一种拱券钢结构及其安装方法与流程

本发明属于钢结构技术领域，尤其涉及一种拱券钢结构及其安装方法。

背景技术：

对于大跨度结构而言，拱券结构简洁、新颖，不仅具有良好的承重特性，还能满足建筑美学的设计需要。然而，由于地下室顶板承载能力的限制，大型吊车无法在地下室顶板上施工作业。通常现场配备的施工机械超重性能有限，无法满足大吨位钢结构的安装。因此，在满足结构承载、设计要求的前提下，需要寻求一种可操作性强，解决大型吊车无法在地下室顶板上站位与作业的难题，同时降低施工费用、经济合理，且能够满足所述拱券钢结构施工与安装需求的安装方法。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明的目的是提供一种拱券钢结构及其安装方法，满足安装精度及设计要求。

本发明所述的一种拱券钢结构，其特征在于，包括：

边立柱，位于整个拱券钢结构的两端，为竖直方向布置的箱体柱结构；

连接弦杆，设置于两边立柱之间，包括下弦杆和上弦杆，下弦杆为一向上拱起的弧形箱式杆体，并且所述下弦杆的两端分别与同侧的边立柱的下部刚性连接，所述下弦杆的上沿沿轴向设有多个牛腿结构，用于与中部支撑固连；所述上弦杆位于中部支撑的正上方，并保持上弦杆、下弦杆以及中部支撑处于同一垂面上，所述上弦杆的两端与边立柱的上端和/或中部支撑的上端固连；

以及中部支撑，设置于下弦杆和上弦杆之间，包括竖向腹杆和斜支撑，所述竖向腹杆的下端与下弦杆的牛腿结构固连，上端固接点与上弦杆固连，并保持竖向腹杆与边立柱平行；所述斜支撑设置于两竖向腹杆之间或边立柱与竖向腹杆之间，其下端与下弦杆的牛腿结构固连，上端与边立柱或者竖向腹杆的上端固接点固连，用于实现上弦杆与下弦杆之间的支撑。

所述边立柱包括边立柱下段和边立柱上段，其中所述边立柱下段和边立柱上段同轴固连在一起形成一箱体柱结构。

所述下弦杆的两端分别与同侧的边立柱下段刚性连接，包括若干段下弦杆拼装分段和下弦杆嵌补段，下弦杆拼装分段和下弦杆嵌补段均设有牛腿结构；下弦杆拼装分段分为两组，同组的下弦杆拼装分段的首尾顺次固连成一弧形分段，且两弧形分段之间通过下弦杆嵌补段固连在一起形成一向上弯曲的弧形箱式杆体。

所述上弦杆水平设置于竖向腹杆上方，包括两个端部上弦杆分段和若干个中间上弦杆分段，端部上弦杆分段设置于边立柱与相邻的竖向腹杆之间，其两端部分别与边立柱上段的上端以及相邻的竖向腹杆的上端固接点固连；中间上弦杆分段设置于相邻两竖向腹杆之间，其两端部分别与竖向腹杆的上端固接点固连，并保持所述端部上弦杆分段和所述中间上弦杆分段位于同一水平轴上。

所述边立柱与相邻的所述竖向腹杆之间设置两根斜支撑，而相邻两竖向腹杆之间设置一根斜支撑，且与同一弧形分段上的牛腿结构相连的斜支撑均朝边立柱方向倾斜。

所述竖向腹杆为h型钢，下端与边立柱下段固连。

所述斜支撑为h型钢，上端与竖向腹杆或边立柱上段固连，下端与竖向腹杆的牛腿结构固连。

所述上弦杆的端部上弦杆分段和中间上弦杆分段均为h型钢。

如本发明所述的一种拱券钢结构的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据项目结构形式及现场配置的吊装机械起重性能，对于拱券结构进行施工阶段模拟分析后分段，保证分段重量满足吊装机械起重性能，并含有20％起吊余量；

