一种多曲线花瓣桁架结构及其施工方法与流程

本发明涉及建筑结构，特别是一种空间桁架结构及其施工方法。

背景技术：

随着建筑领域的发展，建筑结构在不断的创新，现有建筑中多涉及曲线结构，一般的曲线结构为简单的立杆与支撑连接，结构看似简单，但对支撑与立杆有较强的受力要求，同时立杆间无纵向连接，不能保证其稳定性，尤其是针对多曲线结构，曲线间连接结构复杂，受力桁架形状各异，角度及标高具不相同，对施工时受力桁架的位置控制、形状控制及受力状态控制较难；同时曲线梁为不规则梁，空中形态也难于控制，都对安装质量产生了影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多曲线花瓣桁架结构及其施工方法，要解决多曲线桁架结构复杂、受力不稳定的技术问题；并解决多曲线桁架结构施工不便、施工效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多曲线花瓣桁架结构，与主体结构连接，包括位于中心的环形桁架、环向连接在环形桁架上的内收花瓣结构和环向连接在内收花瓣结构底部外围的外放花瓣结构；所述内收花瓣结构包括一组向环形桁架内圈收拢的内收花瓣，其中至少两片内收花瓣在内侧对称收拢，至少两片内收花瓣在外侧对称环绕；所述外放花瓣结构包括一组向外侧展开的外放花瓣，通过外放花瓣受力桁架与主体结构连接。

所述外放花瓣有六片，按逆时针分为第一外放花瓣、第二外放花瓣、第三外放花瓣、第四外放花瓣、第五外放花瓣和第六外放花瓣，且相邻的花瓣侧边交叠。

所述外放花瓣包括外放花瓣受力桁架、外放花瓣刚接连系梁、纵向加强梁、外放花瓣装饰造型梁、装饰走道主梁和装饰走道次梁。

所述外放花瓣受力桁架沿着环向均匀间隔分布，外放花瓣受力桁架在平面内呈竖向的弧形、其所在平面经过环心。

所述外放花瓣刚接连系梁呈弧形，外放花瓣刚接连系梁有两根、对应平行连接在相邻外放花瓣受力桁架的内外两侧之间以及相邻外放花瓣之间。

所述纵向加强梁均匀间隔连接在内外两根外放花瓣刚接连系梁以及主体结构之间。

所述外放花瓣装饰造型梁为花瓣轮廓连的多曲线形，连接在外放花瓣受力桁架的上端。

所述装饰走道主梁呈弧形，至少有两根装饰走道主梁环向连接在相邻外放花瓣受力桁架之间。

所述装饰走道次梁水平连接在相邻外放花瓣受力桁架的装饰走道主梁之间。

所述外放花瓣受力桁架包括纵向受力主弦杆、刚接主弦杆、次弦杆、刚接次弦杆、刚接斜腹杆、纵向主弦杆、斜腹杆和刚接拉杆。

所述纵向受力主弦杆呈弧形、竖向设置，下端与主体结构连接、上端与主体结构之间水平连接有刚接拉杆，纵向受力主弦杆的高度位置不同，其上端位置与外放花瓣装饰造型梁的对应位置连接。

所述刚接主弦杆呈弧形，竖向设置在纵向受力主弦杆的内侧，下端与主体结构连接，上端与纵向受力主弦杆的上部和主体结构之间水平连接有纵向主弦杆，中部与纵向受力主弦杆的下部和主体结构之间水平连接有刚接次弦杆。

