專利名稱：超高層異型結構鋼結構桁架施工方法
技術領域：
本發明涉及一種桁架施工方法，尤指一種超高層異型結構鋼結構桁架施工方法。
背景技術：
目前，國內的超高層建筑方興未艾，鋼結構以其強度高、剛度大、施工周期短以及抗震能力強的諸多優勢被人們廣泛地應用在了超高層建筑中，各類鋼結構施工技術也呈蓬勃發展趨勢。但是在超高層的環境下，鋼結構的安裝也同時面臨著眾多挑戰，一般情況下，構件堆放場地狹隘及構件繁多的沖突、塔吊性能偏低與重型構件的沖突以及高空作業與環境惡劣的沖突等等因素都時刻影響著鋼結構安裝和工程整體的進度，而超高層屋頂異型結構的鋼桁架施工除了受上述因素影響之外還存在屋頂施工工作面小、異型結構定位困難、精準定位難度大、重型結構吊裝危險性高等難點。如何科學、有序、經濟、合理地組織施工將對工 程整體質量、進度及成本的有效控制起到關鍵性的作用。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，而提供一種超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，實現了一種成功解決屋頂施工工作面小、異型結構定位困難、精準定位難度大、重型結構吊裝危險性高等難點的超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，具有施工質量可靠性強，生產率高，施工進度快，經濟與社會效益強的特點。實現上述目的的技術方案是本發明的一種超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，包括以下步驟建立桁架的三維立體仿真模型；深化設計桁架鋼結構；制作所述桁架的各構件；地面預拼裝；高空整拼。上述建立桁架的三維立體仿真模型步驟包括根據施工要求建立整體模型的點坐標并形成線模型；利用所述線模型配合施工要求形成初步立體模型；對所述初步立體模型的每個節點單獨細化；將節點細化后的所述初步立體模型疊放于主樓層屋面層結構圖并對齊原點，形成三維立體仿真模型。上述深化設計桁架鋼結構步驟包括將桁架結構劃分為復數個單榀桁架，所述單榀桁架包括主榀桁架和次榀桁架,并利用所述三維立體仿真模型設定所述單榀桁架的結構；根據桿件重量數據，對所述單榀桁架中相鄰桿件進行合理組合形成復數個構件，并將所述單榀桁架劃分為復數個組件，形成單榀桁架的三維立體模型；仿真模擬土建與鋼結構交叉施工處，確認土建與鋼結構的交叉位置，定位預埋件的鋼筋預留孔開孔位置及尺寸。 上述地面預拼裝步驟包括胎架搭設；胎架底部抄平；坐標預拼裝；擬合法復核預拼裝尺寸。
上述坐標預拼裝步驟包括建立一預拼裝坐標系，將所述單榀桁架的三維立體模型放置于所述預拼裝坐標系中；從預拼裝坐標系中獲取控制點坐標；根據所述控制點坐標，按照先主后次，先中間后兩邊的拼接順序在所述胎架上進行桿件預拼裝；連接相鄰桿件和構件并臨時連接板和構件，形成各所述組件。 上述擬合法復核預拼裝尺寸步驟進一步包括在現場建立一個隨機坐標系；在所述隨機坐標系中，使用全站儀測出各桿件控制點的三維坐標數據；利用各桿件控制點的三維坐標數據建立一擬合點模型圖，并與原三維立體仿真模型進行擬合，獲得各桿件控制點的偏差數據；當一桿件控制點偏差數據數值大于10mm，對該控制點相鄰桿件重新調整連接，并使用全站儀重新測量復測。上述安裝桁架步驟包括以從中間向兩邊的順序每兩個為一組地對稱吊裝主榀桁架，每吊裝完一組主榀桁架后，在當前吊裝的兩主榀桁架與相鄰主榀桁架之間分別吊裝一次榀桁架，再將所述次榀祐1架分別與相鄰主棍!祐1架固定連接，直至祐1架整體成形；桁架坐標復核。