CN114837483B - 一种高低跨门式钢架建筑结构及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高低跨门式钢架建筑结构及其施工工艺，涉及建筑工程技术领域，该钢架建筑结构包括竖墙、树状支撑柱、屋脊环梁、屋面倾斜径向主杆和屋顶径向主杆，屋面倾斜径向主杆和屋顶径向主杆分别分布在屋脊环梁的两侧，屋面倾斜径向主杆的上端以及屋顶径向主杆的一端均连接在屋脊环梁上；树状支撑柱位于屋脊环梁以及屋面倾斜径向主杆的下方，树状支撑柱的上端与屋脊环梁和/或屋面倾斜径向主杆相连接；屋面倾斜径向主杆的下端连接在竖墙上；相邻两个屋面倾斜径向主杆之间还连接有水平支杆。本申请还提供该钢架建筑结构的施工工艺。本申请具装配定位精度高、建筑施工成本低等优点。

Description

一种高低跨门式钢架建筑结构及其施工工艺

技术领域

本申请涉及大型公共建筑技术领域，尤其是涉及一种高低跨门式钢架建筑结构及其施工工艺。

背景技术

随着经济技术的发展以及国家对绿色建筑的推广，钢架建筑结构作为装配式建筑，在绿色建筑方面有着得天独厚的优势。近几年钢架建筑结构发展迅猛，成为许多厂房，影剧院，体育馆等建筑的首选，尤其是在大跨度结构及不规则空间结构当中，钢架建筑结构因其可塑性高，形状塑造能力强，施工速度快，逐渐成为结构设计当中的主流选择。

随着时代的发展，人们对建筑造型有着越来越多的要求，现有的平面屋面已经无法满足建筑设计的要求，因而在现有设计中斜屋面或曲屋面设计占据越来越高的比例。而现在的曲屋面设计中，往往存在着结构设计无法完美满足建筑设计的要求、空间不规则曲面构件加工难度大、加工成本高、精度无法满足的问题；而钢构件加工、安装精度又对钢结构最终成型外观和受力工况影响较大。

目前，大跨度的单体公共建筑如体育训练馆、展览馆、大型娱乐场等，其短边跨度大部分为30m～42m之间，绝大部分均为轻钢屋盖的单层建筑，这对节约土地极为不利，而且采用常规的预应力混凝土框架结构，会导致“肥梁胖柱”现象，同时还存在混凝土现场浇制施工进度慢、施工文明程度难以提高的问题，最终导致造价增加，达不到“节能减排与低碳经济”的要求。

发明内容

本申请的目的是提供一种高低跨门式钢架建筑结构及其施工工艺，解决大跨度的钢架建筑结构存在的施工成本高以及装配难度大的问题。

第一方面，本申请提供的一种高低跨门式钢架建筑结构采用如下的技术方案：

一种高低跨门式钢架建筑结构，包括竖墙、屋脊环梁、若干个树状支撑柱、若干个屋面倾斜径向主杆和若干个屋顶径向主杆，所述屋面倾斜径向主杆和屋顶径向主杆分别分布在所述屋脊环梁的两侧，所述屋面倾斜径向主杆的上端以及所述屋顶径向主杆的一端均连接在所述屋脊环梁上；所述树状支撑柱位于所述屋脊环梁以及屋面倾斜径向主杆的下方，所述树状支撑柱的上端与所述屋脊环梁和/或屋面倾斜径向主杆相连接；所述屋面倾斜径向主杆的下端连接在所述竖墙上；相邻两个屋面倾斜径向主杆之间还连接有水平支杆。

本高低跨门式钢架建筑结构配合混凝土结构安装使用，混凝土结构采用层层退台设计，屋脊环梁、屋顶径向主杆、屋面倾斜径向主杆以及水平支杆形成单层不规则的钢网格结构，该钢网格结构上可包裹幕墙围护结构，例如安装玻璃幕墙或金属幕墙等。通过采用上述技术方案，使得高低跨门式钢架建筑结构室内形成通高大空间，满足使用功能的需求；最终安装的幕墙围护结构的承力结构为屋脊环梁、屋顶径向主杆、屋面倾斜径向主杆以及水平支杆形成的钢网格结构，该钢网格结构的一端由树状支撑柱支撑于混凝土结构屋面，另一端由竖墙支撑。本申请中的钢架建筑结构适用于大空间、整体性要求高、同时兼具高低跨与轻薄的结构体系，其轻巧的结构形式比桁架结构杆件布置更简单；通过高低端的树状支撑柱布置，可以跨越更大的空间，整体空间效果好。屋面倾斜径向主杆之间通过水平支杆连接后形成一个整体结构，其抗震性更优越；整个建筑结构设计中使用的钢构件数量较少，组装较为简单，施工工期短，降低了建筑成本。

