一种大跨度大空间钢结构屋面桁架安装方法

摘要

本发明涉及一种大跨度大空间钢结构屋面桁架安装方法，所述安装方法采用大跨度桁架分段吊装加桁架累积滑移技术，并在吊装及滑移之前，通过建立有限元计算模型，对桁架拼装过程中混凝土强度、滑移及卸载工装强度及屋面桁架过程中混凝土强度校核，保证安装精度。本发明的优点在于：本发明通过对现有滑移施工方法缺点进行优化施工，进而使得该安装方法既能够节约施工成本，又能够更好地控制安装工期和安装精度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种裙房屋面桁架安装方法，特别涉及一种大跨度大

空间钢结构屋面桁架安装方法。

背景技术

目前，安装低空小跨度大屋面管桁架大多直接采用吊车直接安装，但对于好几十米甚至上百米跨度的屋面，因吊车的回转半径小，工期要求紧，施工场地内较狭窄，无管桁架的整体组装场地，再采用超大型履带吊车安装就无法完成了，因此就必须借助移动式塔吊来完成。

对于大跨度大空间钢结构屋面桁架安装，目前一般采用以下三种方法进行安装：

1. 根据汽车吊的吊装性能，对桁架进行分段，每一段在工厂进行拼装；同时，在屋盖桁架安装部位根据分段搭设胎架，构件运至现场后，通过汽车吊将其吊装就位；该安装方法施工工序简单；吊装作业全部由汽车吊执行，不占用塔吊工作时间；散件在工厂进行拼装，拼装精度较高；但该安装方法存在以下缺点：（1）桁架自重较大，且安装位置较高，因此需要选用大吨位汽车吊，不利于控制施工成本； (2)桁架安装过程中需要使用数量较多的胎架，不利于控制施工成本； (3)使用汽车吊吊装需要在裙房侧面设置新的钢结构堆场。

2. 在裙房搭设胎架，构件以散件的形式运至现场后使用QTZ80塔吊将散件吊装至安装位置进行原位拼装；该安装方法屋盖桁架原位拼装，节约施工时间；不需要使用其他的吊装设备，节约了施工成本；全部使用裙房部位QTZ80塔吊进行吊装，不影响塔楼钢结构吊装作业；但该安装方法存在以下缺点：（1）屋盖桁架在现场进行原位拼装，分段较多，施工进度较慢；（2）QTZ80塔吊需要在完成裙房屋盖桁架结构安装后再拆除，延长了塔吊租赁时间，增加了施工成本；（3）QTZ80塔吊吊装性能一般，为满足塔吊吊装性能，不得不增加分段，因此会增加胎架用量；（4）由于桁架分段数量增加，会一定程度上增大桁架

结构的现场拼装工作量和拼装误差。

3.将单榀桁架分为三段，每一段在工厂进行拼装，拼装完成后运至现场，现场安装时在屋盖桁架北端（12轴）搭设胎架，然后使用TCR6055或JCD260塔吊将其吊装就位，桁架拼装完成后通过顶推滑移的方式将其安装就位 ；该安装方法有上述两种方法相比，具有以下优点：（1）拼装工作只在12轴部位进行，可以减少胎架用量，节约施工成本；（2）TCR6055与JCD260塔吊吊装性能好，可减少构件分段，进而减少了构件拼装工作量；（3）QTZ80塔吊可用于屋盖桁架间次梁的安装，提高了现场吊装设备的利用效率；（4）不需要使用其他的吊装设备，能够尽可能地节约施工成本；（5）拼装完成的桁架单元滑移的同时可以进行下一榀桁架的拼装，可以有效压缩该部分钢结构安装工期；（6）运至现场的构件可以堆放于塔楼一侧堆场，不需要再裙房另外设置钢结构堆场；但该安装方法存在以下缺点：滑移施工工序较为复杂，施工前需要对滑移施工进行计算，施工过程中对滑移轨道的安装精度要求较高。

综合上述安装方法，方法三优点较多，既节约施工成本，也具备

较强的可行性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大跨度大空间钢结构屋面桁架安装方法，通过对现有滑移施工方法缺点进行优化施工，进而使得该安装方法既能够节约施工成本，又能够更好地控制安装工期和安

装精度。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种大跨度大空间钢结构屋面桁架安装方法，所述的大跨度大空间钢结构屋面桁架安装在30m跨度以上、外挑尺寸5m以上、50m以上高空、构件跨高比30以上的屋面；所述的大跨度大空间钢结构屋面桁架由若干榀桁架组成，且每榀桁架由若干段分桁架组成；同时，针对选用TCR6055塔吊对桁架吊装安装，该安装方法采用大跨度桁架分段吊装加桁架累积滑移技术；其创新点在于：所述安装方法具体步骤如下：