上述吊裝主榀桁架和次榀桁架步驟包括根據三維立體仿真模型定位桁架柱腳的安裝位置；利用三維立體仿真模型模擬桁架分段安裝過程，并獲得拼裝坐標數據；使用塔吊將各組件吊裝到位，并根據所述拼裝坐標數據對組件的實際安裝位置進行調整并將各組件點焊固定；比對點焊固定后的各組件的現場坐標和所述拼裝坐標數據，在確認偏差在合理范圍后將所述各組件之間滿焊固定。上述祐1架坐標復核包括步驟對整體桁架的關鍵控制點進行整體復核，將現場檢測坐標與拼裝坐標進行比較，偏差值超過5_時割除重新焊接。本發明由于采用了以上技術方案，使其具有以下有益效果是通過利用計算機建立三維立體仿真模型模擬現場施工，鋼結構深化設計實現了對桁架安裝進行了合理的分段。利用首層現場空地搭設胎架進行地面預拼裝，配合三維立體仿真模型的坐標數據，實現了桁架組件的結構高精確組裝，解決了屋頂施工工作面小、異型結構定位困難、精準定位難度大的問題。經擬合法復核預拼裝尺寸無誤后，對桁架組件進行高空整拼，解決了重型結構吊裝危險性高的問題的同時，也有效地控制施工質量，加快施工進度，具有施工質量可靠性強，生產率高，施工進度快，經濟與社會效益強的特點。


圖I為本發明超高層異型結構鋼結構桁架施工方法的流程圖；圖2為本發明超高層異型結構鋼結構桁架施工方法的桁架結構示意圖；圖3為本發明超高層異型結構鋼結構桁架施工方法的單榀桁架結構示意圖；圖4為本發明超高層異型結構鋼結構桁架施工方法的單榀桁架分段結構示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。請參閱圖1，本發明的一種超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，包括以下步驟首先，建立桁架的三維立體仿真模型；步驟一利用預設節點坐標列表,輸入AutoCAD中，建立整體模型的點坐標。根據側視圖和正視圖，將節點連接成線模型；步驟二 根據預設桿件截面圖結合桿件截面尺寸表，利用線模型，將各連線作為桿件的定位控制軸線，運用三維掃掠、拉伸、放樣等繪圖命令生成初步立體模型；步驟三利用線模型簡單生成的立體模型是不完整的，因未考慮到桿件與桿件的連接方式，桿件與桿件交點錯位，多根桿件交叉在在同一個地方并嵌入其他桿件內部，造成節點不清，針對節點處的連接，結合鋼結構節點做法，得出最優接連方式后，綜合利用布爾運算中的交集、差集、并集，及剖切、拖拽、抽殼對每個節點單獨細化；步驟四將細節連接深化完成后的立體模型疊放于主樓層屋面層結構圖上，將模型原點與平面圖原點對齊，以便后續施工利用仿真模型讀取坐標用于現場定位安裝，形成三維立體仿真模型。然后，深化設計桁架鋼結構；請參閱圖2，將桁架I結構劃分為復數個單榀桁架10，單榀桁架10包括主榀桁架101和次榀桁架102，并利用三維立體仿真模型設定單榀桁架10的結構；以主桿件為主，大桿件、支撐及附帶的小桿件組合成單榀桁架10，將整體桁架拆分成7榀，其中4主榀桁架101，3次榀桁架102 ;每榀桁架10單獨預拼裝，每榀桁架10中間的短橫桿現場可調節的空間較大，可不進行整體預拼裝，在整體安裝時再安裝，運用該思想解決預拼裝區域不足問題。請參閱圖3、圖4，根據桿件重量數據，對單榀桁架10中相鄰桿件進行合理組合形成復數個構件，并通過分割線104將單榀桁架10劃分為復數個組件103，形成單榀桁架10的三維立體模型；仿真模擬土建與鋼結構交叉施工處，核對土建的柱定位圖，將鋼筋生成簡單的柱狀立體模型，根據預埋件的定位圖紙，將預埋件與土建的鋼筋模型相重合，從而確認具體的交叉位置，定位預埋件的鋼筋預留孔開孔位置及尺寸。接著，制作桁架的各構件；再接著，地面預拼裝，包括步驟I、胎架搭設；現場使用28a#工字鋼搭設胎架。胎架尺寸為12000X 16000mm。主受力構件為28a工字鋼，間距1500mm，中間采用A48X3. 