可选的，所述竖墙和树状支撑柱均为钢结构制成；所述屋顶径向主杆的下方也设置有树状支撑柱，所述屋顶径向主杆与对应的树状支撑柱的上端相连接；相邻两个所述屋顶径向主杆之间也连接有水平支杆。

通过采用上述技术方案，可以将屋顶径向主杆的长度尺寸做的更大，从而延伸单体建筑水平向的空间区域，增大建筑面积和空间容积，同时，可以通过屋顶径向主杆对屋脊环梁产生一个水平拉力，与屋面倾斜径向主杆对屋脊环梁产生的侧应力相平衡，减少屋面倾斜径向主杆对竖墙产生的水平压力，提高整体结构的稳定可靠性。

可选的，所述竖墙包括若干个竖向设置的门钢柱；所有所述门钢柱间隔设置，相邻的两个所述门钢柱的上端之间通过连接钢杆相固连，所述门钢柱的下端通过固定铰支座或弹性铰支座固连在混凝土地面上。

通过采用上述技术方案，竖墙采用间隔设置的门钢柱能保证整体视觉效果；通过设置连接钢杆能够保证竖墙的稳定可靠性。

可选的，若干所述树状支撑柱的下端分别通过滑动铰支座或弹性铰支座或固定铰支座固连在高层混凝土地面上于不同标高的楼层上；所述树状支撑柱的上端采用销轴节点与所述屋脊环梁以及屋面倾斜径向主杆相连接。

通过采用上述技术方案，选择合适的支座，对主体结构影响可控，不会产生更多的附加应力。作为优选方案，树状支撑柱的下端通过滑动铰支座固连在高层混凝土地面上。整个钢网格结构跨层设置；本申请中的树状支撑柱能够承受竖向力与水平力的需求，同时兼顾轻薄的效果，树状支撑柱与竖墙配合，两者与屋脊环梁以及屋面倾斜径向主杆形成多个单榀高低门式钢架建筑结构，相邻的屋面倾斜径向主杆之间通过水平支杆固连后可视为多榀高低门式钢架建筑结构，这种构件组合同时兼顾传统意义上“梁”与“柱”的受力特点：水平构件既承受弯矩又承受轴力（类似斜柱），竖向构件既承受轴力又能平衡屋脊环梁传来的弯矩；保证本钢架建筑结构形成通高大空间的同时具有足够的稳定可靠性。

可选的，所述水平支杆为圆钢管或者方钢管；所述水平支杆与所述屋面倾斜径向主杆以及所述水平支杆与屋顶径向主杆之间采用焊接固连。

通过采用上述技术方案，水平支杆能够保证屋面倾斜径向主杆之间以及屋顶径向主杆之间的协调变形，形成空间共同受力体系，从而既能承受压力又能承受拉力，提高整体的稳定度。同时水平支杆与屋面倾斜径向主杆以及屋顶径向主杆之间通过焊接连接方便施工，连接牢固，保证了力的有效传递和建筑室内效果。作为优选，焊接工艺采用全熔透剖口焊，节点及主要部位控制在一级焊缝，其余部位控制为二级焊缝。

可选的，所述门钢柱和屋脊环梁采用方钢管，所述树状支撑柱采用圆钢管。

通过采用上述技术方案，保证了主要杆件既能抵抗弯矩又能承受轴力，同时门钢柱和屋脊环梁的表面上便于贴合建筑外表皮。

第二方面，本申请提供的一种高低跨门式钢架建筑结构的施工工艺采用如下的技术方案：

一种高低跨门式钢架建筑结构的施工工艺，包括以下步骤：

S1、设置竖墙和若干个临时土工钢管支撑柱；

S2、将屋脊环梁分段安装于临时土工钢管支撑柱上；

S3、每安装一段屋脊环梁，在其两侧分别安装屋顶径向主杆和屋面倾斜径向主杆，屋顶径向主杆的一端和屋面倾斜径向主杆的一端分别固连在对应的屋脊环梁两侧的对接牛腿上，屋面倾斜径向主杆的另一端固连在竖墙上端；