所述斜腹杆连接在纵向受力主弦杆、刚接主弦杆、纵向主弦杆和次弦杆围成的框架的对角之间。

所述刚接斜腹杆连接在主体结构、刚接主弦杆、纵向主弦杆和次弦杆围成的框架的对角之间。

所述内收花瓣有六片，按逆时针分为第一内收花瓣、第二内收花瓣、第三内收花瓣、第四内收花瓣、第五内收花瓣和第六内收花瓣。

所述第二内收花瓣、第三内收花瓣、第五内收花瓣和第六内收花瓣在内侧收拢、且相邻的花瓣侧边交叠。

所述第一内收花瓣和第四内收花瓣对称环绕包围在外侧，花瓣两侧边缘交叠。

所述内收花瓣包括内收花瓣受力桁架、内收花瓣刚接连系梁、下部拉杆、上部拉杆和内收花瓣装饰造型梁。

所述内收花瓣受力桁架沿着环向均匀间隔分布，内收花瓣受力桁架在平面内呈竖向的三角形、其所在平面经过环心。

所述内收花瓣刚接连系梁呈弧形，呈上、中、下分布环向连接在相邻内收花瓣受力桁架之间以及相邻的内收花瓣之间。

所述下部拉杆斜向连接在内收花瓣受力桁架下部与主体结构之间。

所述上部拉杆斜向连接在内收花瓣受力桁架下部与环形桁架之间。

所述内收花瓣装饰造型梁为花瓣轮廓连的多曲线形，连接在内收花瓣受力桁架的上端。

所述内收花瓣受力桁架的上部与环形桁架连接，下端与主体结构连接，其上端的高度位置不同、分别与内收花瓣装饰造型梁的对应位置连接。

所述环形桁架由一组弧形桁架对接拼装而成，所述弧形桁架的横截面形状为三角形，包括下弦杆、外弧上弦杆和内弧上弦杆。

所述下弦杆和外弧上弦杆之间垂直连接有竖向腹杆。

所述外弧上弦杆和内弧上弦杆之间垂直连接有水平腹杆。

所述内弧上弦杆和下弦杆之间垂直连接有斜向腹杆。

所述竖向腹杆、水平腹杆和斜向腹杆的对角之间分别连接有至少一根刚性拉杆。

一种如所述的多曲线花瓣桁架结构的施工方法，先逆时针逐一安装单片的外放花瓣，相邻的外放花瓣之间连接外放花瓣刚接连系梁，再逆时针逐一完成单片的内收花瓣与对应的弧形桁架的组合式施工，相邻的内收花瓣之间连接内收花瓣刚接连系梁。

