一种多向卸荷系统及用该系统拼装钢连廊的施工方法与流程

本发明涉及一种多向卸荷系统及用该系统拼装钢连廊的施工方法，属于建筑施工设备技术领域。

背景技术：

随着建筑施工技术的发展，在两高层建筑之间连接的高空连廊也不再罕见，且通常采用钢结构连廊。由于空中作业的危险性和成本均较高，因此目前对于高空连廊，通常采用“低层搭建、整体提升”的方案。在进行“低层搭建”时，需要在两高层建筑之间的地面（也就是地下室顶盖，因为现行的高层建筑均带有多层地下室）或裙楼顶部进行。

由于钢结构高空连廊总体重量十分巨大，甚至可达成百上千吨；在搭建拼装时，整体结构的重量均需要由搭建操作区域来承受。对于地下室或裙楼的顶面（可简称为楼层顶面）而言，这部分额外的负担对其承载力的考验很严峻；如果不能承受，很容易出现结构上的开裂、崩塌；不但会造成施工人员的危险，也会对建筑本体造成不可逆的损伤。为了确保承载能力，只能对地下室或裙楼的顶面和支撑结构进行加固。加固的方法包括两种：初始设计即按钢结构高空连廊总体重量进行或在搭建时进行临时性的整体承载能力加固。

由于高空连廊的搭建为一次性工程，初始即采用高承载力的加固设计方案，会导致材料、工期、使用面积等多方面成本的巨大浪费；而进行临时性的整体承载能力加固，目前通常采用满堂支架的方式搭设一层整体平台，这种方式也存在施工复杂、工期长、耗费材料多的不足。

因此，设计一种新的的卸荷系统和相应的施工方法，供在钢结构高空连廊拼装时使用，克服现有技术中的不足，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

在钢结构连廊的拼装过程中，钢结构连廊的的重量会对搭建操作区域所在的地下室或裙楼顶面形成巨大的额外负担。目前的现有技术中，无论是初始设计即采用加固设计方案，还是在搭建时进行临时性的整体承载能力加固，均存在施工复杂、工期长、耗费材料多的问题，有时还会造成巨大的冗余浪费。