S4、相邻的屋面倾斜径向主杆之间以及相邻的屋顶径向主杆之间均安装水平支杆；

S5、在屋脊环梁以及屋面倾斜径向主杆下方安装若干个树状支撑柱，树状支撑柱的上端通过销轴节点连接在对应的屋脊环梁以及对应的屋面倾斜径向主杆上；

S6、卸载临时土工钢管支撑柱。

通过采用上述技术方案，优化施工工序，用固定的临时土工钢管支撑柱替代可动的屋面斜支撑，有效解决了施工过程中结构稳定性的难题；先安装原本为次梁的屋脊环梁，为作为主梁的屋面倾斜径向主杆安装定位提供了稳定的基准，较好的保证了安装精度，使得整个钢架建筑结构的施工更加安全、高效。

可选的，在上述步骤S1之前，还需要浇筑与本高低跨门式钢架建筑结构相配合的混凝土地面和混凝土退台式楼层，在混凝土地面和混凝土退台式楼层结构浇筑施工时，预埋若干个钢埋件；在安装竖墙前，在对应的钢埋件上安装用于固连竖墙的铰支座；在安装树状支撑柱前，在对应的钢埋件上安装用于固连树状支撑柱的铰支座。

通过采用上述技术方案，实现本钢架建筑结构的快速安装固定。本技术方案中铰支座采用塔吊安装，单个铰支座最大重量约2吨，现场塔吊起重能力满足起重吊装要求；利用塔吊将铰支座吊装就位到钢埋件上，按照铰支座定位坐标，将铰支座定位确认无误后焊接铰支座与钢埋件之间的焊缝。

可选的，在上述步骤S1中，临时土工钢管支撑柱为标准构件，分为6m、5m、4m、3m、2m、1m、0.5m的标准长度，所述临时土工钢管支撑柱的下端采用六角型螺栓法兰盘节点对接在对应的钢埋件上；相邻的两个所述临时土工钢管支撑柱的上端采用连系钢梁拉接，或者每个所述临时土工钢管支撑柱的上端拉设揽风索。

通过采用上述技术方案，临时土工钢管支撑柱按照建筑设计图纸定位安装，不用现场测量切割，方便直接使用，加快了工程进度，并保证了各个临时土工钢管支撑柱长度尺寸的精准度。通过连系钢梁拉接或拉设揽风索保证了临时土工钢管支撑柱在施工过程中的稳定。进一步的，根据临时土工钢管支撑柱支撑反力的大小不同，受力较大的临时土工钢管支撑柱对应的混凝土结构下层需回顶加固。

可选的，在上述步骤S1中，所述临时土工钢管支撑柱的顶端设置负差板和限位挡板；所述屋脊环梁安装于所述负差板上且所述屋脊环梁的侧部通过安装限位挡板进行限位。

通过采用上述技术方案，保证了屋脊环梁安装的精准性和稳定性；上述限位挡板结合环梁弯曲角度进行设置。

可选的，在上述步骤S4中，水平支杆与屋面倾斜径向主杆之间以及水平支杆与屋顶径向主杆之间均通过焊接固连；所述焊接为全熔透剖口焊。

通过采用上述技术方案，既能够方便快速连接，又能够保证连接的稳定可靠性，且比较美观。

可选的，用于固连竖墙的铰支座为固定铰支座或弹性铰支座；用于固连树状支撑柱的铰支座为弹性铰支座或滑动铰支座；弹性铰支座和滑动铰支座在安装阶段临时锁死，待整个钢架建筑结构整体成型后再打开。

通过采用上述技术方案，有效防止安装过程中产生的位置变动，从而保证各个构件组装的精准可靠性。本技术方案中弹性铰支座或滑动铰支座在与对应的构件组装过程中，对铰支座的转角及位移采取限制措施，可利用临时限位钢板焊接固定，待整个钢架建筑结构组装完成后，在卸载临时土工钢管支撑柱前切除临时限位钢板，铰支座的转角、位移变形能力恢复，从而满足设计要求。

