施工桁架式屋顶时安装主桁架的辅助装置及安装方法与流程

本发明涉及土木工程领域中的大跨度桁架式钢结构屋顶的施工技术，具体讲是一种施工大跨度桁架式钢结构屋顶时用来安装主桁架的辅助装置及利用该辅助装置来安装主桁架的方法。

背景技术：

在大型场馆如体育馆顶部经常会用到一种大跨度(一般指跨度超过30m)桁架式钢结构屋顶，施工该屋顶时，很关键的一个步骤是关于大跨度主桁架的安装固定。上述安装过程会利用到场馆两个混凝土侧墙内表面上预埋固定好的钢牛腿，其具体过程为，先在两个侧墙的钢牛腿上各固定一根临时的工字钢轨道，然后在每根轨道上放两个小车，而主桁架四角上设有四个支腿，将一个主桁架的四角的四个支腿分别搁在两根轨道的四个小车上，即主桁架的左前支腿和左后支腿搁在左侧轨道的两个小车上，右前支腿和右后支腿搁在右侧轨道的两个小车上；再驱动四个小车前进，使得该主桁架的四角达到对应的四个钢牛腿上方；工人站在吊篮上用手拉葫芦将主桁架从四角吊起，再回退四个小车，并拆掉位于主桁架下方的一段轨道，随后用手拉葫芦下放主桁架使得主桁架的四个支腿分别搁置在对应的四个钢牛腿上，最后将每个支腿与钢牛腿固定；这就完成了一个主桁架的安装固定，而剩下的其它主桁架也按照上述方式进行安装固定。

本申请涉及的第一个内容是用手拉葫芦下放主桁架的问题，具体的说，下放主桁架使主桁架支腿搁置在钢牛腿的过程中，为了防止手拉葫芦忽然松脱造成主桁架及支腿迅猛砸下损毁钢牛腿，故在吊起主桁架之后、拆掉轨道之前，工人站在钢牛腿上向每个钢牛腿与主桁架每个支腿之间铺设多块垫板作为临时支撑，顶层垫板与小车顶面平齐，与支腿的间距不超过1cm，随后倒回小车并拆掉位于主桁架下方的轨道段，然后逐块抽出垫板，每抽出一块垫板用手拉葫芦将支腿下放一个垫板的高度，再继续抽下一块垫板然后又下放一个垫板高度，以此往复，且主桁架下放过程中支腿与最上层垫板始终保持微小间距，直到全部垫板被抽出，最后将主桁架支腿直接搁置在钢牛腿上。铺设垫板并边抽边下放主桁架的好处是，使得主桁架的支腿与最上层垫板的距离始终保持在1cm内，这样即便手拉葫芦忽然松脱，1cm左右的下降距离造成的冲量不会砸坏钢牛腿，但上述操作存在一个最大的弊端，即抽垫板的过程均是由工人手动操作的，一旦主桁架砸下，还是存在砸伤人手、甚至造成更严重人身伤害的安全隐患。

本申请涉及到的第二个内容是，主桁架被吊起且小车退回后，如何拆卸位于主桁架下方的一段轨道的问题。现有技术的拆卸是工人站在吊篮上完成的，而吊篮空间小、不稳定、易晃动，所以工人悬空操作时，只会采取最简单粗暴的方式，即气割将这段轨道切割掉。这就造成了巨大的浪费，每次施工完成后，一根完整的临时工字钢轨道被切割成若干段废料，浪费严重，而且工人在吊篮上进行气割操作、环境恶劣、不安全，甚至存在起火、坠落等安全隐患。

技术实现要素：

本发明要解决的一个技术问题是，提供一种能实现垫板自动抽取从而避免主桁架松脱砸伤人进而杜绝安全隐患的施工大跨度桁架式钢结构屋顶时用来安装主桁架的辅助装置。

本发明的一个技术解决方案是，提供一种施工大跨度桁架式钢结构屋顶时用来安装主桁架的辅助装置，它包括四组用于抽取垫板的机械手，每组机械手包括固定板、竖向气缸、旋转气缸和横向气缸；固定板可拆式连接在主桁架的一个支腿上，竖向气缸的缸体固定在固定板上，竖向气缸的活塞杆与旋转气缸的固定部固定，旋转气缸的旋转部与横向气缸的缸体固定，横向气缸的活塞杆上固定有用于夹持垫板的夹具。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种能实现垫板自动抽取从而避免主桁架松脱砸伤人进而杜绝安全隐患的利用上述辅助装置来安装主桁架的方法。

