一种膜-不锈钢-铝合金-拉索组合结构的制作方法

1.本发明属于建筑工程技术领域，尤其涉及一种膜-不锈钢-铝合金-拉索组合结构。


背景技术：

2.随着建筑结构的多样化和异型化，工程材料，工程技术，工程应用等都有创新机会，因此行成了对屋面结构应用创新的需求。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种膜-不锈钢-铝合金-拉索组合结构，包括组合柱与屋面结构，屋面结构设置于组合柱的上方形成组合结构，其特征在于，所述组合柱包括边拱、立柱和铸钢件，立柱通过预埋的锚栓竖直固定于平整地面上，边拱和铸钢件固定连接于立柱上形成组合柱；屋面结构包括球面杆、屋面节点、拉索7与膜结构3，球面杆与拉索7通过屋面节点连接到一起形成球壳结构，膜结构3覆盖于球壳结构形成屋面结构，其中，屋面节点包括节点盖1和节点主体2，节点盖1通过螺栓与节点主体2固定连接，节点盖1通过螺栓将膜结构3夹紧；节点主体2上设置有耳板4，耳板4上设有承接球面杆的插槽5，球面杆的插头处与耳板4的插槽5对接并通过螺钉固紧，形成便捷的装配式组装。
4.优选的，球面杆为铝合金杆件，边拱、立柱、铸钢件、屋面节点与拉索7均由不锈钢制作而成；膜结构3为幕墙、玻璃、铝板或者etfe膜。
5.优选的，节点主体2开设有拉索孔6，拉索7通过拉索孔6连接到节点主体2上，使屋面节点受力合理并增加屋面节点的承载力。
6.优选的，节点主体2的内部为空心构造，节点主体2上开设有电线孔8，以便于电线布置于节点主体2的空心空间中。
7.优选的，节点主体2、铝合金杆件与耳板4之间通过六角螺钉9固接，其中，节点主体2与耳板4之间通过六角螺钉9锁紧，铝合金杆件通过六角螺钉9固定连接到耳板4上。
8.优选的，幕墙的板块之间放置膜材料气枕10以防止幕墙的板块之间直接的碰撞和摩擦，膜材料气枕10为etfe膜。
9.优选的，边拱上设置有横向稳定索与纵向稳定索以对边拱端头张拉，张拉预应力20kn。
10.优选的，将所述节点盖1替换为万向调节机构，所述万向调节机构包括支撑螺杆11、下盖板12、紧定螺钉15、拉杆连接球头13与上盖板14，支撑螺杆11通过螺纹与下盖板12连接，上盖板14与下盖板12形成环形滑槽，拉杆连接球头13的球头端在环形滑槽中水平滑动，上盖板14通过螺纹与下盖板12进行连接，拉杆连接球头13调整角度之前先进行预紧，就位后拧紧上盖板14，保证紧密配合；支撑螺杆11通过螺纹与下盖板12进行固定，通过支撑螺杆11在下盖板12内部进行旋转进行竖直方向的高度调节；拉杆连接球头13放置到环形槽内，上盖板14紧固之前，拉杆连接球头13的球头端自由滑动和上下转动，从而实现水平角度
和垂直方向角度调节。
11.优选的，上盖板14与下盖板12就位以后，防止后续使用过程中出现松动，通过紧定螺钉15与支撑螺杆11进行连接，增加此调节机构安全系数。
12.优选的，支撑螺杆11在下盖板12内部的高度调节范围为
±
10mm；拉杆连接球头13的水平调节角度范围为
±
30
°
，竖直方向调节角度范围为
±
12
°
。
13.与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
14.1)本发明中，屋面结构采用铝合金杆件搭配不锈钢节点的组合，通过使用两种耐用、耐腐、可持续使用的材料达到节省保养费用和防腐涂料费用的开支，可持续使用材料的使用一方面达到了环保要求，另一方面在回收方面也可以节省支出，同时两种材料都具有良好的可塑性，在整体节点和杆件的样式变化上也拥有更多的选择空间，可以满足于多种多样的建筑样式需求；
15.2)本发明中，将铝合金杆件、拉索及膜结构相结合形成由膜结构表皮覆盖不锈钢节点和铝合金杆件最后由拉索张拉的屋面结构，克服了单层etfe膜结构在屋面荷载作用下的下挠的缺陷；