所述单片的外放花瓣施工，具体步骤如下：

步骤一，测量设置外放花瓣受力桁架定位轴线。

步骤二，安装相邻两片外放花瓣受力桁架，并与主体结构的刚接埋件焊接。

步骤三，安装相邻两片外放花瓣受力桁架间的外放花瓣刚接连系梁，并进行焊接。

步骤四，分别向两侧安装单片的外放花瓣受力桁架，并与主体结构的刚接埋件焊接。

步骤五，安装相邻的外放花瓣受力桁架之间的外放花瓣刚接连系梁，并进行焊接，与安装完成的外放花瓣受力桁架形成一整体。

步骤六，安装剩下单片的外放花瓣受力桁架，并与主体结构的刚接埋件焊接。

步骤七，安装相邻外放花瓣受力桁架之间的外放花瓣刚接连系梁，并进行焊接。

步骤八，安装纵向加强梁，两端分别与刚接连系梁和主体结构进行焊接连接。

步骤九，安装装饰走道主梁，并与外放花瓣受力桁架焊接。

步骤十，安装装饰走道次梁，并与装饰走道主梁焊接。

步骤十一，安装外放花瓣装饰造型梁，并与外放花瓣受力桁架焊接。

所述单片的内收花瓣与与对应的环形桁架的组合式施工，具体步骤如下：

步骤一，测量设置内收花瓣受力桁架定位轴线。

步骤二，安装相邻两片内收花瓣受力桁架，并与主体结构的刚接埋件焊接。

步骤三，安装下部拉杆，两端分别与内收花瓣桁架和主体结构焊接固定。

步骤四，安装相邻两片内收花瓣受力桁架间的内收花瓣刚接连系梁，并进行焊接。

步骤五，安装相邻两片内收花瓣受力桁架间的弧形桁架，并与内收花瓣受力桁架焊接。

步骤六，安装内收花瓣受力桁架与弧形桁架之间的上部拉杆，并进行焊接。

步骤七，依次向两侧安装单片的内收花瓣受力桁架，并与主体结构的刚接埋件焊接。

步骤八，随单片内收花瓣受力桁架的安装，安装下部拉杆和内收花瓣受力桁架间的内收花瓣刚接连系梁。

步骤九，安装相邻两片内收花瓣受力桁架间的弧形桁架，并与内收花瓣受力桁架焊接。

步骤十，安装内收花瓣受力桁架与弧形桁架之间的上部拉杆，并进行焊接

步骤十一，安装内收花瓣装饰造型梁，并与内收花瓣受力桁架焊接。

所述单片的外放花瓣施工的步骤二中，外放花瓣受力桁架的施工方法，具体步骤如下：

步骤一，搭设拼装胎具，并进行定位放线。

步骤二，拼装纵向受力主弦杆，并进行定位。

步骤三，拼装刚接主弦杆，并进行定位。

步骤四，拼装纵向主弦杆，与纵向受力主弦杆、刚接主弦杆和主体结构的刚接埋件焊接连接。

步骤五，拼装次弦杆，并与纵向受力主弦杆和刚接主弦杆焊接连接。

步骤六，拼装斜腹弦杆，并与竖向受力主弦杆和刚接主弦杆焊接连接。

步骤七，拼装刚接次弦杆，并与刚接主弦杆和主体结构的刚接埋件焊接连接。

步骤八，拼装刚接斜腹弦杆，并与刚接主弦杆和主体结构的刚接埋件焊接连接。

步骤九，拼装刚接拉杆，与纵向受力主弦杆和主体结构的刚接埋件焊接连接。

所述单片的内收花瓣与对应的环形桁架的组合式施工的步骤五中，弧形桁架的施工方法，具体步骤如下：

步骤一，搭设拼装胎具，设置定位板。

步骤二，弧形桁架的内弧上弦杆、外弧上弦杆与下弦杆上架安装。

步骤三，水平腹杆安装，与内弧上弦杆、外弧上弦杆焊接连接。

步骤四，竖向腹杆安装，与外弧上弦杆、下弦杆焊接连接。

步骤五，斜向腹杆安装，并与内弧上弦杆、下弦杆焊接连接。

步骤六，刚性拉杆安装，并分别与内弧上弦杆、外弧上弦杆与下弦杆焊接连接。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

现有建筑结构中的曲线结构一般为不规则的立体结构，结构复杂，受力不稳，尤其是某些曲线造型施工不便效率低，例如花形结构，作为异形结构其结构尤其复杂，结构之间的空间位置关系复杂，本发明中提出一种多曲线花瓣桁架结构，整体为一个不规则立体花瓣形状，其结构形式看似复杂，但是构件的空间关系简单明了，通过刚接连系梁对受力桁架进行空间上的连接，形成稳定桁架体系，再通过造型梁的曲线结构，形成了花瓣造型，即以桁架+框架+造型梁结构，表达复杂的设计思路，在造型结构中，是一种新的结构形式，并提供了这种新的组合结构的设计思路。

为了实现空间更稳定的结构体系，本发明采用逐层递进的设计，先是中心的环形桁架、再是内收花瓣、最后是外放花瓣，层层递进，形成完整的空间体系，结构稳定性更强，塑造性更强，造型结构更合理，更能保证其花瓣造型的具像性：本发明设计了单片受力桁架，通过刚接连系梁连接，保证了整体结构受力有效的传递；通过桁架与框架结构的有效组合，实现了以简单的结构原理表现出复杂的空间形态，这是一种思维上的突破；通过装饰造型梁的空中姿态勾勒出花瓣的外在形态，使花瓣结构更具像性，整体结构也更为完整。

