大角度双层飞檐屋面异形钢结构及建造方法

技术领域

本发明属于钢结构工程技术领域，具体涉及一种大角度双层飞檐屋面异形钢结构，还涉及一种大角度双层飞檐屋面异形钢结构的建造方法。

背景技术

在进行大角度双层飞檐屋面设计与施工时，如果设计应用钢筋混凝土结构，由于屋面坡度超过35度以上(坡度已达到40度)，在浇筑混凝土施工时会出现以下问题：

1、如果采用泵送混凝土会出现以下情况：

(1)屋面起坡混凝土布料机无法放置；

(2)采用泵送混凝土塌落度最小需要120～140，由于屋面坡度过大，混凝土会大量滑移流失，对下部结构造成污染，且成型效果极差；

(3)泵送混凝土时，需工人环抱出料管进行布料浇筑作业，泵管出料口震动无法避免，但由于屋面坡度过大，混凝土浇筑时工人可能无法操作，且极易发生安全事故。

2、如果采用人工浇筑混凝土会出现以下问题：

(1)当屋面坡度大于35度时，工人无法正常在上面站立，施工作业非常困难，安全隐患极大；

(2)屋顶高度达10多米，工效极其低下，同时屋面坡度大于35度的多为连续大面积屋面，若采用人工浇筑混凝土施工，工期、成本耗费巨大；(小于35度的多为小型坡屋面，工期、成本耗费相对较小，在克服相当的困难后勉强可实施。)

(3)同时大坡度屋面的屋面面积较大，人工浇筑施工在混凝土初凝前仅可以10～15cm分层施工，形成大量施工缝，后期易出现变形，使屋面瓦等面层拉裂甚至脱落。

通过上述分析可知，混凝土结构无法完成大角度双层飞檐屋面的复杂造型的建造。

由于混凝土结构无法完成大角度双层飞檐屋面复杂造型的建造，因此设计大角度双层飞檐屋面异形钢结构，用于解决复杂造型屋面的建造问题；另一方面大角度双层飞檐屋面异形钢结构的构件本身呈折线形变化多端，安装施工难度大，因此进一步设计相应的建造方法来解决如何进行现场杆件的有序拼装、安装等技术难题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种大角度双层飞檐屋面异形钢结构。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种上述大角度双层飞檐屋面异形钢结构的建造方法。

本发明能替代混凝土结构的飞檐屋面结构，使用在大于40°以上坡度的大角度双层飞檐屋面上，实现大角度双层飞檐屋面的建造，建造更加安全，降低了建造难度。

解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种大角度双层飞檐屋面异形钢结构，所述屋面的坡度为40°以上，其特征在于：包括内弧桁架和外弧桁架，外弧桁架设置在内弧桁架的外侧；内弧桁架和外弧桁架均由多个单元按照内弧桁架和外弧桁架的预拼装放样图进行人工放样并焊接得来，内弧桁架和外弧桁架在预拼装时均通过地面的胎架进行支撑；内弧桁架和外弧桁架的两侧均设有下弦梁，下弦梁由多个箱型梁单元组成，内弧桁架和外弧桁架还设有立柱单元，立柱单元由多个立柱和箱型梁组成。

可选的，胎架包括多个支撑架，支撑架沿下弦梁的位置分布，每个支撑架的高度分别与下弦梁的高度相适配，预拼装时下弦梁支撑在支撑架上。

解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种上述的大角度双层飞檐屋面异形钢结构的建造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据内弧桁架的放样图进行人工放样；

S2：根据放样图布设内弧桁架的胎架；

S3：将内弧桁架的箱型梁单元依次吊上内弧桁架的胎架上，根据放样图调整至对应位置后，进行临时固定；最后拼装成内弧桁架的下弦梁；

S4：将内弧桁架的立柱和箱型梁分别依次吊上内弧桁架的胎架上，根据放样图调整至对应位置后，进行临时固定，拼装成内弧桁架的立柱单元；内弧桁架的立柱单元依次与下弦梁拼装成内弧桁架；

S5：根据外弧桁架的放样图进行人工放样；

S6：根据放样图布设外弧桁架的胎架；

S7：将外弧桁架的箱型梁单元依次吊上外弧桁架的胎架上，根据放样图调整至对应位置后，进行临时固定；最后拼装成外弧桁架的下弦梁；

S8：将外弧桁架的立柱和箱型梁分别依次吊上外弧桁架的胎架上，根据放样图调整至对应位置后，进行临时固定，拼装成外弧桁架的立柱单元；外弧桁架的立柱单元依次与下弦梁拼装成外弧桁架。

