升降装置的顶部，由升降装置将中间圆环模块4提升到采光顶安装部位。

第四步：在圆环模块上升的同时，在采光顶安装周圈的混凝土楼板上固定安装支撑短柱6及底部环向构件7。

第五步：将周边模块5根据编号固定地安装在圆环模块4与底部环向构件7上，周边模块5的安装需要根据分割时的编号进行对称安装。

第六步：人工切除固定在圆环模块4与单榀立式桁架31之间的采光顶结构支座30，即8块钢垫片37，从而在圆环模块4与单榀立式桁架31之间形成有供中心柱顶部操作平台3及爬升节21上升的空间，为标准节的拆卸提供空间。

第七步：有逐级拆卸标准节，完成采光顶的安装。

在上面的第三步骤中，包括有升降装置的支架搭设步骤，具体是：

1)安装并检测升顶支架基础1；

2)利用塔吊将第一标准节吊至升顶支架基础1上，并安装底座螺栓；

3)利用塔吊，安装第二个标准节，并固定；

4)利用塔吊，安装爬升节21，并固定；

5)将中心柱顶部操作平台3吊装到爬升节21上部，安装并固定；

6)将采光顶的两个中间模块吊装到中心柱顶部操作平台3上部，并用卡扣与中心柱顶部操作平台3固定，从里向外对称焊接成为一个整体，即圆环模块4；在此步骤中，如果吊装条件许可，可以将中央间模块在地面焊接后 整体吊装；

7)利用爬升节21上的电动葫芦27和滑轨26，安装下一个标准节，依次安装，直到所有标准节安装完毕，将圆环模块提升至安装位置。