本发明的另一个技术解决方案是，提供一种利用上述辅助装置来安装主桁架的方法，其步骤包括：

a、在两个侧墙的各个钢牛腿上各自临时固定一根工字钢轨道；

b、工人站在操作平台上向每根轨道上放两个小车，再用塔吊将一个主桁架的四角的四个支腿分别搁在两根轨道的四个小车上，然后将每组机械手的固定板的电磁竖向凸条插入对应支腿的竖向槽并通电，使得电磁竖向凸条与支腿连接牢固；

c、驱动四个小车同步前进，使得该主桁架的四角达到对应的四个钢牛腿上方；

d、四组工人站在吊篮上用四个手拉葫芦将主桁架从四角吊起使得主桁架的每个支腿与对应小车顶面产生间隙，且向每个钢牛腿与每个支腿之间铺设多层垫板作为临时支撑，顶层垫板与小车顶面平齐；

e、再回退四个小车，并拆掉位于主桁架下方的轨道段；

f、同步驱动四组机械手将四个对应钢牛腿的最上层垫板抽走，再用四组手拉葫芦将四个支腿同步下放一层垫板的高度；然后再利用四组机械手同步抽走下一层垫板，接着用四组手拉葫芦将四个支腿继续下放一层垫板的高度；如此往复，直至全部垫板都被抽走、主桁架的四个支腿分别搁置在对应的四个钢牛腿上；

g、将每个支腿与对应的钢牛腿固定，且将四组机械手的电磁竖向凸条断电，最后由工人站在吊篮上顺着支腿的竖向槽将电磁竖向凸条抽出，以拆下机械手。

本发明施工大跨度桁架式钢结构屋顶时用来安装主桁架的辅助装置及利用上述辅助装置来安装主桁架的方法与现有技术相比，具有以下优点和效果：

首先，该辅助装置实现了自动化抽取垫板的动作，完全替代了人工操作，从而避免主桁架松脱砸伤人、甚至引发更严重人身伤害的状况，杜绝了安全隐患；而且，每个支腿上设有上端开口下端封闭的竖向槽，固定板一侧设有电磁竖向凸条，电磁竖向凸条插入竖向槽内；这样，上述机械手臂的安装过程只需要站在轨道后方的操作平台上的工人将固定板与支腿插接并通电吸附，就能顺着小车自动移动就位，固定式的操作平台作业环境好，安全稳定，安装操作的过程也简单方便，机械手臂通电吸附后与主桁架的固定效果也牢固；再次，机械手臂的拆卸过程也快捷方便，只需断电后从竖向槽上开口抽出即可。

作为改进，夹具包括固定在横向气缸活塞杆上的固定臂，固定臂设有与其垂直的滚珠丝杠副，滚珠丝杠副的滑块上设有移动臂；这样，只需要驱动滚珠丝杠副的电动机，就能有效稳定的开合夹具，其夹持垫板的过程方便可靠。

该辅助装置还包括设置在建筑物的两个混凝土侧墙上的两组轨道拆除装置，每组轨道拆除装置包括与混凝土侧墙上的钢牛腿一一对应的滚轮和固定在混凝土侧墙上的操作平台；每个滚轮安装在对应的钢牛腿上，临时轨道由多个轨道段螺接而成，轨道搁置在滚轮上，操作平台位于轨道的后端，每个钢牛腿上还设有用于防止轨道滑动的锁紧装置。

步骤a中的临时固定是指，用钢牛腿上的锁紧装置将轨道与各个钢牛腿锁死，避免小车在轨道上搬运主桁架时轨道发生沿长度方向的滑动；

步骤e中的主桁架下方的轨道段的拆卸是指，松脱锁紧装置，并将轨道向后抽一个轨道段的长度，使得轨道前端到达下一组钢牛腿的位置，然后由站在操作平台上的工人将最后一个轨道段的螺丝拆下，最后用塔吊将拆掉的轨道段吊运回地面。