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种多向卸荷系统及用该系统拼装钢连廊的施工方法。

本发明采用下述技术方案：

一种多向卸荷系统，其特征在于，包括左右对称的2个卸荷单元；

每个卸荷单元包括用于承载钢结构连廊的拼装胎架、支撑拼装胎架后端的支撑底座、为拼装胎架前端提供向上拉力的拉索和将拉索另一端连接于侧面楼体框架的锚固装置；

所述支撑底座与下方楼层框架柱固定。

优选的，所述拼装胎架为框架结构，包括至少2个竖向支撑梁和位于前端的前横向支撑梁；所述支撑底座与竖向支撑梁一一对应，支撑底座之间通过后横向支撑梁固定连接。

优选的，所述卸荷系统还包括铺设于拼装胎架下方的防护钢板；所述拼装胎架前端向下设有与楼顶或防护钢板之间留有间隙的前支撑。

优选的，所述卸荷系统还包括限制前支撑水平位移的限位装置。

优选的，所述前支撑与楼顶或防护钢板之间的间隙大于等于100mm。

优选的，所述限位装置为位于前支撑两侧的板式结构或供前支撑插入的插座式结构。

优选的，所述锚固装置为对楼体立柱形成环抱的方形抱箍结构；所述拉索设于每个竖向支撑梁两侧，与锚固装置和竖向支撑梁的连接节点均为铰接结构。

优选的，所述拉索带有调节长度的花篮螺栓。

一种用上述系统拼装钢连廊的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1参数确定：

根据钢连廊的形状和尺寸，确定拼装胎架的尺寸；

根据钢连廊的重量，计算拉索的轴力，确定拉索的规格；

步骤2施工基础预设：

在下方房屋立柱顶部设置用于与支撑底座连接的预埋件；

步骤3卸荷系统搭建：

固定设置支撑底座；

在支撑底座上设置拼装胎架；

在侧方楼体立柱上设置锚固装置；

使用拉索连接锚固装置和拼装胎架；

步骤4钢连廊拼装：

将钢连廊主桁架分为不同位置、上下划分的区段，先依托支撑底座和拼装胎架进行桁架的下弦组装以形成稳定的独立受力单元；随后对桁架上弦主梁和横向支撑进行组装。

优选的，在步骤4钢连廊拼装中还包括：

在下部桁架组装完成后，去除拉索，在下部桁架上方安装临时支撑，在下层桁架上表面临时铺装5mm厚钢板，作为上层桁架拼装的施工平台；依托所述临时支撑，进行上层桁架的拼装。

本发明具有以下的优点：

（1）每个卸荷单元的拼装胎架均由支撑底座和拉索承重，钢连廊拼装过程中的荷载由下方楼层框架柱和侧上方的楼体立柱承受，最终传递至地基基础，避免在下方楼层顶面上施加过大负荷；

（2）通过拉索，使拼装胎架呈上仰状态，钢连廊主桁架拼装过程中的主受力点不在两侧下弦的最低点，而是由主桁架底部受力或由主桁架底部和下弦折弯部共同受力，从而使拼装过程中施加于下弦弯折部的应力减小，降低了变形及变形带来的误差；

（3）本发明中平台承载力强却结构简单，搭建、撤除均非常方便，不但成本低，而且工期短；

（4）防护钢板的设置，确保了在施工过程中对下方楼层顶面的保护，避免施工中意外对楼层顶面的破坏；

（5）前支撑的设置，确保了即使出现意外变形，拼装胎架的依然可以保持一定仰角以保持支撑，避免整体框架垮塌。

附图说明

图1是本发明实施例结构示意图；

图2是本发明实施例应用状态结构示意图；

图3是本发明实施例中支撑底座2侧视结构示意图；

图4是图3中a-a面的剖视结构示意图；

图5是本发明实施例中拼装胎架1侧视结构示意图；

图6是本发明实施例中拉索3与拼装胎架1连接结构示意图；

图7是本发明实施例中拉索3与锚固装置4的连接结构示意图；

图8是图7中b-b面剖视结构示意图；

图9是本发明实施例中拉索3强度计算模型示意图；

图10是本发明实施例中连廊桁架10区段划分示意图；

其中：1.拼装胎架，2.支撑底座，3.拉索，4.锚固装置，5.框架柱，6.楼体立柱，7.前支撑，8，限位装置，9.花篮螺栓，10.连廊桁架，11.竖向支撑梁，12.前横向支撑梁，13.a上段，14.a下段，15.b上段，16.b下段，17.c上段，18.c下段，21.后横向支撑梁，22.预埋件，23.环形卡扣。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至图9所示，本实施例为一种多向卸荷系统及用该系统拼装钢连廊的施工方法。其中，本实施例的卸荷系统应用于在两侧的高楼之间的区域，在裙楼楼顶拼装跨接两侧高楼的连廊；拼装区域即为裙楼楼顶（标高23.000m）。钢结构的连廊跨度约32m，主桁架为工字型构件，截面为600×800×40mm。横向支撑及腹杆节点全部为高强螺栓铰接点。考虑现场实际条件，须选择合理的分段及拼装成型方案，达到经济合理、安全可靠、技术可行。钢结构连廊拼装期间要避免构件次应力对结构造成破坏。因自重及跨度较大，结构拼装阶段的变形控制要求高。

所述多向卸荷系统设置在8轴*h-k轴至11轴*h-k轴区间，包括左右对称的2个卸荷单元；每个卸荷单元包括用于承载钢结构的连廊桁架10的拼装胎架1、支撑拼装胎架1后端的支撑底座2、为拼装胎架1前端提供向上拉力的拉索3和将拉索3另一端连接于侧面楼体框架的锚固装置4；卸荷系统的受力结构设置成三角形受力体系，通过调节拉索3长度调整拼装胎架1的高度以与连廊桁架10设计角度一致。通过拉索，使拼装胎架呈上仰状态，钢连廊主桁架拼装过程中的主受力点不在两侧下弦的最低点，而是由主桁架底部受力或由主桁架底部和下弦折弯部共同受力，从而使拼装过程中施加于下弦弯折部的应力减小，降低了变形及变形带来的误差。当钢连廊主桁架拼装完成后，即可形成两端简支梁结构形式，连廊桁架的重量可完全由支撑底座传递至地基基础承受，拉索不再承受负荷，可卸除，以避免影响后续拼装。