(2)采用计算机仿真技术，提取cad三维模型中下弦杆各分段点及端头对接接口的三维坐标值，作为拱券钢结构的下弦杆分段安装控制点的理论依据，并根据其cad三维模型，找出下弦杆分段拼装状态时各控制节点、端头对接接口的三维坐标，作为拱券结构下弦杆安装与空间精确定位的理论依据；

(3)用符合支撑要求的立杆和腹杆加工成多件格构式组合型的第一支撑，并两两为一组组合成1榀门架，作为下弦杆旋转提升用的门架结构；门架上下两端均设置h钢平台；

(4)用符合支撑要求的立杆和腹杆加工成格构式组合型的第二支撑，作为下弦杆安装分段拼装用的第二支撑；第二支撑的上下两端均设置h钢平台；

(5)安装下弦分段拼装用支撑，上部设置拼装胎架，依次将下弦各分段吊上胎架进行拼装，以步骤(2)中选定的各控制点理论坐标为依据，控制下弦杆安装分段的空间位置，保证空间定位和安装精度；在下弦杆下端与边立柱牛腿连接处安装旋转铰节点；

(6)将安装下弦杆拼装分段分成两组，并将下弦杆拼装分段顺次焊接拼成两个弧形分段，并经检验合格；

(7)安装旋转提升用的门架结构、安装锚具，拉设缆风绳，并检查合格；

(8)开始旋转提升下弦杆，首先提升右侧的弧形分段，待右侧的弧形分段提升到位后，复测并固定；然后提升左侧的弧形分段至到位并固定；

(9)在两弧形分段之间安装下弦杆嵌补段；

(10)先焊接中间嵌补段与两安装分段间的焊缝，然后焊接一侧下弦杆与边立柱牛腿间的焊缝，最后焊接另一侧下弦杆与边立柱牛腿间的焊缝；且两侧焊缝不能同时焊接；

(11)从两侧往中间依次安装竖向腹杆、斜支撑等构件，直至安装完成；

(12)焊接并检验合格后，拆除拼装支撑、门架、旋转铰节点等临时工装。

本发明的有益效果是：其结构简洁、新颖，除了具有良好的竖向承重特性外，造型美观，满足建筑审美要求。本发明所述安装方法可操作性强，解决了大型吊车无法在现场站位与作业的难题；避免大型吊车的使用，降低了施工费用；高空安装效率高，同时提高了拱券下弦杆分段的安装定位精度，降低误差，提高了建筑钢结构的安装质量，降低了钢结构的安装风险。

附图说明

图1为本发明的拱券钢结构结构轴测示意图；

图2为本发明的拱券钢结构边立柱、下弦杆划分示意图。

图3a为本发明的拱券钢结构拼装用支撑的轴测示意图。

图3b为本发明的拱券钢结构拼装用门架轴测示意图。

图4为本发明的拱券钢结构下弦杆旋转提升锚具示意图。

图5a为本发明的拱券钢结构下弦杆旋转提升铰节点轴测示意图。

图5b为本发明的拱券钢结构下弦杆旋转提升铰节点的主视图。

图6为本发明的拱券钢结构下弦杆安装分段拼装示意图。

图7为本发明的拱券钢结构下弦杆安装分段拼装轴测示意图。

图8为本发明的拱券钢结构下弦杆安装分段旋转提升示意图。

图9为本发明的拱券钢结构下弦杆安装分段嵌补段安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

参照附图：

实施例1本发明所述的一种拱券钢结构，包括：

边立柱2，位于整个拱券钢结构的两端，为竖直方向布置的箱体柱结构；

连接弦杆，设置于两边立柱之间，包括下弦杆1和上弦杆4，下弦杆为一向上拱起的弧形箱式杆体，并且所述下弦杆的两端分别与同侧的边立柱的下部刚性连接，所述下弦杆的上沿沿轴向设有多个牛腿结构，用于与中部支撑固连；所述上弦杆位于中部支撑的正上方，并保持上弦杆、下弦杆以及中部支撑处于同一垂面上，所述上弦杆的两端与边立柱的上端和/或中部支撑的上端固连；