5鋼管連接，間距1500mm，鋼管與工字鋼焊接連接，使整個胎架構成整體。2、胎架底部抄平；胎架底部根據底標高高差的不同，采用兩種方式抄平。底標高相差不大的位置，使用IOmm或20mm高的鋼板做墊板將標高調整到位。標高相差較大的位置，測量具體的尺寸，直接使用28a工字鋼墊平。3、坐標預拼裝； (I)以現場預拼裝施工方便、定位精準為前提，建立一預拼裝坐標系，將單榀桁架的三維立體模型放置于預拼裝坐標系中，以主桿件頂端為原點，沿主桿件中線為X軸，垂直主桿件為Y軸，垂直胎架平面向上為Z軸。(2)從預拼裝坐標系中獲取控制點坐標；(3)根據控制點坐標，按照先主后次，先中間后兩邊的拼接順序在胎架上進行桿件預拼裝；(4)連接相鄰桿件和構件并臨時連接板和構件，形成各組件103。鋼結構深化時已將每榀桁架10合理分段，為了現場安裝的吊裝施工方便和定位準確，局部小桿件與主桿件滿焊，大桿件分成幾個構件，構件之間點焊固定，并預先做好臨時連接板。4、擬合法復核預拼裝尺寸。(I)在現場建立一個隨機坐標系，即任取地上的一個點作為坐標原點，任一個方向的一條直線為X軸，地面豎直向上為Z軸；(2)在隨機坐標系中，使用全站儀測出各桿件控制點的三維坐標數據；(3)利用各桿件控制點的三維坐標數據建立一擬合點模型圖，并與原三維立體仿真模型進行擬合，獲得各桿件控制點的偏差數據；記錄好收集到的各桿件控制點的數據，主要需要以下的數據桿件圓心點、桿件切分點。測量完全部桿件的控制點坐標后，將坐標輸入CAD中，可以建立一個擬合點模型圖。將擬合點模型圖與原三維模型進行擬合，使最多的點與原模型重合或在最近距離范圍內。理論上，點模型與圓模型可以完全重合，每個輸入點都與原模型的控制點重合。因為施工誤差，點與原模型控制點不在同一坐標，兩點的距離就是現場預拼裝的施工誤差。(4)針對擬合法復核尺寸偏差后的三種情況做如下處理桿件控制點偏差數據數值在5mm內，拼裝合格,無須整改。桿件控制點偏差數據數值大于5mm小于IOmm的，為尺寸微偏差。著重注意,該偏差尚可在現場安裝中進行局部微調，故亦無須整改。桿件控制點偏差數據數值大于IOmm的，對該控制點相鄰桿件重新調整連接，并使用全站儀重新測量復測，合格后方可滿焊用于現場安裝。 最后，聞空整拼。請參閱圖2，以從中間向兩邊的順序每兩個為一組地對稱吊裝主榀桁架101，每吊裝完一組主榀桁架101后，在當前吊裝的兩主榀桁架101與相鄰主榀桁架101之間分別吊裝一次榀桁架102，再將次榀桁架102分別與相鄰主榀桁架101固定連接，直至桁架I整體成形；即先安裝內側的一組主榀桁架101，然后暫時用攬風繩固定住，然后立即開始安裝吊裝最中間的次榀桁架102，吊裝到位后，立即將已安裝好的三個單榀桁架10連成整體，拆去攬風繩；接著安裝外側的兩主棍!祐1架101,為最大的單棍!祐1架。最后安裝另外兩個次棍!祐1架102。這次榀桁架102亦為小桿件構成的桁架，一步安裝到位。最后將全部橫桿件吊裝到位,形成一個完整的整體。桁架I坐標復核；對整體桁架I的關鍵控制點進行整體復核，將現場檢測坐標與拼裝坐標進行比較，偏差值超過5_時割除重新焊接。另外，吊裝主榀桁架和次榀桁架時 首先根據三維立體仿真模型定位桁架柱腳的安裝位置；然后利用三維立體仿真模型模擬桁架分段安裝過程，并獲得拼裝坐標數據；根據已經明確的分段要求，將模型分解成不同的分段，模擬每個分段的拼裝情況，事先電腦模擬，找出高空整拼需要的數據及相應的準備；再根據三維坐標對構件的實際安裝位置進行調整。在兩個構件的連接處進行微調，分別在兩個構件接口處焊接調節板，將千斤頂嵌入調節板中間，配合撬棍，將構件調整到位?？紤]到高空操作，風荷載很大，使用手拉葫蘆和鋼絲繩做纜風繩使用。將構件調整到位后，點焊進行固定；最后，比對點焊固定后的各組件的現場坐標和拼裝坐標數據，在確認偏差在合理范圍后將各組件之間滿焊固定?，F場主要采用管相貫C02焊，焊絲為E501T-1，直徑Φ1. 2mm。焊接要求I)焊接前應對焊縫坡口區域進行徹底打磨，去除油污、鐵銹、氧化皮等雜物直至露出金屬光澤。2)焊前、焊后均不得對試板進行預熱、后熱、錘擊、熱處理。3)焊接過程中不得對層間和表面焊縫進行打磨和修補，但焊后應清除焊渣、飛濺