16.3)本发明中，节点的整体特点在于拉索的配置也保证了节点作为屋面的承载力，加强屋面结构的整体稳定性和结构抗侧力，各结构件装配式的组装方式也缩短了工期减少了人员成本，同时，铝合金杆件的应用也减少了整体结构的自重。
附图说明
17.图1为本发明的整体结构示意图；
18.图2为本发明中屋面节点的结构示意图之一；
19.图3为本发明中屋面节点的结构示意图之二；
20.图4为本发明中屋面节点的结构示意图之三；
21.图5为本发明中屋面节点的结构示意图之四；
22.图6为本发明中万向调节机构的结构示意图之一；
23.图7为本发明中万向调节机构的结构示意图之二。
24.图中附图标记为：
25.1-节点盖，2-节点主体，3-膜结构，4-耳板，5-插槽，6-拉索孔，7-拉索，8-电线孔，9-六角螺钉，10-膜材料气枕，11-支撑螺杆，12-下盖板，13-拉杆连接球头，14-上盖板，15-紧定螺钉。
具体实施方式
26.为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释
本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.在本发明的一个宽泛实施例中，提供一种膜-不锈钢-铝合金-拉索组合结构，包括组合柱与屋面结构，屋面结构设置于组合柱的上方形成组合结构，其特征在于，所述组合柱包括边拱、立柱和铸钢件，立柱通过预埋的锚栓竖直固定于平整地面上，边拱和铸钢件固定连接于立柱上形成组合柱；屋面结构包括球面杆、屋面节点、拉索与膜结构，球面杆与拉索通过屋面节点连接到一起形成球壳结构，膜结构覆盖于球壳结构形成屋面结构，其中，屋面节点包括节点盖和节点主体，节点盖通过螺栓与节点主体固定连接，节点盖通过螺栓将膜结构夹紧；节点主体上设置有耳板，耳板上设有承接球面杆的插槽，球面杆的插头处与耳板的插槽对接并通过螺钉固紧，形成便捷的装配式组装。
30.优选的，球面杆为铝合金杆件，边拱、立柱、铸钢件、屋面节点与拉索均由不锈钢制作而成；膜结构为幕墙、玻璃、铝板或者etfe膜。
31.优选的，节点主体开设有拉索孔，拉索通过拉索孔连接到节点主体上，使屋面节点受力合理并增加屋面节点的承载力。
32.优选的，节点主体的内部为空心构造，节点主体上开设有电线孔，以便于电线布置于节点主体的空心空间中。
33.优选的，节点主体、铝合金杆件与耳板之间通过六角螺钉固接，其中，节点主体与耳板之间通过六角螺钉锁紧，铝合金杆件通过六角螺钉固定连接到耳板上。
34.优选的，幕墙板块之间放置膜材料气枕以防止幕墙板块间直接的碰撞和摩擦，膜材料气枕为etfe膜。
35.优选的，边拱上设置有横向稳定索与纵向稳定索，以对边拱端头张拉，张拉预应力20kn。
36.优选的，将所述节点盖替换为万向调节机构，所述万向调节机构包括支撑螺杆、下盖板、拉杆连接球头与上盖板，支撑螺杆通过螺纹与下盖板连接，上盖板与下盖板形成环形滑槽，拉杆连接球头的球头端在槽中水平滑动，上盖板通过螺纹与下盖板进行连接，拉杆连接球头调整角度之前先进行预紧，就位后拧紧上盖板，保证紧密配合；支撑螺杆通过螺纹与下盖板进行固定，通过支撑螺杆在下盖板内部进行旋转进行竖直方向的高度调节；拉杆连接球头放置到上下盖板形成的环形槽内，上盖板紧固之前，球头可以自由滑动和上下转动。从而实现水平角度和垂直方向角度调节。
37.优选的，上下盖板就位以后，防止后续使用过程中出现松动，通过紧定螺钉与支撑螺杆进行连接，增加此调节机构安全系数。
38.优选的，支撑螺杆在下盖板内部的高度调节范围为
±
10mm；拉杆连接球头的水平调节角度范围为
±
30
°
，竖直方向调节角度范围为
±
12
°
。
39.下面结合附图，列举本发明的实施例，对本发明作进一步的详细说明。
40.1.工程概况
41.本优选实施例为某某厂区进行的局部景观提升。通过将新置入的组合结构打造为一坐空间装置艺术品，激活消极空间，塑造与科兴企业文化有关联的象征物和标志性。