可选的，在上述步骤S1之前，通过有限元分析软件MIDAS对本钢架建筑结构整体钢结构进行仿真分析，选择计算结果中应力较大的构件作为监控对象，布置若干个监测点；监控点在构件两侧相同位置布置，监控点监测的应力变化数据无线传输至终端平台，实现24小时自动监测。

通过采用上述技术方案，保证监控数据的可靠性，从而为后续的建设施工及工程质量提供保障。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本钢架建筑结构通过高低端的树状支撑柱布置，可以跨越更大的空间，整体空间效果好，同时兼具高低跨与轻薄的结构特征。

2.本钢架建筑结构中屋面倾斜径向主杆之间以及屋顶径向主杆之间通过水平支杆连接后形成一个整体结构，其抗震性更优越。

3.本钢架建筑结构轻巧的结构形式，比桁架结构杆件布置更简单；整个建筑结构设计中使用的钢构件数量较少，组装较为简单，施工工期短，降低了建筑成本。

4.本钢架建筑结构中通过选择合适的铰支座，对主体结构影响可控，不会产生更多的附加应力。

5.本高低跨门式钢架建筑结构的施工工艺中通过优化施工工序，通过设置临时土工钢管支撑柱，先安装原本为次梁的屋脊环梁，为作为主梁的屋面倾斜径向主杆安装定位提供了稳定的基准，较好的保证了安装精度，使得整个钢架建筑结构的施工更加安全、高效。

附图说明

图1是本申请实施例1的整体结构示意图。

图2是图1中A处的局部放大示意图。

图3是本申请实施例1中竖墙与屋面倾斜径向主杆连接结构示意图。

图4是本申请实施例2中施工工艺的流程示意图。

图5是本申请实施例2中门钢柱的临时支撑结构示意图。

图6是本申请实施例2中临时土工钢管支撑柱的安装结构示意图一。

图7是本申请实施例2中临时土工钢管支撑柱的安装结构示意图。

图中，1、竖墙；1a、门钢柱；1b、连接钢杆；2、树状支撑柱；3、屋脊环梁；3a、对接牛腿；4、屋面倾斜径向主杆；5、屋顶径向主杆；6、水平支杆；7、混凝土地面；8、钢埋件；9、铰支座；10、连系钢梁；11、揽风索；12、负差板；13、限位挡板；14、临时型钢斜撑；15、临时土工钢管支撑柱。

具体实施方式

以下结合附图1-附图7，对本申请作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例公开一种高低跨门式钢架建筑结构，本高低跨门式钢架建筑结构配合混凝土结构安装使用，混凝土结构采用层层退台设计。参照图1和图2所示，本高低跨门式钢架建筑结构包括竖墙1、若干个树状支撑柱2、至少一个屋脊环梁3、若干个屋面倾斜径向主杆4以及若干个屋顶径向主杆5，屋面倾斜径向主杆4和屋顶径向主杆5分别分布在屋脊环梁3的两侧，屋脊环梁3的两侧预先设置有对接牛腿3a，屋面倾斜径向主杆4的上端通过对应的对接牛腿3a连接在屋脊环梁3的一侧，屋顶径向主杆5的一端通过对应的对接牛腿3a连接在屋脊环梁3的另一侧；树状支撑柱2位于屋脊环梁3以及屋面倾斜径向主杆4的下方，树状支撑柱2的上端与屋脊环梁3和/或屋面倾斜径向主杆4相连接；屋面倾斜径向主杆4的下端连接在竖墙1上；相邻两个屋面倾斜径向主杆4之间还连接有水平支杆6；屋顶径向主杆5的下方也设置有树状支撑柱2，屋顶径向主杆5与对应的树状支撑柱2的上端相连接；相邻两个屋顶径向主杆5之间也连接有水平支杆6。本钢架建筑结构适用于大空间、整体性要求高、同时兼具高低跨与轻薄的结构体系，其轻巧的结构形式比桁架结构杆件布置更简单；通过高低端的树状支撑柱2布置，可以跨越更大的空间，整体空间效果好。屋面倾斜径向主杆4之间通过水平支杆6连接后形成一个整体结构，其抗震性更优越；整个钢架建筑结构设计中使用的钢构件数量较少，组装较为简单，施工工期短，降低了建筑成本。

