一种多层变高空间结构吊点转换提升系统及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，尤其涉及一种多层变高空间结构吊点转换提升系统及施工方法。

背景技术

随着国家经济和社会的不断发展，大型钢结构建筑物逐渐增多，同时，为满足建筑的使用功能和重荷载要求，采用大跨度多层变高空间屋盖，结构型式多为焊接球网架或钢管桁架，在大型机库、超高压实验室、大跨度体育场馆及公共建筑中广泛使用。

大跨度空间结构，如机库的屋盖和大门桁架结构存在高度差，常规施工方法采用高空散拼，或者屋盖和大门桁架变高度采用分区、分段多次提升再高空合拢。高空散拼搭设满堂脚手架，在脚手架上进行网架和桁架拼装，高空作业条件较差，搭拆脚手架工作量巨大。由于提升支架高度的限制，桁架分段提升不能将结构直接一次性提升到位，且网架和桁架分区多次提升，涉及工序交叉，工期长，综合成本高，网架在高空合拢对接，安装精度控制和操作难度都很大。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提供了一种多层变高空间结构吊点转换提升系统及施工方法，从而有效解决背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种多层变高空间结构吊点转换提升系统，包括：

支撑立柱、提升装置、拼装胎架、屋盖网架、大门桁架；

所述提升装置设于支撑立柱上，所述提升装置设有钢绞线；

所述拼装胎架设于所述支撑立柱之间的地面上；

所述屋盖网架和所述大门桁架设于所述拼装胎架上；所述大门桁架的结构高度大于所述屋盖网架的结构高度，存在高度差L1；

所述屋盖网架设有屋盖吊点，所述大门桁架设有桁架上吊点和桁架下吊点；

所述大门桁架设置上弦杆、中弦杆、下弦杆，所述桁架上吊点设于所述中弦杆，所述桁架下吊点设于所述下弦杆；

所述钢绞线连接所述屋盖吊点、所述桁架上吊点或所述桁架下吊点，分别进行阶段提升和整体提升，将所述屋盖网架和所述大门桁架吊装到所述支撑立柱上。

进一步地，所述提升装置包括提升支架和液压提升器，所述提升支架设于所述支撑立柱上，所述液压提升器设于所述提升支架上。

进一步地，所述屋盖吊点、所述桁架上吊点和所述桁架下吊点均为临时措施，至少包括1只临时球和4根临时杆件组成的锥体，所述临时杆件一端设于所述临时球上，另一端设于所述屋盖网架或所述大门桁架上。

进一步地，所述临时球为空心球，所述空心球底部设有底座，所述空心球和所述底座之间设有加强板，所述底座设有通孔，所述空心球内设有套管，用于钢绞线与吊点安装和拆卸。

本发明还包括一种多层变高空间结构吊点转换提升的施工方法，用于如上述的多层变高空间结构吊点转换提升系统的施工，包括阶段提升施工方法和整体提升施工方法：

所述阶段提升施工方法的步骤包括：

将提升装置安装在支撑立柱的顶端，在地面搭设线性拼装胎架；

将屋盖网架安装在拼接胎架上，大门桁架先拼装上弦杆、中弦杆，安装屋盖吊点和桁架上吊点；

阶段提升，利用计算机控制液压同步提升进行“单点动”操作，做好动态监控，提升L1高度，液压提升器暂停锁定，阶段提升完成；

所述整体提升施工方法的步骤包括：

桁架下弦球支撑在拼装胎架上，大门桁架安装下弦杆，验收合格；

吊点二次转换，大门桁架下弦杆安装桁架下吊点，桁架上吊点分级卸载，荷载逐渐转移到桁架下吊点，再次调试液压提升系统；

整体提升L2高度，至支撑立柱顶设计标高，其余少部分套管嵌补完成，验收合格，液压提升装置分级卸载，拆除提升装置和提升临时措施。

进一步地，在阶段提升前还需阶段预提升，液压提升器逐一调试，确认无误后分级加载，试提升0.2m，悬空静置12小时全面检查。

进一步地，在整体提升之前需要试提升检查安全无误后，开始整体正式提升，动态同步监控。

进一步地，所述吊点二次转换的步骤包括：

大门桁架处下弦杆球底部胎架垫实，液压提升器逐个下降5mm，将结构荷载转移至拼装胎架，逐点卸载、逐点置换；

拆除中弦杆桁架上吊点及其附属杆件，安装对应下弦杆处桁架下吊点；

大门桁架处提升装置分级加载至结构脱离拼装胎架5mm；

液压提升器重新进行受力分布后进入整体提升工况，桁架下吊点置换完成；

桁架下吊点置换前，相应位置桁架下弦杆支撑在拼装胎架上，桁架下吊点采用逐点置换的原则，确保受力安全可靠。

进一步地，所述提升装置和所述支撑立柱之间安装提升支架。

进一步地，所述提升装置安装包括在支撑立柱上依次安装提升支架、液压提升器、穿钢绞线，穿钢绞线与网架提升吊点连接。

本发明的有益效果为：本发明通过设置支撑立柱、提升装置、拼装胎架、屋盖网架、大门桁架；钢绞线连接屋盖吊点、桁架上吊点或桁架下吊点，分别进行阶段提升和整体提升，将屋盖网架和大门桁架吊装到支撑立柱上，吊点转换提高施工效率，很好的解决了多层变高结构的施工难点。主要钢构件均在地面胎架拼装，便于机械化作业；无论拼装精度，还是焊接质量得到有效保障；胎架可周转重复使用，大大节约施工成本；避免传统的脚手架和大吨位吊机，高空作业量降至最少，现场措施费显著降低，节约工期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为机库的三维示意图；