42.组合结构为装配式不锈钢和铝合金组合空间结构，覆单层透明etfe张拉膜屋顶，该组合结构由半径为8.4m的球面拱(球心标高
±
0.000)构成，并由投影边长为10.27米的等边三角形组成，整体东西长约56米，南北长约57米。
43.组合结构西侧部分落在下沉庭院室外地坪(-4.150标高)，东侧部分落在首层地面室外地坪(-1.870标高)。在下沉庭院区域，组合结构高度为12.55米(结构中心线最高点计至下沉庭院室外地坪-4.150m)，在东侧首层地面区域，组合结构高度为10.27米(结构中心线最高点计至首层室外地坪-1.870m)。棚架的总投影面积约1019平方米。
44.2.重难点
45.施工场地狭窄，地形条件复杂，施工场地毗邻运营中建筑物，施工组织难度大。
46.应对措施：
47.我司将针对场地工况，制定合理的施工方案，组织能力强的管理班子，对厂区施工进行合理规划，组织材料进场及施工，并对施工区域封闭式管理，毗邻建筑物附近做好防护。
48.重难点2：
49.不锈钢、铝合金结构为新型结构体系，施工工艺复杂，安装精度要求高。
50.应对措施：
51.深化研究不锈钢、铝结构加工制作及安装施工工艺，指定切实可行的技术路线，结合三维建模。采用全数控加工技术加工结构构件，保证构件加工精度，并在施工过程中全程监控测量，投入精密测量仪器设备及熟练测量人员，确保施工安装精度。
52.重难点3：
53.施工工期非常短，同时项目质量要求高，工期与质量保证冲突。
54.应对措施：
55.细化材料采购、加工制作与现场安装计划，保证前后衔接；
56.坚持
″
安全质量优先
″
的施工理念，做好各道工序控制，确保在赶工阶段仍然能够保证品质
57.3.总体施工流程
58.第一步：对锚栓进行测点预埋。
59.预埋锚栓采用材质为q355c的m16锚栓，长度550。整体预埋措施采用双向角钢对锚栓下部进行定位，并与下部钢筋相连，上部设置定位板，来控制锚栓整体方向。整体锚固流程如下：
60.将锚栓与定位板穿好，根据定位板控制标高及锚栓锚固长度，将螺帽卡紧，并在定位板面板上做好测控标记，准备预埋；
61.根据定位板测量坐标数据，采用全站仪测点放样，控制定位板标高、位置及朝向，在下部穿入定位角钢，与钢筋连接，等待混凝土浇筑。
62.第二步：对立柱进行吊装，并校正垂直度。
63.不锈钢结构柱吊装应在下部基础混凝土首次浇筑完成后进行。
64.混凝土浇筑养护完毕后，将定位板取下，检查锚栓位置是否正确。如检查无误，则可以进行不锈钢结构柱吊装。如存在问题，则应对锚栓进行校正，校正后进行柱子吊装。
65.不锈钢结构柱吊装采用25t、50t汽车吊进行吊装，配合1t吊装带进行吊装(最重柱子重量约800kg，满足吊装需求)。
66.不锈钢结构柱吊装就位后，对准预埋螺栓，待机电预留管线穿好后，缓缓搁置在预埋螺栓上，通过全站仪监控柱子垂直度，调节下部螺栓确保柱子垂直度误差不大于4mm，同
时复核柱头耳板方向，保证后续铸钢件定位准确。
67.柱子定位完成后，采用高强灌浆料将柱底填平养护。
68.第三步：脚手架搭设，不锈钢铸钢件吊装焊接。不锈钢铸钢件最重的为上部铸钢件，含索具重量600kg，汽车吊作业工况同立柱吊装，满足吊装要求。
69.铸钢件吊装就位点对应柱子吊装就位点相同，铸钢件重量约500kg，均满足吊装工况，因此从机械站位点及机械配型方面与柱吊装相同。
70.铸钢件缓缓下落就位后，应对准螺栓孔，连接好柱头耳板，进行焊接作业。
71.焊接方法采用fcaw，焊材配er2209不锈钢药芯焊丝。
72.焊前用不锈钢专用砂轮片打磨坡口及坡口两侧各30mm范围，并用丙酮清洗，以去除氧化膜、油污、杂质等。控制焊接电流范围240～270a，电弧电压24～26v，焊接速度20～23cm/min，填充和盖面采用多层多道焊接，层间/道间温度不超过100℃。焊后对焊缝进行整体打磨，并做漆面处理。
73.第四步：边拱吊装就位，焊接。
74.边拱采用25t、50t汽车吊配合吊装。