具体来说，参照图3所示，竖墙1包括若干个竖向设置的门钢柱1a；所有门钢柱1a间隔设置，相邻的两个门钢柱1a的上端之间通过连接钢杆1b相固连，门钢柱1a的下端通过固定铰支座或弹性铰支座固连在混凝土地面7上；竖墙1采用间隔设置的门钢柱1a能保证整体视觉效果；通过设置连接钢杆1b能够保证竖墙1的稳定可靠性。

本实施例中竖墙1和树状支撑柱2均为钢结构制成；门钢柱1a和屋脊环梁3采用方钢管，树状支撑柱2采用圆钢管；水平支杆6为圆钢管或者方钢管；水平支杆6与屋面倾斜径向主杆4之间以及水平支杆6与屋顶径向主杆5之间采用焊接固连。具体来说，该焊接工艺采用全熔透剖口焊，节点及主要部位控制在一级焊缝，其余部位控制为二级焊缝；水平支杆6能够保证屋面倾斜径向主杆4之间以及屋顶径向主杆5之间的协调变形，形成空间共同受力体系，从而既能承受压力又能承受拉力，提高整体的稳定度，同时通过上述焊接工艺进行连接方便施工，并能够保证连接的牢固性，从而保证了力的有效传递和建筑室内效果；上述门钢柱1a和屋脊环梁3的形状便于其表面上贴合建筑外表皮。

本实施例中树状支撑柱2分布于高层混凝土地面7上于不同标高的楼层上（混凝土退台式楼层），树状支撑柱2的下端通过滑动铰支座或弹性铰支座或固定铰支座固连在混凝土退台式楼层上；树状支撑柱2的上端采用销轴节点与屋脊环梁3以及屋面倾斜径向主杆4相连接。通过选择合适的铰支座9，对主体结构影响可控，不会产生更多的附加应力。

通过经济性分析，本实施例中为了减少跨层的大跨度钢屋盖结构给主体结构带来附加刚度的影响，作为优选方案：门钢柱1a的下端通过固定铰支座固连在混凝土地面7上，树状支撑柱2的下端通过弹性铰支座固连在高层混凝土地面7上。这样可以有效减少上部钢结构弯曲变形带来的铰支座9刚度过大的影响，同时固定其水平变形，减少对人流通道处室内效果的影响；树状支撑柱2位于高处，采用弹性铰支座，既可以释放部分温度应力给主体结构带来的影响，又能保证整体水平位移不会过大，保障适应上部幕墙的变形需求。本实施例中整个钢网格结构跨层设置，树状支撑柱2能够承受竖向力与水平力的需求，同时兼顾轻薄的效果，树状支撑柱2与竖墙1配合，两者与屋脊环梁3以及屋面倾斜径向主杆4形成多个单榀高低门式钢架建筑结构，相邻的屋面倾斜径向主杆4之间通过水平支杆6固连后可视为多榀高低门式钢架建筑结构，这种构件组合同时兼顾传统意义上“梁”与“柱”的受力特点：水平构件既承受弯矩又承受轴力（类似斜柱），竖向构件既承受轴力又能平衡屋脊环梁3传来的弯矩；保证本建筑结构形成通高大空间的同时具有足够的稳定可靠性。

本申请实施例的实施原理为：屋脊环梁3、屋顶径向主杆5、屋面倾斜径向主杆4以及水平支杆6形成单层不规则的钢网格结构，该钢网格结构上可包裹幕墙围护结构，例如安装玻璃幕墙或金属幕墙等。通过采用上述技术方案，使得高低跨门式钢架建筑结构室内形成通高大空间，满足使用功能的需求；最终安装的幕墙围护结构的承力结构为屋脊环梁3、屋顶径向主杆5、屋面倾斜径向主杆4以及水平支杆6形成的钢网格结构，该钢网格结构的一端由树状支撑柱2支撑于混凝土结构屋面，另一端由竖墙1支撑，其抗震性优越；整个钢架建筑结构设计中使用的钢构件数量较少，组装较为简单，施工工期短，降低了建筑成本。