所述拼装胎架1为框架结构，包括3个竖向支撑梁11和位于前端的前横向支撑梁12；所述竖向支撑梁11和前横向支撑梁12均为型钢，焊接连接。

所述支撑底座2为工字梁结构，与竖向支撑梁11位置一一对应，焊接固定；

支撑底座2之间通过后横向支撑梁21焊接连接，后横向支撑梁21为hw400x400热轧h型钢；与下方裙楼楼层的框架柱55的固定则通过预埋件22螺栓连接。在本实施例中，所述预埋件22为包括化学植筋的正方钢板，尺寸为700mmx700mm，厚度为30mm，化学植筋直径为20mm，埋深400mm，间距150mm，植筋分布于正方形四角位置。支撑底座2下端焊接于所述正方钢板的中心。

所述卸荷系统还包括铺设于拼装胎架1下方的5mm防护钢板；所述防护钢板可通过地脚螺栓固定位置，也可直接平铺，还可以通过与支撑底座2的焊接连接来固定。防护钢板可避免钢结构部件或卸荷平台的部件意外掉落对裙楼顶面的破坏。

所述拼装胎架1前端向下设有与防护钢板之间留有间隙的前支撑7；所述前支撑7为型钢结构，与楼顶或钢板之间的间隙大于等于100mm；数量为3个，位置与竖向支撑梁11对应。前支撑7的设置，确保了即使出现意外变形，拼装胎架1的依然可以保持一定仰角以保持支撑，避免整体框架垮塌。

所述卸荷系统还包括限制前支撑7水平位移的限位装置8。所述限位装置8为位于前支撑7两侧的板式结构或供前支撑7插入的插座式筒形结构，下端焊接固定于防护钢板上。限位装置8的设置，避免了拼装胎架1的左右摆动，以避免过大的变形或移位发生。

为了避免桁架拼装期间对裙房屋面结构的影响，在桁架拼装形成整体受力单元前，借助两侧混凝土柱上设置拉索3。所述拉索3设于每个竖向支撑梁11两侧，每侧卸荷单元包括6个拉索3，整个卸荷系统供设置12个拉索3；拉索3通过锚固装置4设置在7轴*h-k轴、12轴*h-k轴的6个框架柱上，标高7层结构楼面（+40.150m）位置；整个卸荷系统共设计拉索3锚固装置46处，每侧的拼装单元3处，每个竖向支撑梁11两侧的拉索3共用一处锚固装置4。所述锚固装置4为对楼体立柱6形成环抱的方形抱箍结构。所述拉索3与锚固装置4和竖向支撑梁11的连接节点均为铰接结构，还带有调节长度的花篮螺栓9。本实施例中花篮螺栓9规格选用m25。

本发明所述拼装卸荷系统结构设计简单、受力路径清晰，经济性良好、节约工期，实现了拼装胎架1与卸荷系统的双重效果。与传统拼装胎架1相比，节省了支撑材料人工的投入，裙楼结构空间不用进行加固支撑，拼装期间裙楼内可进行装饰及机电作业施工。对原结构体系未产生不良影响，确保了结构安全。

一种用本实施例所述系统拼装钢连廊的施工方法，包括如下步骤：

步骤1参数确定：

根据钢连廊的形状和尺寸，确定拼装胎架1的尺寸；

钢结构的连廊跨度约32m，主桁架为工字型构件，截面为600×800×40mm；拼装胎架1各部件尺寸数据如附图所示。

根据钢连廊的重量（460t），计算拉索3的轴力，确定拉索3的规格；在本实施例中，根据计算模型拉索3的轴力为72kn，拉索3受力计算：分项系数为2.0，其索的破断力值应大于72*2=144kn。查表选直径25mm的钢绞线，其破断力为239.12kn>144kn，拉索3及节点整体受力满足结构要求。

