一种钢结构桁架下挂结构的施工方法与流程

本发明涉及钢结构工程的技术领域，尤其是涉及钢结构桁架下挂结构的施工方法。

背景技术：

目前钢结构施工技术中，对焊接应力处理研究比较多，对钢结构安装过程中，结构恒载加载产生的节点处应力集中处理研究的较少。传统的焊接应力时效处理方法是自然时效和热时效。还有一种振动时效：振动时效源自于敲击时效。通过专用设备使工件在固有频率下产生共振，使周期性的动应力与残余应力叠加，使工件局部产生塑性变形而释放应力。从而降低和均化工件内部的残余应力，使工件尺寸精度达到稳定。

但是在钢结构施工过程中，结构恒荷载施加对主要受力构件产生的应力普遍存在，当桁架提升安装后，在结构恒荷载施加过程中，将会对桁架下弦杆产生很大的轴力f，桁架下弦杆的轴力传到钢管混凝土柱，会使钢柱产生特别大的弯矩，在地震力的作用下，钢柱将无法承载此弯矩，将会影响结构安全。

如图5所示，某工程桁架层是十六层，共有两片平行设置的桁架1，桁架1的两端与钢柱2连接。两片桁架之间安装次梁，然后在铺楼承板浇筑混凝土（未画出）。十五层和十四层结构是整体挂在桁架1的下边，十五层和十四层的主梁3通过吊柱4挂在桁架1的正下方，主梁3上分配次梁、钢筋桁架楼承板和混凝土。此种大型钢桁架下挂结构在国内罕见。

由于该结构的十四至十六层的跨度大，三层楼的自重非常大，且均对桁架1的下弦杆12加载。经模拟计算，全部力加载后，桁架下弦杆12会向两端延伸6mm-7mm，导致桁架下弦杆12端部与钢柱2连接节点处出现很大的弯矩。

因此，如何实现该结构的安装并消除弯矩的产生是需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钢结构桁架下挂结构的施工方法，该方法能够消除下弦杆端部与钢柱连接节点处弯矩的产生。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

钢结构桁架包括上弦杆、下弦杆和连接于二者之间的腹杆，其特征在于包括以下施工步骤：

s1、桁架吊装：将桁架提升至安装位置，然后将上弦杆与钢柱焊结固定，下弦杆与牛腿对接；

s2、应力释放变形缝设置：在桁架下弦杆与钢柱牛腿对接部位设置应力释放变形缝，将下弦杆与牛腿对接的部位断开；

s3、恒荷载施加：在桁架安装焊接完成之后，进行次梁安装，然后进行钢筋桁架楼承板的安装，最后进行混凝土浇筑施工；

s4、节点焊接：将下弦杆与钢柱牛腿焊接。

通过采用上述技术方案，将桁架下弦杆与钢柱牛腿对接部位设置节点，并且将对接部位断开留有一定的空隙，在施加恒荷载时，桁架的下弦杆受到轴力的作用可以向两端产生延伸变形，从而将恒荷载在桁架下弦杆上施加的轴力释放出去，消除桁架下弦杆轴力对钢柱产生的弯矩，从而达到优化结构设计和提高节点受力的目的。

本发明进一步设置为：在步骤s2之后增加步骤节点处临时连接：在应力释放变形缝位置用双夹板及耳板将下弦杆与牛腿连接，双夹板和耳板设置在钢柱牛腿和下弦杆的两侧和底面，采用螺栓连接固定。

通过采用上述技术方案，通过将节点位置临时进行固定，保证施工过程的安全。

本发明进一步设置为：所述耳板上设置长圆形的螺栓孔。

通过采用上述技术方案，便于在施工时螺栓的插接安装和后期拆除。

本发明进一步设置为：所述应力释放变形缝宽15-30mm。

通过采用上述技术方案，为下弦杆产生延伸形变预设合适的空隙，避免空隙太小，无法完全将应力进行释放，空隙太大，增大后期焊接难度，影响节点处的连接强度。

本发明进一步设置为：在步骤s1之前进行桁架的加工：钢结构桁架分为三段加工，分别为两个端头桁架段和中间的主桁架段。

通过采用上述技术方案，将桁架分为三部分比较方便进行吊装施工和端头部位的连接。

本发明进一步设置为：钢结构桁架的吊装步骤为：利用塔吊或吊车将端头桁架段提升至安装位置，然后将上弦杆与钢柱焊结固定；设置应力释放变形缝；在端头桁架段的上弦杆顶部设置提升装置，提升装置包括固定在上弦杆和钢柱上的挑梁、设置在挑梁上的油顶、承重板以及一端与油顶连接另一端与承重板固结的钢丝索；将提升装置的承重板承托在主桁架段的上弦杆上，利用油顶将主桁架段的两端同步提升；提升就位后，将主桁架段与端头桁架段焊接固定。