可选的，步骤S2和S6的胎架的各个支撑点均通过全站仪进行定位核对，胎架的支撑点的布置位置与内弧桁架和外弧桁架的节点位置对应，且在内弧桁架和外弧桁架的端部附近均设有胎架的支撑点；其中，放样图的地样线包括总定位控制点、定位轴线、构件轮廓线及节点中心线投影。

可选的，当胎架的位置产生误差时，通过垫入临时钢梁及楔铁进行微调，以保证内弧桁架和外弧桁架在预拼装时的精度。

可选的，步骤S3和S7的箱型梁单元的定位通过各主要控制点的X、Y、Z坐标来控制，采用全站仪定位和吊铅垂线使其端口主要控制点与地样上的控制点相重合的方法来调整箱型梁单元的位置，位置调整合格后，对箱型梁单元进行临时固定。

可选的，步骤S4和S8的立柱和箱型梁通过对齐放样图的地样线进行调整，校正与地样线的平行度，位置调整合格后进行临时固定。

可选的，步骤S2和S6的胎架利用工字钢或槽钢焊接而成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的大角度双层飞檐屋面包括内弧桁架和外弧桁架，内弧桁架和外弧桁架均为刚结构，用于代替混凝土结构，使得大角度双层飞檐屋面可以实现，通过地面的胎架进行支撑来进行预拼装，之后再吊上屋面，建造更加安全，且降低了建造难度。

本发明的内弧桁架和外弧桁架均由多个单元按照内弧桁架和外弧桁架的预拼装放样图进行人工放样并焊接得来，通过胎架支撑单元的拼接方式来降低建造大角度双层飞檐屋面的复杂程度，实现有序拼装。

2、本发明的内弧桁架为优先安装，能够保证整体的稳定性，并按照结构需要依次连接下弦梁和立柱单元。

3、本发明采用全站仪对各控制要点进行核查，放样图的地样线包括总定位控制点、定位轴线、构件轮廓线及节点中心线投影等，能保证整体的精度。

胎架存在的误差能够在后续利用临时钢梁及楔铁等进行细微调整，以保证内弧桁架和外弧桁架在预拼装时的精度，采用整体的安装方法，能够适应大角度双层飞檐屋面异形钢结构的拼装的精度和效果。

本发明不仅能够保证整体的稳定性，而且精度高。

4、本发明能达到重要的指标：大悬挑部位达到4.0m以上；双层飞檐坡度达到40度以上，此为混凝土结构和现有钢结构的屋面所不能达到的。

附图说明

图1是大角度的屋顶面的示意图之一；

图2是大角度的屋顶面的示意图之二；

图3是大角度的屋顶面的示意图之三；

图4是大角度双层飞檐屋面异形钢结构设在40°屋面上时的示意图；

图5是本发明通过胎架预拼装内弧桁架时的示意图。

图中附图标记含义：

1-内弧桁架；2-下弦梁；3-箱型梁；4-胎架；5-支撑架；6-箱型梁单元。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

实施例：

本实施例的大角度双层飞檐屋面异形钢结构包括内弧桁架和外弧桁架，外弧桁架设置在内弧桁架的外侧，以形成屋面异形钢结构的双层飞檐。

本实施例的大角度双层飞檐屋面异形钢结构可以运用在大角度的屋顶面上，如图1至3所示均为大角度的屋顶面。

其中，内弧桁架和外弧桁架均由多个单元按照内弧桁架和外弧桁架的预拼装放样图进行人工放样并焊接得来，内弧桁架和外弧桁架在预拼装时均通过地面的胎架进行支撑。内弧桁架和外弧桁架的两侧均设有下弦梁2，下弦梁2由多个箱型梁单元6组成，即下弦梁2由多个箱型梁单元6依次拼装而成，内弧桁架和外弧桁架还设有立柱单元，立柱单元由多个立柱和箱型梁3组成，箱型梁3为小箱型梁，通过并排的立柱单元将内弧桁架和外弧桁架的两侧连接，形成整体，立柱用于支撑在屋面的钢架上。

如图5所示的示意图，胎架4包括多个支撑架5，支撑架5的上端设有用于支撑下弦梁2的支撑点，支撑架5沿下弦梁2的位置分布，每个支撑架5的高度分别与下弦梁2的高度相适配，预拼装时下弦梁2支撑在支撑架5上。