步骤2施工基础预设：

在下方房屋立柱顶部设置用于与支撑底座2连接的预埋件22；

步骤3卸荷系统搭建：

以预埋件22为基础，固定设置支撑底座2；

在支撑底座2之间焊接后横向支撑梁21；

在支撑底座2上焊接拼装胎架1的下端（即竖向支撑梁11的下端）；

在侧方楼体立柱6上设置锚固装置4；

使用拉索3连接锚固装置4和拼装胎架1的上端（即前横向支撑梁12或竖向支撑梁11的上端）；

步骤4钢连廊拼装：

首先按照预拼装的桁架标高将拼装胎架1调整到位，拉索3通过调节花篮螺栓9进行调节到位后固定，并在拼装胎架1前端的做水平标高标记，以便在拼装期间进行桁架空间位置的复核。

如图10所示，将钢连廊主桁架分为不同位置、上下划分的10个区段，对称设置，包括2个a上段13，2个a下段14，2个b上段15，2个b下段16，1个c上段17，1个c下段18。

先依托支撑底座2和拼装胎架1进行桁架的下弦组装，以形成稳定的独立受力单元；具体拼装步骤如下：

1）j轴桁架下弦a下段14吊装，a下段14截面为600*800*40工字钢，总重量约2.21t。如下图所示，a下段14吊装就位后与拼装支座进行临时焊接定位。

2）k轴、h轴桁架下弦a下段14吊装就位

3）j轴桁架下弦b段吊装，重量约3.32t，拼装过程监测拼装段就位后的标高，并通过调节拉索3长度，对拼装后的标高进行微调。

4）h轴、k轴桁架下弦b段吊装，并进行下弦b段的横向钢支撑的吊装，以确保桁架平面外稳定性，并通过横向支撑安装，调整复核主桁架的平面定位尺寸。

5）下层桁架下弦c段吊装，c段重量约5.46t。三组下弦c段吊装就位后，安装c段区域的横向钢支撑梁。

下层桁架下弦主桁架吊装完毕后，复核桁架平面尺寸，特别是与主楼预留牛腿的轴线复核。然后进行各榀主桁架下弦分段间的高强螺栓连接，按照拼装顺序的反顺序由桁架中间向两侧对称安装。安装完毕后，进行分段间翼缘板焊接连接作业，焊接顺序与高强螺栓安装顺序一致。

整个下层桁架的下弦组装完毕，并形成稳定独立受力单元。荷载完全由6个拼装支座传递至下部框架柱及地基基础。

6）按照桁架下弦的组装顺序，依次将桁架上弦主梁及横向支撑进行组装。随时观测拉索3前段的横向支撑横梁的标高，确保与预拼装的标高吻合。

本实施例所述钢结构连廊桁架10（或简称为连廊桁架10）为双层结构；在下部桁架组装完成后，还需要进行上部桁架的组装，具体步骤如下：

1）在下部桁架组装完成后，去除拉索3，在下部桁架上方安装临时支撑，每个主桁架下方布设6个临时型钢支撑，支撑高度与桁架拼装完成后下弦桁架起拱的尺寸相符。

2）在下层桁架上表面临时铺装5mm厚钢板，作为上层桁架拼装的施工平台。

3）依托所述临时支撑，进行上层桁架的拼装；拼装顺序同下层桁架；上层桁架拼装完毕后，复核拼装误差，及主桁架起拱情况；喷涂防火涂料。

合理的拼装分段方案，实现了仅由现场现有设备进行拼装的可能，节约成本。选择本实施例所述拼装方案，整个拼装仅需用时20天，比常规工期提前了15天。通过合理的杆件安装及节点连接方案，结构内力均控制在规范范围内，符合拼装工况与设计工况的尽量一致的原则。通过严格的技术控制措施，钢结构桁架拼装误差控制良好。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。