以及中部支撑，设置于下弦杆和上弦杆之间，包括竖向腹杆3和斜支撑5，所述竖向腹杆的下端与下弦杆的牛腿结构固连，上端固接点与上弦杆固连，并保持竖向腹杆与边立柱平行；所述斜支撑设置于两竖向腹杆之间或边立柱与竖向腹杆之间，其下端与下弦杆的牛腿结构固连，上端与边立柱或者竖向腹杆的上端固接点固连，用于实现上弦杆与下弦杆之间的支撑。

所述边立柱2包括边立柱下段21和边立柱上段22，其中所述边立柱下段和边立柱上段同轴固连在一起形成一箱体柱结构。

所述下弦杆1的两端分别与同侧的边立柱下段21刚性连接，包括若干段下弦杆拼装分段11和下弦杆嵌补段16，下弦杆拼装分段11和下弦杆嵌补段12均设有牛腿结构111；下弦杆拼装分段11分为两组，同组的下弦杆拼装分段的首尾顺次固连成一弧形分段，且两弧形分段之间通过下弦杆嵌补段固连在一起形成一向上弯曲的弧形箱式杆体。

所述上弦杆4水平设置于竖向腹杆上方，包括两个端部上弦杆分段41和若干个中间上弦杆分段42，端部上弦杆分段41设置于边立柱2与相邻的竖向腹杆3之间，其两端部分别与边立柱上段22的上端以及相邻的竖向腹杆的上端固接点固连；中间上弦杆分段设置于相邻两竖向腹杆之间，其两端部分别与竖向腹杆的上端固接点固连，并保持所述端部上弦杆分段和所述中间上弦杆分段位于同一水平轴上。

所述边立柱2与相邻的所述竖向腹杆3之间设置两根斜支撑5，而相邻两竖向腹杆之间设置一根斜支撑，且与同一弧形分段上的牛腿结构相连的斜支撑均朝边立柱方向倾斜。

所述竖向腹杆3为h型钢，下端与边立柱下段固连。

所述斜支撑5为h型钢，上端与竖向腹杆或边立柱上段固连，下端与竖向腹杆的牛腿结构固连。

所述上弦杆4的端部上弦杆分段41和中间上弦杆分段42均为h型钢。

实施例2本实施例中所述的一种拱券钢结构，包括两端的边立柱2、下弦杆1、竖向腹杆3、斜支撑5和上弦杆4，两根所述边立柱位于拱券钢结构的两侧，为一箱体杆状结构；所述下弦杆1位于两端边立柱2之间，并与边立柱2刚接连接；所述的竖向腹杆3位于下弦杆1上方，与下弦杆1的牛腿结构111连接；所述的斜支撑5位于两竖向腹杆3之间或边立柱2与竖向腹杆3之间；所述的上弦杆4位于竖向腹杆3或边立柱2上端。

所述边立柱2根据安装要求将其划分为2个安装分段21与22，下段21作为先行安装构件安装到位。

所述下弦杆1为拼制的以折代曲的箱体结构，箱体上方设置与上方竖向腹杆3、斜支撑5连接的牛腿结构11。根据现场施工需要，下弦杆1划分为十个下弦杆拼装分段11和一个嵌补段12。

所述竖向腹杆3为h形钢，下端与下弦杆1的牛腿结构111连接。

所述斜支撑5为h形钢，上下两端分别与边立柱2、下弦杆1的牛腿结构111连接。

所述上弦杆4为h形钢，两端分别与竖向腹杆3或边立柱2连接。

所述锚具7包括锚具横梁71、锚具穿心千斤顶座72、穿心千斤顶73、钢绞线74和提升锚节点75，所述锚具横梁71固装于门架6的顶端，锚具穿心千斤顶座72铰接于锚具横梁71上，穿心千斤顶73安装于锚具穿心千斤顶座72上，并且穿心千斤顶73配装钢绞线74，且所述钢绞线74一端与穿心千斤顶73的活动部相连，另一端配装提升锚节点75，其中提升锚节点75设置于提升节点板8上，而提升节点板8固设于下弦杆1的接近跨中位置处，从而实现门架6与下弦杆1之间的互连。