（1）铺设滑轨

滑移轨道通过埋件固定于屋面两侧的钢筋混凝土梁上，且滑移轨道边缘紧贴钢筋混凝土梁内侧，并在屋面桁架两端通过钢筋与钢筋混凝土梁绑扎，在滑移轨道上以2m的间距安装轨道固定埋件；

（2）桁架拼装过程中混凝土强度校核

a．根据桁架分段顺序由左至右进行，拼装胎架顶端与桁架下弦设置刚性连接，桁架两端为铰接支撑，计算出拼装胎架的反力；

b．设置转换梁将拼装胎架反力传递至钢筋混凝土梁上，转换梁底部并用圆管支撑，计算出混凝土结构的最大应力比，最大应力比小于0.85，则结构安全，进而拼装过程中，拼装胎架对下部混凝土结构影响不大，无需加固；

（3）滑移及卸载工装强度校核

根据滑移及卸载工装设计，建立有限元计算模型，计算条件：（1）

横杆连接出的牛腿端部使用铰接连接；（2）恒荷载：结构自重，且考虑0.25倍自重的摩擦力；（3）活荷载：滑移单元无施工荷载；计算出最大位移及最大应力，并经验算，最大验算比小于0.85时，则滑移及卸载工装可满足滑移时承力的要求；

（1）屋面桁架过程中混凝土强度校核

滑移轨道设置于裙房屋面层的混凝土梁上，根据轨道设置，建立有限元计算模型，当主桁架滑移至混凝土梁中间时，为最不利工况，混凝土梁受集中荷载，计算出混凝土梁受力、滑移过程中水平摩擦力及最大位移，满足规范要求后，进行下一工序；

（5）桁架分段吊装加滑移施工

a．在屋面桁架安装部位下方一端的水平地上搭设n个桁架拼装胎架，且n个桁架拼装胎架沿屋面的宽度方向等间距分布；

b．通过TCR6055塔吊在桁架拼装胎架上拼装n+1个分桁架，拼装成整榀桁架；

c．在整榀桁架的两端通过滑移支撑装置与滑移轨道固定连接，且滑移工装与滑移支撑装置连接，并通过滑移工装将整榀桁架滑移至桁架安装区域，到达安装区域后，进行滑移卸载，使整榀桁架的柱脚落入埋件内锚栓；桁架滑移的同时，通过TCR6055塔吊在桁架拼装胎架上拼装第二榀桁架，并通过塔吊B补装第一榀桁架与屋面横梁之间的钢梁；

d．第二榀桁架拼装结束后，采用步骤c中的分段吊装及滑移方法依次对桁架进行拼装、滑移，并用塔吊B补装桁架间的钢梁，直至最后一榀桁架滑移完成，并用塔吊B补装好桁架间的钢梁，即完成了屋面桁架施工。

进一步地，所述塔吊B为QTZ80塔吊。

进一步地，所述滑移卸载的具体步骤为（1）整榀桁架滑移就位后，两端各使用两台10t分级千斤顶将桁架滑移单元顶离顶推滑移工装；（2）通过10千斤顶卸载滑移单元；（3）通过调节千斤顶高度缓慢下放桁架，使其柱脚落入埋件内锚栓，并将锚栓紧固。

本发明的优点在于：

（1）本发明大跨度大空间钢结构屋面桁架安装方法，采用大跨度桁架分段吊装加桁架累积滑移技术，可节约施工成本；并在吊装及滑移之前，通过建立有限元计算模型，对桁架拼装过程中混凝土强度、滑移及卸载工装强度及屋面桁架过程中混凝土强度校核，解决了施工前需要对滑移施工进行反复计算的问题，但又能够更好地控制安装工期和安装精度。

（2）本发明大跨度大空间钢结构屋面桁架安装方法，通过TCR6055塔吊对桁架分段进行吊装及拼装，TCR6055塔吊吊装性能好，可减少构件分段，进而减少了构件拼装工作量；通过QTZ80塔吊用于屋盖桁架间钢梁的安装，提高了现场吊装设备的利用效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1～图9是实施例中桁架分段吊装加滑移施工的过程示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

本实施例用于澄星大厦屋面桁架安装，澄星大厦于江阴市花山路208号，其总建筑面积约为149725.25平方米，地上面积约为108632.51平米，地下面积41092.74平米。超高层塔楼高度为227.3米，幕墙最高点高度238.8米，裙楼结构高度23.40米，钢结构主要包括屋盖大跨度桁架结构、钢楼梯以及钢柱；裙房屋面大跨度桁架结构平面尺寸为54*29m，由5榀大跨度桁架和钢梁组成，单品桁架跨度约28.7m，重量约为26T。