通过采用上述技术方案，可以更加安全快速的将桁架提升安装。

本发明进一步设置为：所述所述在主桁架段的上弦的侧面焊接限位板，限位板成对设置在钢丝索的两侧。

通过采用上述技术方案，限制了钢丝索沿上弦杆的长度方向移动距离，保证吊装过程的安全和平稳吊装。

本发明进一步设置为：所述主桁架段在提升过程中，将下层的吊柱和主梁分次倒挂后，整体提升至安装位置；然后将下层的主梁与钢柱焊接。

通过采用上述技术方案，避免了三层的结构在地面一次性拼装时需要的大面积的场地及辅助支架；该方案更便于施工吊装，一次性提升到位，提高安装效率，节约了成本。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.通过断开节点的设置，可以有效的将恒荷载施加在桁架下弦杆上的轴力释放出去，消除桁架下弦杆轴力对钢柱产生的弯矩，从而达到优化结构设计和提高节点受力的目的；

2.与以往的整体吊装施工相比，本发明采用分段吊装施工，吊装时更加方便快捷并且便于端头部位的对接安装；

3.与现有技术吊车吊装相比，本发明采用在桁架上弦杆上设置油顶吊装方式，吊装过程中桁架更加平稳，并且便于连接部位的对接安装，避免吊车吊装时桁架晃动不稳定，对接比较困难，难以控制的问题。

4.采用提升一层安装固定下一层立柱和主梁的方法，相比于整体吊装预先拼装好的桁架结构，在吊装时更加方便。

附图说明

图1是本发明的桁架整体结构示意图。

图2是本发明的桁架吊装结构示意图。

图3是图1中a部分的局部放大示意图。

图4是图2中b部分的局部放大示意图。

图5是本发明的背景技术结构示意图。

图中，1、桁架；11、上弦杆；111、限位板111；12、下弦杆；13、腹杆；14、端头桁架段；15主桁架段；2、钢柱；21、牛腿；3、主梁；4、吊柱；5、夹板；6、耳板；61、长圆螺栓孔；7、提升装置；71、挑梁；72、油顶；73、承重板；74、钢丝索；8、应力释放变形孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图5所示，钢结构桁架1包括上弦杆11、下弦杆12和连接于二者之间的腹杆13。钢结构桁架1安装前，位于钢结构桁架1两端的钢柱2已经施工完成，而且钢柱2与下弦杆12对应位置已经安装有牛腿21。按照设计要求，上弦杆11的两端分别与钢柱2焊接，下弦杆12的两端分别与两侧的牛腿21焊接。

实施例：

本发明公开的一种钢结构桁架1下挂结构的施工方法，包括以下施工步骤：

a、桁架的加工与试拼:参照图1与图2，为了满足现场吊装条件和方便吊装，本发明的钢结构桁架1分为三段加工，分别为两个端头桁架段14和中间的主桁架段15。端头桁架段14包括上弦杆11、下弦杆12和至少两根腹杆13，可以是两根腹杆13。端头桁架段14的上弦杆11的一端与钢柱2焊接，另一端与主桁架段15的上弦杆11焊接；端头桁架段14的下弦杆12的一端与钢柱2的牛腿21连接，另一端与主桁架段15的下弦杆12焊接。相应地，底部两层的主梁3与吊柱4也加工为三段，分别安装。在安装施工之前，首先对各段桁架1在地面进行试拼，确保精确。

b、端头桁架段吊装：参照图2，利用塔吊或吊车将端头桁架段14提升至安装位置，然后将上弦杆11与钢柱2焊结固定。安装十四、十五层位于端头桁架段14底部的主梁3和吊柱4。

c、应力释放变形缝设置：结合图2与图3，对接部位设置利用塔吊将端头桁架段14吊装固定在两端的钢柱2上；端头桁架段14的上弦杆11与钢柱2的上端焊接固定，下弦杆12与钢柱2的牛腿21进行对接，但不焊接，在对接的位置预留15-30mm的缝隙作为应力释放变形缝8。在施加恒载和活载的过程中，该应力释放变形缝8可以使桁架1的下弦杆12在轴力f的作用下在该位置自由形变，从而达到释放轴力的目的。