本实施例中由于在屋顶径向主杆5下方也设置有树状支撑柱2用于支撑屋顶径向主杆5，可以将屋顶径向主杆5的长度尺寸做的更大，从而延伸单体建筑水平向的空间区域，增大建筑面积和空间容积，同时，可以通过屋顶径向主杆5对屋脊环梁3产生一个水平拉力，与屋面倾斜径向主杆4对屋脊环梁3产生的侧应力相平衡，减少屋面倾斜径向主杆4对竖墙1产生的水平压力，提高整体结构的稳定可靠性。

实施例2：

本实施例公开一种高低跨门式钢架建筑结构的施工工艺，用于施工建设实施例1中相同或相近的高低跨门式钢架建筑结构，参照图4，本实施例中的施工工艺包括以下步骤：

S1、设置竖墙1和若干个临时土工钢管支撑柱15；

S2、将屋脊环梁3分段安装于临时土工钢管支撑柱15上；

S3、每安装一段屋脊环梁3，在其两侧分别安装屋顶径向主杆5和屋面倾斜径向主杆4，所述屋顶径向主杆5的一端固连在所述屋脊环梁3一侧的对接牛腿3a上，所述屋面倾斜径向主杆4的一端固连在所述屋脊环梁3另一侧的对接牛腿3a上，所述屋面倾斜径向主杆4的另一端固连在竖墙1上端；

S4、相邻的屋面倾斜径向主杆4之间以及相邻的屋顶径向主杆5之间均安装水平支杆6；

S5、在屋脊环梁3以及屋面倾斜径向主杆4下方安装若干个树状支撑柱2，所述树状支撑柱2的上端通过销轴节点连接在对应的屋脊环梁3以及对应的屋面倾斜径向主杆4上；

S6、卸载临时土工钢管支撑柱15。

进一步的，本实施例中，在正式施工前可以利用有限元分析软件MIDAS对本钢架建筑结构进行仿真分析，选择计算结果中应力较大的构件作为监控对象，布置若干个监测点；监控点在构件两侧相同位置布置，监控点监测的应力变化数据无线传输至终端平台，实现24小时自动监测；

在上述步骤S1之前，还需要浇筑与本高低跨门式钢架建筑结构相配合的混凝土地面7和混凝土退台式楼层，在混凝土地面7和混凝土退台式楼层结构浇筑施工时，预埋若干个钢埋件8；在安装竖墙1前，在对应的钢埋件8上安装用于固连竖墙1的铰支座9；在安装树状支撑柱2前，在对应的钢埋件8上安装用于固连树状支撑柱2的铰支座9。

在上述步骤S1中，作为优选方案，参照图5所示，安装竖墙1时，竖墙1先采用门钢柱1a及连接钢杆1b进行地面拼装加工成拼装单元，再进行组装，门钢柱1a的下端与铰支座9焊接连接，门钢柱1a的上端可采用钢丝绳缆风固定或临时型钢斜撑固定。

在上述步骤S1中，临时土工钢管支撑柱15为标准构件，分为6m、5m、4m、3m、2m、1m、0.5m的标准长度；参照图6和图7所示，临时土工钢管支撑柱15的下端采用六角型螺栓法兰盘节点对接在对应的钢埋件8上；临时土工钢管支撑柱15的顶端设置负差板12和限位挡板13，屋脊环梁3安装于负差板12上且屋脊环梁3的侧部通过安装限位挡板13进行限位。临时土工钢管支撑柱15按照建筑设计图纸定位安装，不用现场测量切割，方便直接使用，加快了工程进度，并保证了各个临时土工钢管支撑柱15长度尺寸的精准度。进一步的，根据临时土工钢管支撑柱15支撑反力的大小不同，受力较大的临时土工钢管支撑柱15对应的混凝土结构下层需回顶加固。

参照图6所示，作为一种方案，每个临时土工钢管支撑柱15的上端拉设揽风索11；参照图7所示，作为另一种方案，相邻的两个临时土工钢管支撑柱15的上端采用连系钢梁10拉接。通过连系钢梁10拉接或拉设揽风保证了临时土工钢管支撑柱15在施工过程中的稳定。

在上述步骤S4中，水平支杆6与屋面倾斜径向主杆4以及水平支杆6与屋顶径向主杆5之间均通过焊接固连；焊接为全熔透剖口焊。这样既能够方便快速连接，又能够保证连接的稳定可靠性，且比较美观。