上述的技术方案创造性地将轨道与钢牛腿的连接设置成活动式的，用钢牛腿上的滚轮使得轨道能很方便的被抽出，使得工人能站在固定式的平台上作业，将轨道逐段抽出，并逐段拆掉，相比现有技术高空悬吊、不断晃动、空间窄小的吊篮，本申请的固定式的操作平台空间大、平稳安全，工人能站在固定平台上安心踏实的将轨道的螺钉一一拆掉。这样，整个操作过程方便、安全、快捷，不用气割自然没有起火隐患，也无需担心从吊篮意外坠落。而且，当小车在轨道上搬运桁架时，锁紧装置能牢固固定轨道，避免其滑动错位，确保小车在轨道上运行稳定。况且，拆掉的各个轨道段在往后的施工中又能重新螺接成一根完整轨道，循环使用，有效避免了浪费，节能环保、经济性好。

附图说明

图1是本发明施工大跨度桁架式钢结构屋顶时用来安装主桁架的辅助装置的结构示意图。

图2是本发明施工大跨度桁架式钢结构屋顶时用来安装主桁架的辅助装置的局部正视放大结构示意图。

图3是本发明施工大跨度桁架式钢结构屋顶时用来安装主桁架的辅助装置的轨道锁紧装置的侧视放大结构示意图。

图4是图1中a部分的放大结构示意图。

图5是本发明施工大跨度桁架式钢结构屋顶时用来安装主桁架的辅助装置的机械手的固定板的局部俯视结构示意图。

图6是本发明施工大跨度桁架式钢结构屋顶时用来安装主桁架的辅助装置的机械手的夹具的俯视结构示意图。

图中所示1、混凝土侧墙，2、钢牛腿，3、滚轮，4、轨道，4.1、轨道段，5、操作平台，6、夹持板，7、安装板，8、电磁铁，9、导向杆，10、压簧，11、磁性压片，12、主桁架，12.1、支腿，13、小车，14、垫板，15、固定板，16、竖向气缸，17、旋转气缸，18、横向气缸，19、固定臂，20、移动臂，21、竖向槽，22、电磁竖向凸条，23、电动机，24、导向条，25、丝杠。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明施工大跨度桁架式钢结构屋顶时用来安装主桁架的辅助装置，它包括四组用于抽取垫板14的机械手，每组机械手包括固定板15、竖向气缸16、旋转气缸17和横向气缸18。

固定板15可拆式连接在主桁架12的一个支腿12.1上，每个支腿12.1上设有上端开口下端封闭的竖向槽21，固定板15一侧设有电磁竖向凸条22，电磁竖向凸条22插入竖向槽21内，且需要将机械手与主桁架12的支腿12.1固定时，对电磁竖向凸条22通电使其吸附住支腿12.1。

竖向气缸16的缸体固定在固定板15上，竖向气缸16的活塞杆与旋转气缸17的固定部固定，旋转气缸17的旋转部与横向气缸18的缸体固定，横向气缸18的活塞杆上固定有用于夹持垫板14的夹具。

夹具包括固定在横向气缸18活塞杆上的固定臂19，固定臂19设有与固定臂19垂直的滚珠丝杠副，滚珠丝杠副的滑块上设有移动臂20。更具体的说，固定臂19与移动臂20平行，固定臂19上固定有电动机23，固定臂19上还固定有与固定臂19垂直的导向条24，电动机23的输出轴固定有一根与导向条24平行的丝杠25，移动臂20与滑块一体，滑块的螺纹孔与丝杠25旋合而滑块的导向孔与导向条24滑动套合。电动机23带动丝杠25转动，进而使得滑块带动移动臂20沿导向条24方向平移，从而夹紧或放松垫板14。

该辅助装置还包括设置在建筑物的两个混凝土侧墙1上的两组轨道拆除装置。每组轨道拆除装置包括与混凝土侧墙1上的钢牛腿2一一对应的滚轮3和固定在混凝土侧墙1上的操作平台5。

每个滚轮3安装在对应的钢牛腿2上，每个钢牛腿2上设有用于防止轨道4沿宽度方向滑动的两个夹持板6，轨道4位于两夹持板6之间，滚轮3的轴就安装在两夹持板6上。临时轨道4由多个轨道段4.1螺接而成，轨道4搁置在位于同一个混凝土侧墙1的全部钢牛腿2的滚轮3上。

