一种悬臂屋盖钢结构的径向单胎架支撑体系及施工方法

1.本发明涉及建筑钢结构技术领域，具体涉及一种悬臂屋盖钢结构的径向单胎架支撑体系及施工方法。


背景技术：

2.现如今，大跨度钢结构屋盖是大型体育场馆等建筑常用的结构形式，由于其跨度大、结构体系复杂，常沿环向分段建造安装。由于其在拉索张拉后方能自身承力，常需要设置数量众多的胎架进行临时支撑，然后在拉索张拉后拆除。
3.一般而言，传统胎架支撑体系通过对结构进行环向分段，然后在每一段悬挑上，从支座到悬臂端，设置多个径向胎架支撑，来满足结构自身受力前的承载需求。由于径向胎架支撑多，各支撑处受力小，所以设计施工难度低。
4.但是，上述径向多胎架支撑与上部结构发生多处接触，将会使得上部被支撑结构受力复杂化，并且多个胎架也会导致建造成本高、安装与拆卸复杂、施工周期长等问题。此外，由于在径向上设置了多个胎架，靠近悬臂支座处的胎架下部结构，将对下方施工空间与条件提出更高的要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种悬臂屋盖钢结构的径向单胎架支撑体系及施工方法。该径向单胎架支撑体系可以解决传统径向多胎架支撑体系的耗材量大、安装与拆除施工周期长、对上部结构受力影响大、对下部施工空间要求高等问题。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.本发明目的之一在于一种悬臂屋盖钢结构的径向单胎架支撑体系，该径向单胎架支撑体系包括施工设备放置平台、中间连接平台和高度调节结构；所述的高度调节结构包括第一高度调节结构和第二高度调节结构；所述的施工设备放置平台、第一高度调节结构、中间连接平台和第二高度调节结构依次相连。
8.进一步地，所述第一高度调节结构为胎架标准节段，第二高度调节结构为钢管柱结构。
9.进一步地，所述的胎架标准节段有1个或多个。胎架标准节段采用吊车标准节。这也是传统胎架支撑体系的构造模式，通过调整节数来大致控制高度。
10.进一步地，所述的钢管柱结构中至少有4根钢管柱。具体来说，第二高度调节结构采用圆钢管，相对于传统全高吊车标准节，圆钢管结构能够通过转换结构控制间距，调整不同方向上的刚度大小；并且，圆钢管的高度能够自由调整，使得单胎架能够达到任意高度，提高适用性；此外，圆钢管结构简单，通过数个简单的开孔，即可穿过已建成的下部结构，降低对下部空间与施工条件的要求。
11.进一步地，所述的施工设备放置平台包括4根放置平台用工字钢和用于放置施工
设备的放置方板；所述的放置平台用工字钢围成口字型后相连，将放置方板置于放置平台用工字钢顶部，放置平台用工字钢与第一高度调节结构相连。具体来说，施工设备放置平台通过四根工字钢焊接而成。由于吊车标准节表面呈正方形，因此上部的承载截面呈现“口”字形，便于铺设方板，进而放置施工设备，如千斤顶。
12.进一步地，所述的放置平台用工字钢上设有放置平台用加劲肋。
13.进一步地，所述的中间连接平台包括4根中间连接平台用工字钢，所述的中间连接平台用工字钢依次相连成矩形结构。具体来说，通过调整工字钢长度，进而控制下方圆钢管在两个方向上的间距，达到在潜在受力方向上提高抗弯刚度的效果。
14.进一步地，所述的中间连接平台用工字钢上设有中间连接平台用加劲肋。
15.进一步地，所述钢管柱每间隔7-12m在垂直于圆钢管的截面内设置水平x型支撑，优选10m。
16.本发明目的之二在于一种如上所述的悬臂屋盖钢结构的径向单胎架支撑体系的施工方法，该施工方法包括如下步骤：
17.步骤一：根据单支撑受力特点计算上部结构传来的力，选择适宜的吊车标准节作为胎架标准节段和对于确定上部结构的支撑点以及截面是否需要修改；
18.步骤二：根据胎架标准节段的吊车标准节尺寸和下方施工空间以及上方施工器械所需操作空间，从而确定所需支撑高度确定节数和下部钢管柱的长度；
19.步骤三：根据受力需求、强度和稳定性，确定下部钢管柱尺寸；根据径向与环向抗弯刚度，确定圆钢管在这两个方向上的间距；
20.步骤四：根据上部支撑处需要的施工设备操作空间，确定施工设备放置平台尺寸；根据胎架标准节段的吊车标准节尺寸和下部钢管柱的排布，确定中间连接平台尺寸；
21.步骤五：根据全过程仿真分析的结果对初步施工方案进行过微调，确定最终施工步骤，根据仿真分析结构制定验收标准；具体来说，在确定整体结构尺寸后，利用全过程仿真分析软件，针对水平荷载、施工中可能存在的水平位移(荷载)、施工中罕遇的水平位移(荷载)，考虑强度与稳定性，判断结构的安全可靠性。
22.步骤六：按照确定的施工步骤进行整体提升施工安装，提升过程对结构的应力，位移、进行全过程监测，并将监测过程和全过程的分析进行对比分析，结构施工完成。
23.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
24.(1)本发明在径向只设置一个胎架，总的耗材远少于传统的多胎架，降低了材料成本；
25.(2)本发明在径向只设置一个胎架，缩短了安装与拆卸的周期；
26.(3)本发明在径向只设置一个胎架，只有一个上部支撑点，上部结构在受到支撑与支撑拆除自身承力时的荷载分布变化小，因此胎架对上部结构产生的影响更小；
27.(4)本发明在径向只设置一个胎架，胎架距悬臂支座处的距离势必比多胎架体系中最靠近支座的胎架到支座距离更大，因此对下部施工空间所需条件更为宽松，并且占用场地空间极小。
附图说明
28.图1是本发明中胎架支撑体系的整体结构示意图；
29.图2是本发明中胎架施工设备放置平台示意图；
30.图3是本发明中的第一高度调节结构，由吊车标准节组成；
31.图4是本发明中胎架中间连接平台示意图；