需要指出的是：由于在该大型钢结构设计中，桁架1的上弦杆11在下弦杆12不受力时也可以承担桁架1的全部荷载，下弦杆12与钢柱2的连接主要用于抵抗地震荷载，属于预留受力结构，所以为应力释放变形缝8的设置创造了条件。

应力释放变形缝8可以选在下弦杆12的任意位置，优选地，将桁架1下弦杆12与钢柱2牛腿21对接部位设置节点位置，将下弦杆12与牛腿21对接的部位断开，使桁架1形成下挂式桁架，在下弦杆12受到轴力f时可以向两端产生延伸形变，从而释放轴力消除作用在钢柱2上的弯矩。将该位置作为应力释放变形缝8，方便了加工安装，只要在加工端头桁架段14时，将该段的下弦杆12靠近立柱的端头少加工15-30mm即可。

d、节点处临时连接：参照图4，为了保证施工过程的安全，确保施工过程中遇到地震情况下桁架1仍能安全稳固，在节点位置用双夹板5及耳板6将端头桁架段14的下弦杆12与牛腿21连接，双夹板5和耳板6设置在钢柱2牛腿21和下弦杆12的两侧和底面，采用m24高强螺栓连接固定。具体步骤为：分别在端头桁架段14的下弦杆12与牛腿21的表面焊接多道耳板6，然后在每道耳板6两侧安装夹板5；最后用高强螺栓穿过夹板5和耳板6并拧紧。

耳板6上设置长圆形螺栓孔61，长圆形螺栓孔61的长轴方向与下弦杆12的长度方向相同，便于在施工时螺栓的插接安装和后期拆除。

e、提升装置7设置：回看图2，在端头桁架段14的上弦杆11上设置一个提升装置7，提升装置7包括固定在上弦杆11和钢柱2上的挑梁71、设置在挑梁71上的油顶72、承重板73以及一端与油顶72连接另一端与承重板73固结的钢丝索74。提升装置7的安装流程为：端头桁架段14吊装固定在两端的钢柱2上之后，在端头桁架1段的上弦杆11上设置一挑梁71，两个油顶72固结在挑梁71的顶面，油顶72与钢丝索74的一端连接，远离油顶72的一端与承重板73固结。

为了限制钢丝索74沿上弦杆11的长度方向移动距离，保证吊装过程的安全，在主桁架1段的上弦的侧面焊接限位板111，限位板111成对设置在钢丝索74的两侧。

f、主桁架段安装：将提升装置7的承重板73承托在主桁架段15的上弦杆11上，利用油顶72将主桁架1段的两端同步提升，提升一层楼高；然后倒挂十五层吊柱4，焊接十五层主梁3，再提升一层楼高，焊接十四层吊柱4和主梁3；最后三层结构整体提升到十六层。将主桁架段15与两端的端头桁架1段焊接固定，十五层和十四层的主梁3与端头桁架1段下面十五层和十四层的主梁3段焊接固定。

g、恒荷载施加：在桁架1安装焊接完成之后，进行十六层、十五层和十四层的次梁安装，然后进行钢筋桁架楼承板的安装，最后进行混凝土浇筑施工。

h、释放应力：在所有的恒荷载加载完成之后，将桁架下弦杆12节点处的螺栓和夹板5拆除，此时节点处的轴力在下弦杆12发生延伸形变时得以释放。

i、节点焊接：将主体桁架段15的下弦杆12与钢柱牛腿21焊接。

本实施例的实施原理为：通过在施工过程中预先设置的应力释放变形缝8构造，在施加恒荷载的过程中，可以使桁架下弦杆12向两端自由延伸，得以释放轴力，使下弦杆12对钢管混凝土柱不产生轴力，从而消除下弦杆12轴力对钢管混凝土柱产生的弯矩，避免此应力与结构正常使用过程中其他荷载产生的弯矩叠加，从而达到提高结构梁柱的受力性能，提高抗震能力，优化结构设计和提高结构梁柱节点受力性能的目的。

相比以往桁架整体吊装技术，本发明将桁架1分为可以相互拼接在一起的三部分桁架，先进行比较短的端头桁架段14的施工，在桁架1与钢柱2对接时比较容易控制，最后进行主桁架段15的施工，避免了整体吊装时因钢柱2凸出牛腿21对吊装施工的影响。

通过设置在端头桁架段上弦杆11上的提升装置7以及采用十四、十五层主梁3和吊柱4分次倒挂整体提升的方案，可以一次性平稳的将主桁架段15和下层主结构提升至安装位置，更加安全、高效，避免利用塔吊提升桁架1时因桁架1左右摇动造成不好对接和安全问题。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。