本发明的施工方法合理的安排受力桁架的安装顺序，合理控制受力桁架的定位坐标，能够保证花瓣桁架的整体受力要求，同时能够保证造型梁的空中姿态。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的第一部分的结构示意图。

图2是本发明的第二部分的结构示意图。

图3是本发明的单片外放花瓣的结构示意图。

图4是本发明的外放花瓣受力桁架的结构示意图。

图5是本发明的单片内收花瓣的结构示意图。

图6是本发明的环形桁架的结构示意图。

附图标记：1－第一外放花瓣、2－第二外放花瓣、3－第三外放花瓣、4－第四外放花瓣、5－第五外放花瓣、6－第六外放花瓣、61-外放花瓣受力桁架、611-纵向受力主弦杆、612-刚接主弦杆、613-次弦杆、614-刚接次弦杆、615-刚接斜腹杆、616-纵向主弦杆、617-斜腹杆、618-刚接拉杆、62-外放花瓣刚接连系梁、63-纵向加强梁、64-外放花瓣装饰造型梁、65-装饰走道主梁、66-装饰走道次梁、7－第一内收花瓣、8－第二内收花瓣、9－第三内收花瓣、

91-内收花瓣受力桁架、92-内收花瓣刚接连系梁、93-下部拉杆、94-上部拉杆、95-内收花瓣装饰造型梁、10－第四内收花瓣、11-第五内收花瓣、12-第六内收花瓣、13-环形桁架、131-下弦杆、132-外弧上弦杆、133-内弧上弦杆、134-竖向腹杆、135-水平腹杆、136-斜向腹杆、137-刚性拉杆。

具体实施方式

实施例参见图1、图2所示，这种多曲线花瓣桁架结构，与主体结构连接，包括位于中心的环形桁架、环向连接在环形桁架上的内收花瓣结构和环向连接在内收花瓣结构底部外围的外放花瓣结构；所述内收花瓣结构包括一组向环形桁架内圈收拢的内收花瓣，其中至少两片内收花瓣在内侧对称收拢，至少两片内收花瓣在外侧对称环绕；所述外放花瓣结构包括一组向外侧展开的外放花瓣，通过外放花瓣受力桁架与主体结构连接。

具体的，外放花瓣有六片，按逆时针分为第一外放花瓣1、第二外放花瓣2、第三外放花瓣3、第四外放花瓣4、第五外放花瓣5和第六外放花瓣6，且相邻的花瓣侧边交叠。

所述内收花瓣有六片，按逆时针分为第一内收花瓣7、第二内收花瓣8、第三内收花瓣9、第四内收花瓣10、第五内收花瓣11和第六内收花瓣12；所述第二内收花瓣8、第三内收花瓣9、第五内收花瓣11和第六内收花瓣12在内侧收拢、且相邻的花瓣侧边交叠；所述第一内收花瓣7和第四内收花瓣10对称环绕包围在外侧，花瓣两侧边缘交叠。

参见图3所示，以第六外放花瓣6为例，所述第六外放花瓣6包括外放花瓣受力桁架61、外放花瓣刚接连系梁62、纵向加强梁63、外放花瓣装饰造型梁64、装饰走道主梁65和装饰走道次梁66。

所述外放花瓣受力桁架61沿着环向均匀间隔分布，外放花瓣受力桁架61在平面内呈竖向的弧形、其所在平面经过环心。

所述外放花瓣刚接连系梁62呈弧形，外放花瓣刚接连系梁62有两根、对应平行连接在相邻外放花瓣受力桁架的内外两侧之间以及相邻外放花瓣之间。

所述纵向加强梁63均匀间隔连接在内外两根外放花瓣刚接连系梁以及主体结构之间。

所述外放花瓣装饰造型梁64为花瓣轮廓连的多曲线形，连接在外放花瓣受力桁架的上端。

所述装饰走道主梁65呈弧形，至少有两根装饰走道主梁环向连接在相邻外放花瓣受力桁架之间。

所述装饰走道次梁66水平连接在相邻外放花瓣受力桁架的装饰走道主梁之间。

参见图4所示，所述外放花瓣受力桁架61包括纵向受力主弦杆611、刚接主弦杆612、次弦杆613、刚接次弦杆614、刚接斜腹杆615、纵向主弦杆616、斜腹杆617和刚接拉杆618。