所述旋转铰节点10包括旋转铰节点下侧耳板101、旋转铰节点上侧耳板102、旋转铰节点耳板加劲肋103和销轴104，所述旋转铰节点下侧耳板101的一端连接于下弦杆下端与边立柱21牛腿结构的连接处；旋转铰节点上侧耳板102设置于下弦杆的底部，并且旋转铰节点下侧耳板101、旋转铰节点上侧耳板102之间通过销轴104相连；旋转铰节点耳板加劲肋103设置在旋转铰节点耳板加劲肋103与下弦杆1之间。

实施例3根据实施例2所述的一种拱券钢结构的安装方法，包括以下步骤：

(1)根据项目结构形式及现场配置的吊装机械的起重性能，对于拱券结构进行模拟分析后分段。保证分段重量满足吊装机械起重性能要求，并含有20％起吊余量；

(2)采用计算机仿真技术，提取cad三维模型中下弦杆分段11各节点、端头对接接口的三维坐标，作为拱券结构下弦杆分段11安装控制理论依据。并根据其cad三维模型，找出下弦杆分段11拼装状态时的空间位置各节点、端头对接接口的三维坐标值，作为拱券结构下弦杆安装分段拼装控制理论依据；(图2)

(3)采用钢管φ180×8为立杆，钢管φ89×6为腹杆，加工成中心距1.5m×1.5m的格构式组合型的第一支撑61共计4件，材质均为q235b。其中以2件支撑组合成1榀门架6，作为下弦杆旋转提升用的门架结构；门架上下两端分别设置门架上h钢平台62和门架下转换平台63。(图3)

(4)采用钢管φ140×8为立杆，钢管φ70×6为腹杆，加工成中心距0.8m×0.8m的格构式组合型的第二支撑9共计9件，材质均为q235b，作为下弦杆安装分段拼装用的支撑9；支撑上下两端分别设置拼装支撑上h钢平台91和拼装支撑下h钢平台93。(图3)

(5)安装下弦分段拼装用第二支撑9，设置上部拼装胎架94，依次将下弦拼装分段11吊上胎架进行拼装，根据步骤(2)中的三维坐标控制下弦杆安装分段的空间位置的三维尺寸和各节点、端头对接接口中心等控制点；在下弦杆下端与边立柱下段21的牛腿结构连接处安装旋转铰节点10。(图6)

(6)下弦杆安装分段焊接成整体，并经检验合格。

(7)安装旋转提升用的门架结构6、在门架6顶端和下弦杆的接近跨中位置分别设置锚具7和提升节点板8，锚具7和提升节点板8之间通过钢绞线75互连，拉设缆风绳64，并检查合格。(图6)

(8)开始旋转提升，首先提升右侧的弧形分段，待右侧的弧形分段提升到位后，复测并固定；然后提升左侧的弧形分段至到位并固定。(图7)

(9)安装下弦杆中间嵌补段16。(图8)

(10)先焊接中间嵌补段16与两安装分段间的焊缝，然后焊接一侧下弦杆1与边立柱下段21的牛腿结构间的焊缝，最后焊接另一侧下弦杆1与边立柱上段21的牛腿结构间的焊缝；两侧焊缝不能同时焊接；

(11)从两侧往中间依次安装竖向腹杆3、斜支撑5、上弦杆4等，直到安装完成。(图9)

(12)焊接并检验合格后，拆除第二支撑9、门架6、旋转铰节点10等临时工装。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。