本实施例中用于固连竖墙1的铰支座9为固定铰支座或弹性铰支座；用于固连树状支撑柱2的铰支座9为弹性铰支座或滑动铰支座；弹性铰支座和滑动铰支座在安装阶段临时锁死，待整个钢架建筑结构整体成型后再打开。这样能够有效防止安装过程中产生的位置变动，从而保证各个构件组装的精准可靠性。本实施例中铰支座9采用塔吊安装，单个铰支座9最大重量约2吨，现场塔吊起重能力满足起重吊装要求；利用塔吊将铰支座9吊装就位到钢埋件8上，按照铰支座9定位坐标，将铰支座9定位确认无误后焊接铰支座9与钢埋件8之间的焊缝。

进一步的，本实施例中弹性铰支座或滑动铰支座在与对应的构件组装过程中，对铰支座9的转角及位移采取限制措施，可利用临时限位钢板焊接固定，待整个钢架建筑结构组装完成后，在卸载临时土工钢管支撑柱15前切除临时限位钢板，铰支座9的转角、位移变形能力恢复，从而满足设计要求。

本实施例中的方案经过测试，卸载临时土工钢管支撑柱15后，各主要构件的应力变化值均在10MPa以内，小于材料强度设计值，并趋于稳定。

本申请实施例的实施原理为：针对大跨度倾斜自由曲面单层钢网格结构，提出了一种新的施工技术，该技术可简单描述为“临时土工钢管支撑柱15支撑、屋脊环梁3定位、主杆逆装”模式，本施工工艺中，临时土工钢管支撑柱15支顶于屋脊环梁3之下，屋面倾斜径向主杆4下不设置临时支撑；先安装屋脊环梁3，以屋脊环梁3为界，将屋面径向主杆分为屋面倾斜径向主杆4和屋顶径向主杆5，屋脊环梁3上预先设置对接牛腿3a，用于分别定位安装屋面倾斜径向主杆4和屋顶径向主杆5；树状支撑柱2最后安装，这样在整个建筑结构连片成型且卸载临时土工钢管支撑柱15前，树状支撑柱2与屋脊环梁3以及屋面倾斜径向主杆4之间的销轴节点不承受荷载；通过采用上述技术方案，优化施工工序，用固定的临时土工钢管支撑柱15替代可动的屋面斜支撑，有效解决了施工过程中结构稳定性的难题；先安装原本为次梁的屋脊环梁3，为作为主梁的屋面倾斜径向主杆4安装定位提供了稳定的基准，较好的保证了安装精度。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高低跨门式钢架建筑结构，包括竖墙（1）和若干个树状支撑柱（2），其特征在于，所述高低跨门式钢架建筑结构还包括屋脊环梁（3）、若干个屋面倾斜径向主杆（4）和若干个屋顶径向主杆（5），所述屋面倾斜径向主杆（4）和屋顶径向主杆（5）分别分布在所述屋脊环梁（3）的两侧，所述屋面倾斜径向主杆（4）的上端以及所述屋顶径向主杆（5）的一端均连接在所述屋脊环梁（3）上；所述树状支撑柱（2）位于所述屋脊环梁（3）以及屋面倾斜径向主杆（4）的下方，所述树状支撑柱（2）的上端与所述屋脊环梁（3）和/或屋面倾斜径向主杆（4）相连接；所述屋面倾斜径向主杆（4）的下端连接在所述竖墙（1）上；相邻两个屋面倾斜径向主杆（4）之间还连接有水平支杆（6）；

若干所述树状支撑柱（2）的下端分别通过滑动铰支座或弹性铰支座或固定铰支座固连在高层混凝土地面（7）上于不同标高的楼层上；所述树状支撑柱（2）的上端采用销轴节点与对应的所述屋脊环梁（3）或对应的屋面倾斜径向主杆（4）相连接；

所述高低跨门式钢架建筑结构在建造时还需要用到若干个临时土工钢管支撑柱（15），所述临时土工钢管支撑柱（15）为标准构件，分为6m、5m、4m、3m、2m、1m、0.5m的标准长度；所述临时土工钢管支撑柱（15）的下端采用六角型螺栓法兰盘节点对接在对应的钢埋件（8）上；