所述纵向受力主弦杆611呈弧形、竖向设置，下端与主体结构连接、上端与主体结构之间水平连接有刚接拉杆618，纵向受力主弦杆的高度位置不同，其上端位置与外放花瓣装饰造型梁的对应位置连接。

所述刚接主弦杆612呈弧形，竖向设置在纵向受力主弦杆611的内侧，下端与主体结构连接，上端与纵向受力主弦杆611的上部和主体结构之间水平连接有纵向主弦杆616，中部与纵向受力主弦杆611的下部和主体结构之间水平连接有刚接次弦杆614。

所述斜腹杆617连接在纵向受力主弦杆611、刚接主弦杆612、纵向主弦杆616和次弦杆613围成的框架的对角之间。

所述刚接斜腹杆615连接在主体结构、刚接主弦杆612、纵向主弦杆616和次弦杆613围成的框架的对角之间。

参见图5所示，以第三内收花瓣9为例，所述第三内收花瓣9包括内收花瓣受力桁架91、内收花瓣刚接连系梁92、下部拉杆93、上部拉杆94和内收花瓣装饰造型梁95。

所述内收花瓣受力桁架91沿着环向均匀间隔分布，内收花瓣受力桁架91在平面内呈竖向的三角形、其所在平面经过环心。

所述内收花瓣刚接连系梁92呈弧形，呈上、中、下分布环向连接在相邻内收花瓣受力桁架91之间以及相邻的内收花瓣之间。

所述下部拉杆93斜向连接在内收花瓣受力桁架91下部与主体结构之间。

所述上部拉杆94斜向连接在内收花瓣受力桁架91下部与环形桁架之间。

所述内收花瓣装饰造型梁95为花瓣轮廓连的多曲线形，连接在内收花瓣受力桁架91的上端。

所述内收花瓣受力桁架91的上部与环形桁架连接，下端与主体结构连接，其上端的高度位置不同、分别与内收花瓣装饰造型梁95的对应位置连接。

参见图6所示，所述环形桁架由一组弧形桁架13对接拼装而成，所述弧形桁架13的横截面形状为三角形，包括下弦杆131、外弧上弦杆132和内弧上弦杆133。

所述下弦杆131和外弧上弦杆132之间垂直连接有竖向腹杆134。

所述外弧上弦杆132和内弧上弦杆133之间垂直连接有水平腹杆135。

所述内弧上弦杆133和下弦杆131之间垂直连接有斜向腹杆136。

所述竖向腹杆134、水平腹杆135和斜向腹杆136的对角之间分别连接有至少一根刚性拉杆137。

一种如所述的多曲线花瓣桁架结构的施工方法，先逆时针逐一安装单片的外放花瓣，相邻的外放花瓣之间连接外放花瓣刚接连系梁，再逆时针逐一完成单片的内收花瓣与对应的弧形桁架的组合式施工，相邻的内收花瓣之间连接内收花瓣刚接连系梁。