75.边拱吊装采用吊装带配合手拉葫芦进行吊装作业。应控制吊装带、手拉葫芦的水平夹角不超过45
°
。单根边拱最大重量0.6t，按单根最不利承载力按0.88t取值。采用1t吊带配合1t葫芦进行角度调节。
76.边拱起吊后，吊运至吊装范围附近，工人拉住缆风绳控制边拱角度，防止与周围建筑及构筑物碰撞。
77.缓慢就位后，先将下部杆件端头对准，串好一颗螺栓，并调整葫芦控制边拱倾角，直至两端就位后，串紧定位板螺栓，进行焊接作业。焊接工艺同铸钢件焊接工艺相同。焊接完成后，通过等离子切割机将定位板取下，并通过砂轮将不锈钢焊缝及定位板切割处打磨平整。
78.整体不锈钢边拱安装完成后，将不锈钢斜撑杆焊接安装。
79.第五步：整体铝合金-不锈钢结构安装、焊接、表面处理。并进行拉索7安装，拉力达到设计值，对焊缝进行打磨、表面处理。
80.铝合金-不锈钢结构主要采用散装方式进行安装作业。由下部盘扣式满堂脚手架提供施工操作平台，对铝合金-不锈钢结构进行安装施工作业。
81.由于上部构件通过焊接及螺栓群连接，当上部结构与边拱连接后，具备一定受力刚度，脚手架主要起定位控制作用，不起主要受力作用。
82.铝合金-不锈钢结构安装，优先安装中心部位六边形，采用全站仪监控定位，在架体上部组装。定位完成后，通过钢管将杆件夹紧避免位移，向周围边拱连接铝合金杆件。
83.下部支撑采用钢管，通过扣件扣接在下部横杆上，上部设置顶托，顶托与节点、杆件之间垫好木方或棉布，防止划伤构件表面。
84.六边形定位组装完成后，将六边端头向边拱焊接连接，连接完成后，整体网壳定位初步完成，将剩余杆件补齐。
85.西侧球形拱采用由下至上的方式进行安装。局部临时节点采用脚手架进行支撑，并通过全站仪对节点支腿坐标进行测量监控控制杆件朝向。
86.脚手架向上搭设，搭设后通过同上部结构支撑相同，通过钢管结合扣件形式对上
部节点进行临时支撑，并通过立杆侧扣钢管对杆件倾向进行夹紧固定，便于焊接。
87.第六步：索结构安装
88.索结构采用d20、d12，主要为拱梁端头张拉，分为横向稳定索及纵向稳定索，张拉预应力20kn。
89.现场采用3+1张拉法，即50％、85％、100％、100％四次张拉工艺，最后一遍是对第三遍的重复，缩小索力误差。本结构拉锁的张拉会导致前面的拉锁拉力增大，分级张拉是为了让结构逐步进入受力状态。因此，张拉过程采用多次重复张拉的方式直到每根索的拉力达到理论值。和理论值进行比较，误差控制在5％范围内，由于结构拉力较小，以柱悬臂受力来看，仅造成不到5mm挠度变形，上部网壳体系构成后变形会更小，满足网壳施工挠度变形允许值。
90.先对拉索7初步进行安装，采用绑带或手拉葫芦对水平索间进行临时固定，尽可能保证拉索7平直，临时固定连接，并穿好纵向索。纵向索连接完成后，可将临时固定措施撤除。
91.拉索7张拉前，在拉索7上安装张拉力测试仪，准备好预应力张拉器，进行逐级张拉。张拉过程保持全程监控并调整端头连接锚具，实时校核张拉应力值并与预定的拉力设计值进行比对，确保拉索7应力应变正常。逐级张拉过程，也应当进行外观检查。检验合格后，拆除张拉器，完拉索7施工。
92.第7步，膜结构3安装
93.位于整体铝合金结构上部，采用250μmetfe无色透明膜，内部设置拉索7，与结构连接。
94.膜结构3现场施工工序为：
95.材料进场验收
→
入保温库房
→
etfe膜分区吊装
→
etfe膜张拉
→
收尾工作
96.现场膜结构3施工前，应将展膜地面杂物清理干净，避免存在锐角硬物突出地面的钢筋头、管头等，并将地面污染物清洗干净。
97.场地处理完成后，将保护膜敷设在需展开膜单元的位置，对膜材进行展开检查，确保即将安装的膜无损伤。检查无误后，按照安装位置，将膜材吊运至安装区域，边对边、角对角展开就位。
98.最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。