对于钢结构的一种具体结构，其除了内弧桁架和外弧桁架组成其双层飞檐的钢架外，还会有次梁、撑杆及拉杆等钢结构，还包括主钢架梁、次钢架梁、钢柱、轻钢主龙骨和次龙骨、钢楞条、水平支撑等；主钢架梁截面采用型钢H400×250×8×16、H400×300×10×18、H400×200×8×13，次钢架梁截面采用型钢H400×200×8×13,在横向主、次钢架梁之间布置了纵向次梁和钢支撑，次梁截面为H型钢HN450×200,钢拉杆截面为圆钢Φ30。如图4所示为大角度双层飞檐屋面异形钢结构设在屋面上时的结构示意图。

钢结构材质采用Q235B，构件截面形式为焊接H型钢或热轧H型钢，应符合Z15级的端面收缩率指标和含硫量不超过0.01％的要求。现场焊接主要采用手工焊和CO2气体半自动焊。所有坡口对接焊缝均为一级，其余焊缝为二级。结构外形允许最大误差：(1)节点偏移5mm；(2)梁顶标高5mm；(3)梁长度为L/2000或15mm等。节点很多，形式多样，其中主、次钢架梁、钢柱及支座主要采用刚接形式连接和销轴螺栓连接形式。

屋面主体钢结构采用折线形钢梁钢架和相应次钢架组成，依次支撑在钢柱上。主钢架采用H型截面，钢板最大厚度22mm，长度12-15m，最大单梁重2.1吨，材质为Q235B。

本实施例还公开了上述角度双层飞檐屋面异形钢结构的建造方法，其包括以下步骤：

S1：根据内弧桁架1的放样图进行人工放样；

S2：根据放样图布设内弧桁架1的胎架；

S3：将内弧桁架1的箱型梁单元6依次吊上内弧桁架的胎架4上，根据放样图调整至对应位置后，进行临时固定；最后拼装成内弧桁架的下弦梁2；箱型梁单元6在拼装前需要合格制作；

S4：将内弧桁架1的立柱和箱型梁3分别依次吊上内弧桁架的胎架4上，根据放样图调整至对应位置后，进行临时固定，拼装成立柱单元；立柱单元依次与下弦梁2拼装成内弧桁架1；

如图5所示，通过上述步骤S1～S4将优先完成内弧桁架1的安装，并将内弧桁架吊装到屋面上。

S5：根据外弧桁架的放样图进行人工放样；

S6：根据放样图布设外弧桁架的胎架；

S7：将外弧桁架的箱型梁单元依次吊上外弧桁架的胎架上，根据放样图调整至对应位置后，进行临时固定；最后拼装成外弧桁架的下弦梁；

S8：将外弧桁架的立柱和箱型梁分别依次吊上外弧桁架的胎架上，根据放样图调整至对应位置后，进行临时固定，拼装成外弧桁架的立柱单元；外弧桁架的立柱单元依次与下弦梁拼装成外弧桁架。

通过上述步骤S5～S8将完成外弧桁架的安装，并将外弧桁架吊装到屋顶面上。

其中，步骤S2和S6的胎架的各个支撑点均通过全站仪进行定位核对，胎架的支撑点的布置位置与内弧桁架和外弧桁架的节点位置对应，且在内弧桁架和外弧桁架的端部附近均设有胎架的支撑点。其中，放样图的地样线应包括总定位控制点、定位轴线、构件轮廓线及节点中心线投影等。

当胎架4的位置产生误差时，可以通过垫入临时钢梁及楔铁进行微调，以保证内弧桁架和外弧桁架在预拼装时的精度。

步骤S3和S7的箱型梁单元6的定位通过各主要控制点的X、Y、Z坐标来控制，采用全站仪定位和吊铅垂线使其端口主要控制点与地样上的控制点相重合的方法来调整箱型梁单元的位置，位置调整合格后，对箱型梁单元进行临时固定。

步骤S4和S8的立柱和箱型梁3通过对齐放样图的地样线进行调整，校正与地样线的平行度，位置调整合格后进行临时固定。

步骤S2和S6的胎架利用工字钢或槽钢焊接而成。如图5所示，胎架的支撑架5为三角形架子状，下端通过钢架连接在一起，形成整体。

本发明通过设计飞檐各构件的尺寸大小及角点面位置，并进行预拼装，将各构件数据传递到加工厂进行下料制作，施工现场依序组拼安装,全站仪测量定位控制精度和标高，从而能保证安装质量。

本实施例的大角度双层飞檐屋面异形钢结构形成的双层飞檐能达到以下指标(此为混凝土结构和现有钢结构的屋面所不能达到的)：

1、大悬挑部位达到4.0m；

2、双层飞檐坡度达到40度，弧形线条优美；

3、轴线误差控制在2mm。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。