相邻的两个所述临时土工钢管支撑柱（15）的上端采用连系钢梁（10）拉接，或者每个所述临时土工钢管支撑柱（15）的上端拉设揽风索（11）；

所述临时土工钢管支撑柱（15）的顶端设置负差板（12）和限位挡板（13），所述屋脊环梁（3）安装于所述负差板（12）上且所述屋脊环梁（3）的侧部通过安装限位挡板（13）进行限位。

2.根据权利要求1所述的高低跨门式钢架建筑结构，其特征在于，所述竖墙（1）和树状支撑柱（2）均为钢结构制成；所述屋顶径向主杆（5）的下方也设置有树状支撑柱（2），所述屋顶径向主杆（5）与对应的树状支撑柱（2）的上端相连接；相邻两个所述屋顶径向主杆（5）之间也连接有水平支杆（6）。

3.根据权利要求1或2所述的高低跨门式钢架建筑结构，其特征在于，所述竖墙（1）包括若干个竖向设置的门钢柱（1a）；所有所述门钢柱（1a）间隔设置，相邻的两个所述门钢柱（1a）的上端之间通过连接钢杆（1b）相固连，所述门钢柱（1a）的下端通过固定铰支座或弹性铰支座固连在混凝土地面（7）上。

4.根据权利要求3所述的高低跨门式钢架建筑结构，其特征在于，所述水平支杆（6）为圆钢管或者方钢管；所述水平支杆（6）与所述屋面倾斜径向主杆（4）之间、所述水平支杆（6）与所述屋顶径向主杆（5）之间采用焊接固连；

所述门钢柱（1a）和屋脊环梁（3）采用方钢管，所述树状支撑柱（2）采用圆钢管。

5.一种建造如权利要求1至4中任意一项所述的高低跨门式钢架建筑结构的施工工艺，其特征在于，该施工工艺包括以下步骤：

S1、设置竖墙（1）和若干个临时土工钢管支撑柱（15）；

S2、将屋脊环梁（3）分段安装于临时土工钢管支撑柱（15）上；

S3、每安装一段屋脊环梁（3），在其两侧分别安装屋顶径向主杆（5）和屋面倾斜径向主杆（4），所述屋顶径向主杆（5）的一端固连在所述屋脊环梁（3）一侧的对接牛腿（3a）上，所述屋面倾斜径向主杆（4）的一端固连在所述屋脊环梁（3）另一侧的对接牛腿（3a）上，所述屋面倾斜径向主杆（4）的另一端固连在竖墙（1）上端；

S4、相邻的屋面倾斜径向主杆（4）之间以及相邻的屋顶径向主杆（5）之间均安装水平支杆（6）；

S5、在屋脊环梁（3）以及屋面倾斜径向主杆（4）下方安装若干个树状支撑柱（2），所述树状支撑柱（2）的上端通过销轴节点连接在对应的屋脊环梁（3）以及对应的屋面倾斜径向主杆（4）上；

S6、卸载临时土工钢管支撑柱（15）。

6.根据权利要求5所述的高低跨门式钢架建筑结构的施工工艺，其特征在于，在上述步骤S1之前，还需要浇筑与本高低跨门式钢架建筑结构相配合的混凝土地面（7）和混凝土退台式楼层，在混凝土地面（7）和混凝土退台式楼层结构浇筑施工时，预埋若干个钢埋件（8）；

安装竖墙（1）前，在对应的钢埋件（8）上安装用于固连竖墙（1）的铰支座（9）；在安装树状支撑柱（2）前，在对应的钢埋件（8）上安装用于固连树状支撑柱（2）的铰支座（9）。

7.根据权利要求5或6所述的高低跨门式钢架建筑结构的施工工艺，其特征在于，在上述步骤S4中，所述水平支杆（6）与所述屋面倾斜径向主杆（4）之间以及所述水平支杆（6）与所述屋顶径向主杆（5）之间均通过焊接固连；所述焊接为全熔透剖口焊。

8.根据权利要求5或6所述的高低跨门式钢架建筑结构的施工工艺，其特征在于，用于固连所述竖墙（1）的铰支座（9）为固定铰支座或弹性铰支座；用于固连所述树状支撑柱（2）的铰支座（9）为弹性铰支座或滑动铰支座；所述弹性铰支座和滑动铰支座在安装阶段临时锁死，待整个钢架建筑结构整体成型后再打开。

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