坐寸ο4)焊接工藝參數詳見焊接工藝指導書?？刹捎霉芟嘭灪冈嚰臋z驗焊縫外觀檢查用5倍放大鏡目測，表面質量合格后方可進行其它項目的檢驗，其表面質量應符合下列要求I)試件焊縫表面無裂紋、未焊滿、未熔合、氣孔、夾渣、焊瘤等缺陷。2)焊縫邊緣應圓滑過渡到母材；焊縫表面咬邊和表面凹陷深度不應大于O. 5mm,咬邊總長應不大于焊縫全長的5 %，且不大于12mm。也可采用超聲波探傷超聲波探傷應符合《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》(JG/T203-2007)規定的要求(見圖5. 3. 3_2焊工考試檢測、圖5. 3. 3_3現場實體檢測)。
試件經UT檢測后，每件試件均應在趾部區、側部區、及跟部區各取一宏觀酸蝕試樣。試驗應符合國家現行標準《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法》(GB-226)的規定；試樣的尺寸應符合標準要求。經宏觀酸蝕試驗，試樣接頭及熱影響區表面不應有肉眼可見的裂紋、未熔合等缺陷。通過利用計算機建立三維立體仿真模型模擬現場施工，鋼結構深化設計實現了對桁架安裝進行了合理的分段。利用首層現場空地搭設胎架進行地面預拼裝，配合三維立體仿真模型的坐標數據，實現了桁架組件的結構高精確組裝，解決了屋頂施工工作面小、異型結構定位困難、精準定位難度大的問題。經擬合法復核預拼裝尺寸無誤后，對桁架組件進行高空整拼，解決了重型結構吊裝危險性高的問題的同時，也有效地控制施工質量，加快施工進度，具有施工質量可靠性強，生產率高，施工進度快，經濟與社會效益強的特點。以上結合附圖實施例對本發明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上 述說明對本發明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本發明的限定，本發明將以所附權利要求書界定的范圍作為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，其特征在于，包括以下步驟 建立桁架的三維立體仿真模型； 深化設計桁架鋼結構； 制作所述桁架的各構件； 地面預拼裝； 高空整拼。
2.如權利要求I所述超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，其特征在于所述建立桁架的三維立體仿真模型步驟包括 根據施工要求建立整體模型的點坐標并形成線模型； 利用所述線模型配合施工要求形成初步立體模型； 對所述初步立體模型的每個節點單獨細化； 將節點細化后的所述初步立體模型疊放于主樓層屋面層結構圖并對齊原點，形成三維立體仿真模型。
3.如權利要求I所述超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，其特征在于所述深化設計桁架鋼結構步驟包括 將桁架結構劃分為復數個單榀桁架，所述單榀桁架包括主榀桁架和次榀桁架，并利用所述三維立體仿真模型設定所述單榀桁架的結構； 根據桿件重量數據，對所述單榀桁架中相鄰桿件進行合理組合形成復數個構件，并將所述單榀桁架劃分為復數個組件，形成單榀桁架的三維立體模型； 仿真模擬土建與鋼結構交叉施工處，確認土建與鋼結構的交叉位置，定位預埋件的鋼筋預留孔開孔位置及尺寸。