32.图5是本发明中径向单胎架在某工程中的支撑示意图；
33.图6是本发明的实施例1中胎架支撑体系在x向风荷载作用下的x向位移分析结果图；
34.图7是本发明的实施例1中胎架支撑体系在x向风荷载作用下的极限承载力计算示意图；
35.图中标号所示：1-施工设备放置平台；11-放置平台用工字钢；12-放置方板；13-放置平台用加劲肋；2-第一高度调节结构；3-中间连接平台；31-中间连接平台用工字钢；32-连接平台用加劲肋；33-连接平台用端板；4-第二高度调节结构。
具体实施方式
36.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
37.实施例1
38.以某体育场钢结构屋盖施工中所使用的径向单胎架支撑体系某处实际案例分析，结合附图对本发明作进一步说明。
39.图1是本发明中胎架支撑体系的整体结构示意图，施工设备放置平台1、第一高度调节结构1、中间连接平台3和第二高度调节结构4通过焊接的方式依次相连。
40.图2为本发明中胎架的施工设备放置平台1。考虑上部千斤顶所需施工空间后，设计为由四根截面为700mm
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300mm
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13mm
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24mm的放置平台用工字钢11，呈“口”字形排布，并在放置平台用工字钢11顶部焊接放置施工设备的放置方板12，实际工程中，布置限位设施应对上部结构在屋盖拉索张拉中的移动，在放置平台用工字钢11上焊接了放置平台用加劲肋13以保证局部抗压安全。
41.图3为本发明中第一高度调节结构2采用的吊车标准节，根据上部结构传来的880kn荷载，确定采用63吊车标准节。每个标准节尺寸为1.6m
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2.8m，角柱采用方管柱，截面尺寸为135mm
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10mm。横向支撑与斜向支撑均相同，采用70角钢，截面尺寸为70mm
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70mm
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5mm。根据该处支撑点离地高度，确定使用7节标准节，总高度为19.6m。
42.图4为本发明中的胎架中间连接平台3，为抵抗屋盖拉索张拉时的移动，采用1.6m
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2m方形布置，构件截面尺寸同为700mm
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300mm
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13mm
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24mm的工字钢。在实际工程中，在转换工字梁与胎架柱的连接截面处，增加了相应的连接平台用加劲肋32和连接平台用端板33，避免出现局部承压破坏。在转换工字梁与下部钢管柱连接截面处，设置了连接平台用端板33以满足变截面焊接要求，并设置连接平台用加劲肋32以避免局部承压破坏。连接平台用端板33设置在圆钢管顶部，且均为方形板，便于与转换工字梁底接触，方便焊接。
43.应注意的是，本文描述仅作为尺寸参考，所述的施工方法包括但不限于本应用实例中所述的尺寸。实际上，应当考虑到转换结构为了方便和上下的部位连接，两端应该适当伸出一定距离，以覆盖上下构件完成完整的焊缝，并且应当施加加劲肋等措施保证局部抗
压强度。此外，对于圆钢管，考虑到其间隔较高度偏小，将其近似考虑为轴心受压杆件，根据相关规范，本案例计算考虑选取φ325
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20的热轧圆管，结合整体高度需求确定圆钢管长度为30m。
44.图5为本发明中径向单胎架的实际使用示意图。其上部支撑在屋盖钢结构的环梁上，中部通过中间连接平台3转换为四根钢管柱，穿过下部已建成的体育馆看台与底部固结基础相连，施工设备固定在施工设备放置平台1。
45.图6、图7是胎架支撑体系在x向风荷载作用下的x向位移分析结果与极限承载力计算示意图。事实上，实际设计过程中，考虑了三种工况。首先是工况一，仅考虑结构承受上部传来的竖向荷载以及侧向风荷载。然后是工况二，考虑了上部传来的竖向荷载以及侧向风荷载以外，在胎架顶端设置了50mm的水平位移以模拟因径向索拉伸造成的胎架移动。最后是工况三，在工况二的基础上，将50mm水平位移扩大到500mm，以模拟极端情况下的胎架移动。考察胎架支撑体系在这三种工况下的应力大小，并通过稳定性分析结构极限承载力。计算结果表明，原始胎架支撑体系的强度满足要求，而在没有水平支撑的情况下，其安全储备较低；而若是在中间连接平台处设置水平接触，并在圆钢管处每间隔10m设置水平x型支撑，材料就是结构钢，可以让极限承载力安全系数达到5，从而确保了单胎架支撑体系的安全可靠。
46.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。