所述单片的外放花瓣施工，具体步骤如下：

步骤一，测量设置外放花瓣受力桁架定位轴线。

步骤二，安装相邻两片外放花瓣受力桁架，并与主体结构的刚接埋件焊接。

步骤三，安装相邻两片外放花瓣受力桁架间的外放花瓣刚接连系梁，并进行焊接。

步骤四，分别向两侧安装单片的外放花瓣受力桁架，并与主体结构的刚接埋件焊接。

步骤五，安装相邻的外放花瓣受力桁架之间的外放花瓣刚接连系梁，并进行焊接，与安装完成的外放花瓣受力桁架形成一整体。

步骤六，安装剩下单片的外放花瓣受力桁架，并与主体结构的刚接埋件焊接。

步骤七，安装相邻外放花瓣受力桁架之间的外放花瓣刚接连系梁，并进行焊接。

步骤八，安装纵向加强梁，两端分别与刚接连系梁和主体结构进行焊接连接。

步骤九，安装装饰走道主梁，并与外放花瓣受力桁架焊接。

步骤十，安装装饰走道次梁，并与装饰走道主梁焊接。

步骤十一，安装外放花瓣装饰造型梁，并与外放花瓣受力桁架焊接。

所述单片的内收花瓣与对应的环形桁架的组合式施工，具体步骤如下：

步骤一，测量设置内收花瓣受力桁架定位轴线。

步骤二，安装相邻两片内收花瓣受力桁架，并与主体结构的刚接埋件焊接。

步骤三，安装下部拉杆，两端分别与内收花瓣桁架和主体结构焊接固定。

步骤四，安装相邻两片内收花瓣受力桁架间的内收花瓣刚接连系梁，并进行焊接。

步骤五，安装相邻两片内收花瓣受力桁架间的弧形桁架，并与内收花瓣受力桁架焊接。

步骤六，安装内收花瓣受力桁架与弧形桁架之间的上部拉杆，并进行焊接。

步骤七，依次向两侧安装单片的内收花瓣受力桁架，并与主体结构的刚接埋件焊接。

步骤八，随单片内收花瓣受力桁架的安装，安装下部拉杆和内收花瓣受力桁架间的内收花瓣刚接连系梁。

步骤九，安装相邻两片内收花瓣受力桁架间的弧形桁架，并与内收花瓣受力桁架焊接。

步骤十，安装内收花瓣受力桁架与弧形桁架之间的上部拉杆，并进行焊接

步骤十一，安装内收花瓣装饰造型梁，并与内收花瓣受力桁架焊接。

所述单片的外放花瓣施工的步骤二中，外放花瓣受力桁架的施工方法，以第六外放花瓣6为例，具体步骤如下：

步骤一，搭设拼装胎具，并进行定位放线。

步骤二，拼装纵向受力主弦杆611，并进行定位。

步骤三，拼装刚接主弦杆612，并进行定位。

步骤四，拼装纵向主弦杆616，与纵向受力主弦杆611、刚接主弦杆612和主体结构的刚接埋件焊接连接。

步骤五，拼装次弦杆613，并与纵向受力主弦杆611和刚接主弦杆612焊接连接。

步骤六，拼装斜腹弦杆617，并与竖向受力主弦杆611和刚接主弦杆612焊接连接。

步骤七，拼装刚接次弦杆614，并与刚接主弦杆612和主体结构的刚接埋件焊接连接。

步骤八，拼装刚接斜腹弦杆615，并与刚接主弦杆612和主体结构的刚接埋件焊接连接。

步骤九，拼装刚接拉杆618，与纵向受力主弦杆611和主体结构的刚接埋件焊接连接。

所述单片的内收花瓣与对应的环形桁架的组合式施工的步骤五中，弧形桁架的施工方法，具体步骤如下：

步骤一，搭设拼装胎具，设置定位板。

步骤二，弧形桁架的内弧上弦杆133、外弧上弦杆132与下弦杆上架安装：弧形桁架施工后，拆除胎具，此时，弧形桁架只与内收花瓣连接。

步骤三，水平腹杆135安装，与内弧上弦杆133、外弧上弦杆132焊接连接。

步骤四，竖向腹杆134安装，与外弧上弦杆132、下弦杆131焊接连接。

步骤五，斜向腹杆136安装，并与内弧上弦杆133、下弦杆131焊接连接。

步骤六，刚性拉杆137安装，并分别与内弧上弦杆133、外弧上弦杆132与下弦杆焊接连接。