4.如權利要求I所述超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，其特征在于所述地面預拼裝步驟包括 胎架搭設； 胎架底部抄平； 坐標預拼裝； 擬合法復核預拼裝尺寸。
5.如權利要求4所述超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，其特征在于所述坐標預拼裝步驟包括 建立一預拼裝坐標系，將所述單榀桁架的三維立體模型放置于所述預拼裝坐標系中； 從預拼裝坐標系中獲取控制點坐標； 根據所述控制點坐標，按照先主后次，先中間后兩邊的拼接順序在所述胎架上進行桿件預拼裝； 連接相鄰桿件和構件并臨時連接板和構件，形成各所述組件。
6.如權利要求4所述超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，其特征在于所述擬合法復核預拼裝尺寸步驟進一步包括 在現場建立一個隨機坐標系； 在所述隨機坐標系中，使用全站儀測出各桿件控制點的三維坐標數據； 利用各桿件控制點的三維坐標數據建立一擬合點模型圖，并與原三維立體仿真模型進行擬合，獲得各桿件控制點的偏差數據； 當一桿件控制點偏差數據數值大于10mm，對該控制點相鄰桿件重新調整連接，并使用全站儀重新測量復測。
7.如權利要求I所述超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，其特征在于所述高空整拼步驟包括 以從中間向兩邊的順序每兩個為一組地對稱吊裝主榀桁架，每吊裝完一組主榀桁架后，在當前吊裝的兩主榀桁架與相鄰主榀桁架之間分別吊裝一次榀桁架，再將所述次榀桁架分別與相鄰主榀桁架固定連接，直至桁架整體成形； 桁架坐標復核。
8.如權利要求7所述超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，其特征在于所述吊裝主榀桁架和次榀桁架步驟包括 根據三維立體仿真模型定位桁架柱腳的安裝位置； 利用三維立體仿真模型模擬桁架分段安裝過程，并獲得拼裝坐標數據； 使用塔吊將各組件吊裝到位，并根據所述拼裝坐標數據對組件的實際安裝位置進行調整并將各組件點焊固定； 比對點焊固定后的各組件的現場坐標和所述拼裝坐標數據，在確認偏差在合理范圍后將所述各組件之間滿焊固定。
9.如權利要求7所述超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，其特征在于所述桁架坐標復核包括步驟 對整體桁架的關鍵控制點進行整體復核，將現場檢測坐標與拼裝坐標進行比較，偏差值超過5_時割除重新焊接。
全文摘要
本發明公開了一種超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，包括以下步驟建立桁架的三維立體仿真模型；深化設計桁架鋼結構；制作所述桁架的各構件；地面預拼裝；高空整拼。由于采用了本發明的一種超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，實現了一種成功解決屋頂施工工作面小、異型結構定位困難、精準定位難度大、重型結構吊裝危險性高等難點的超高層異型結構鋼結構桁架施工方法，具有施工質量可靠性強，生產率高，施工進度快，經濟與社會效益強的特點。
文檔編號E04B1/19GK102839747SQ20121035914
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者黃波, 周方華, 姜濱厚, 盧育坤, 吳洪章, 郭青松 申請人:中國建筑第八工程局有限公司