每个钢牛腿2上还设有用于防止轨道4滑动的锁紧装置。具体的说，每个钢牛腿2上固定有一块水平向安装板7，安装板7下表面固定一电磁铁8，电磁铁8下端固定一竖向导向杆9，导向杆9上套合有压簧10，导向杆9滑动套合有一个用于压紧滚轮3的磁性压片11。本实施例中，每个安装板7就固定在每个钢牛腿2的两块夹持板6中的一块上。这样，通电时，电磁铁8吸附压片11抬升，脱离轨道4，确保轨道4在各个滚轮3上顺利滑动，而断电时，压簧10复位，将压片11及轨道4压紧在滚轮3上，使得轨道4锁死，确保小车13在轨道4上运行稳定。

操作平台5位于轨道4的后端。本实施例中的操作平台5是钢管扣件落地式脚手架，但也可以将操作平台5设置成悬挑式，直接悬挑固定在混凝土侧墙1上。这样，可以避免从地面直接搭设钢管扣件的脚手架式操作平台5，大幅度的节省了钢管和扣件的耗材量，也省略了从地面向上搭设时的劳动强度。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，利用本发明的辅助装置来安装主桁架的方法，其步骤如下。

a、在两个侧墙的各个钢牛腿2上各自临时固定一根工字钢轨道4。

步骤a中的临时固定是指，用钢牛腿2上的锁紧装置将轨道4与各个钢牛腿2锁死，避免小车13在轨道4上搬运主桁架12时轨道4发生沿长度方向的滑动；更具体的说是电磁铁8断电，压簧10复位，将压片11及轨道4压紧在滚轮3上，使得轨道4锁死。

b、工人站在操作平台5上向每根轨道4上放两个小车13，再用塔吊将一个主桁架12的四角的四个支腿12.1分别搁在两根轨道4的四个小车13上，然后将每组机械手的固定板15的电磁竖向凸条22插入对应支腿12.1的竖向槽21并通电，使得电磁竖向凸条22与支腿12.1连接牢固。

c、驱动四个小车13同步前进，使得该主桁架12的四角达到对应的四个钢牛腿2上方。

d、四组工人站在吊篮上用四个手拉葫芦将主桁架12从四角吊起，使得主桁架12四角的每个支腿12.1与对应小车13顶面产生间隙如1cm，且向每个钢牛腿2与每个支腿12.1之间铺设多层垫板14作为临时性防御支撑，用于防止主桁架12意外掉落；而顶层垫板14与小车13顶面平齐，即顶层垫板14与支腿12.1的间距也是1cm。

e、再回退四个小车13，并拆掉位于主桁架12下方的轨道段4.1。

步骤e中的主桁架12下方的轨道段4.1的拆卸是指，松脱锁紧装置，即对电磁铁8通电，使电磁铁8吸附压片11抬升，脱离轨道4。

再将轨道4向后抽一个轨道段4.1的长度，使得轨道4前端到达下一组钢牛腿2的位置，然后由站在操作平台5上的工人将最后一个轨道段4.1的螺丝拆下，最后用塔吊将拆掉的轨道段4.1吊运回地面。

该步骤中，位于同一混凝土侧墙1上彼此靠拢、用于搁置同一个主桁架12的两个钢牛腿2为一组，而一个轨道段4.1的长度就等于第一组的前面的一个钢牛腿12到第二组的前面的一个钢牛腿12的距离。

f、同步驱动四组机械手将四个对应钢牛腿2的最上层垫板14抽走，再用四组手拉葫芦将四个支腿12.1同步下放一层垫板14的高度；然后再利用四组机械手同步抽走下一层垫板14，接着用四组手拉葫芦将四个支腿12.1继续下放一层垫板14的高度；如此往复，直至全部垫板14都被抽走、主桁架12的四个支腿12.1分别搁置在对应的四个钢牛腿2上。

该步骤中，利用机械手抽走垫板14的具体过程为，竖向气缸16调节夹具的高度，使得夹具与目标垫板14平齐，而横向气缸18使得夹具前进到目标垫板14周围，夹具夹紧垫板14后，横向气缸18回退一个垫板14的长度，然后旋转气缸17带动夹具转动，使得夹具旋转出钢牛腿12的上方，松开夹具使得垫板14下落到网兜中；随后旋转气缸17复位，竖向气缸16再次调节高度使得夹具与下一层的垫板14对齐。

g、将每个支腿12.1与对应的钢牛腿2固定，且将四组机械手的电磁竖向凸条22断电，最后由工人站在吊篮上顺着支腿12.1的竖向槽21将电磁竖向凸条22抽出，以拆下机械手。

这就完成了一个主桁架12的安装固定，而剩下的其它主桁架12也按照上述方式进行安装固定。