澄星大厦屋面桁架安装，具体步骤如下：

（1）铺设滑轨

滑移轨道通过埋件固定于屋面两侧的钢筋混凝土梁上，且滑移轨道边缘紧贴钢筋混凝土梁内侧，并在屋面桁架两端通过钢筋与钢筋混凝土梁绑扎，在滑移轨道上以2m的间距安装轨道固定埋件；

（2）桁架拼装过程中混凝土强度校核

a．根据桁架分段顺序由左至右进行，拼装胎架顶端与桁架下弦设置刚性连接，桁架两端为铰接支撑，选用其中八个节点，计算出各节点拼装胎架支座的反力，反力结果见表1；

b．设置转换梁将拼装胎架反力传递至钢筋混凝土梁上，转换梁截面为HW350×350×12×19，材质为Q235，转换梁底部用高200mm的Φ219×10圆管支撑，计算出混凝土结构的最大应力比为0.25，其小于0.85，则结构安全，同时，通过验算主要承力梁的配筋率，配筋规格及最大验算比见表2，通过计算结果可知，拼装过程中，拼装胎架对下部混凝土结构影响不大，无需加固；

（3）滑移及卸载工装强度校核

根据滑移及卸载工装设计，建立有限元计算模型，计算条件：（1）横杆连接出的牛腿端部使用铰接连接；（2）恒荷载：结构自重，且考虑0.25倍自重的摩擦力；（3）活荷载：滑移单元无施工荷载；计算出最大位移为3.71mm，满足规范要求；最大应力位于工装之上，满足材料要求，并经验算，最大验算比为0.31，小于0.85,结构安全，则滑移及卸载工装可满足滑移时承力的要求；

（4）屋面桁架过程中混凝土强度校核

滑移轨道设置于裙房屋面层的混凝土梁上，根据轨道设置，建立有限元计算模型，当主桁架滑移至混凝土梁中间时，为最不利工况，混凝土梁受集中荷载，单榀主桁架重量约为26t，则一侧混凝土梁受力为：26/2=13t，且考虑滑移过程中水平摩擦力13×0.25=3.25t，此时最大位移为33.6mm，满足规范要求，无需加固，进行下一工序；

（5）桁架分段吊装加滑移施工

a．如图1所示，在屋面桁架安装部位下方一端的水平地上搭设两个桁架拼装胎架1，且两个桁架拼装胎架1沿屋面的宽度方向等间距分布；

b．通过TCR6055塔吊在桁架拼装胎架上拼装三个分桁架2，如图2所示，拼装成第一榀桁架3；

c．如图3所示，在整榀桁架的两端通过滑移支撑装置4与滑移轨道5固定连接，且滑移工装与滑移支撑装置连接，并通过滑移工装将整榀桁架滑移至桁架安装区域，到达安装区域后，进行滑移卸载，使整榀桁架的柱脚落入埋件内锚栓；第一榀桁架滑移的同时，通过TCR6055塔吊在桁架拼装胎架上拼装第二榀桁架6，如图4所示，并通过QTZ80塔吊补装第一榀桁架3与屋面横梁之间的钢梁7；

d．如图5～9所示，第二榀桁架6拼装结束后，采用步骤c中的分段吊装及滑移方法依次对桁架进行拼装、滑移，并用QTZ80塔吊补装桁架间的钢梁，直至第五榀桁架滑移完成，并用QTZ80塔吊补装好桁架间的钢梁，即完成了屋面桁架施工。

滑移卸载具体步骤为（1）整榀桁架滑移就位后，两端各使用两台10t分级千斤顶将桁架滑移单元顶离顶推滑移工装；（2）通过10千斤顶卸载滑移单元；（3）通过调节千斤顶高度缓慢下放桁架，使其柱脚落入埋件内锚栓，并将锚栓紧固。

本实施例采用大跨度桁架分段吊装加桁架累积滑移技术，可节约施工成本；并在吊装及滑移之前，通过建立有限元计算模型，对桁架拼装过程中混凝土强度、滑移及卸载工装强度及屋面桁架过程中混凝土强度校核，解决了施工前需要对滑移施工进行反复计算的问题，但又能够更好地控制安装工期和安装精度。

表1胎架支座反力值

节点荷载阶段Fx（KN）Fy（KN）Fz（KN）140合计Min/Max0-0.2527.48142合计Min/Max0-0.0425.23144合计Min/Max00.2524.48146合计Min/Max00.0424.02148合计Min/Max0-0.7831.47150合计Min/Max0-0.1429.75152合计Min/Max0-0.2528.41154合计Min/Max00.0127.48

表2主要承力梁的配筋规格及最大验算比

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。