图2为机库的侧视图；

图3为提升支架在吊点处的结构示意图；

图4为提升支架和液压提升器的结构示意图；

图5为临时球的结构示意图；

图6为桁架上吊点和桁架下吊点的示意图；

图7至10为阶段提升施工方法的示意图；

图11至14为整体提升施工方法的示意图；

图15为多层变高空间结构吊点转换提升的施工方法的流程图。

附图标记：1、支撑立柱；2、提升装置；21、钢绞线；22、提升支架；23、液压提升器；3、拼装胎架；4、屋盖网架；41、屋盖吊点；5、大门桁架；51、桁架上吊点；52、桁架下吊点；53、上弦杆；54、中弦杆；55、下弦杆；61、临时球；611、底座；612、加强板；62、套管；63、临时杆件。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至6所示：一种多层变高空间结构吊点转换提升系统，包括：

支撑立柱1、提升装置2、拼装胎架3、屋盖网架4、大门桁架5；

提升装置2设于支撑立柱1上，提升装置2设有钢绞线21；

拼装胎架3设于支撑立柱1之间的地面上；

屋盖网架4和大门桁架5设于拼装胎架3上；大门桁架5的结构高度大于屋盖网架4的结构高度，存在高度差L1；

屋盖网架4设有屋盖吊点41，大门桁架5设有桁架上吊点51和桁架下吊点52；

如图6所示，大门桁架5设置上弦杆53、中弦杆54、下弦杆55，桁架上吊点51设于中弦杆54，桁架下吊点52设于下弦杆55；

钢绞线21连接屋盖吊点41、桁架上吊点51或桁架下吊点52，分别进行阶段提升和整体提升，将屋盖网架4和大门桁架5吊装到支撑立柱1上。

以某个机库建造为例，如图1至2所示，本施工方法工程概况：新建机库大厅工程，钢筋混凝土支撑立柱1，整个屋面体系：屋盖网架4和大门桁架5三层空间结构组成，平面尺寸：244m(160m+84m双跨)×99m，设计有两个大厅，维修大厅跨度160m，喷漆大厅跨度84m，进深均为99m，支撑混凝土柱距12m，屋盖结构三边支承、一边开口，开口边设置大门桁架5，下弦支承。屋盖结构采用三层斜放四角锥网架，焊接空心球节点，网格尺寸6m×6m，其中屋盖结构高度7.5m，大门桁架5采用三层正交正放网架，结构高度12.5m，屋盖与大门桁架5高差达5.0m，屋面安装标高34.5m。本次提升机库钢屋盖结构重量3100t，提升高度26m，本工程属于典型的多层变高空间网格结构。

多层变高空间结构：机库采用双跨160m+84m，由屋盖网架4和大门桁架5三层空间结构组成，三层为上弦杆53、中弦杆54、下弦杆55，其中屋盖网架4和大门桁架5结构变高部分高差达L1=5.0m。

吊点转换设计：大门桁架5中弦杆54位置设计桁架上吊点51，下弦杆55位置设计桁架下吊点52，利用桁架上吊点51、桁架下吊点52转换，实现变高空间结构的二次提升。

两个拼装提升工况：阶段提升工况时，先拼装大门桁架5上弦杆53、中弦杆54，利用桁架上吊点51，提升了L1=5m暂停锁定；整体提升工况时，继续拼装桁架下弦杆55，上吊点荷载转移至地面拼接胎架3，下吊点分级化加载后，网架整体二次提升L2=21m至设计标高。

吊点转换提高施工效率，很好的解决了多层变高结构的施工难点。主要钢构件均在地面拼接胎架进行拼装，便于机械化作业；无论拼装精度，还是焊接质量得到有效保障；拼装胎架可周转重复使用，大大节约施工成本；提升采用计算机液压控制，技术成熟可靠，设备体积重量小，安装方便，无噪声扬尘，符合绿色施工要求；避免传统的脚手架和大吨位吊机，高空作业量降至最少，现场措施费显著降低，节约工期。

作为上述实施例的优选，如图3至4所示，提升装置2包括提升支架22和液压提升器23，提升支架22设于支撑立柱1上，液压提升器23设于提升支架22上。

吊点的选择应以不改变提升结构的受力体系，提升吊装过程中，结构的应力比以及变形均控制在允许的范围内。

提升支架22设计。采用门式构架形式，柱底与埋件焊接，钢梁悬挑端开孔，上面放置液压提升器23，穿钢绞线21分别与网架提升吊点连接。

在本实施例中，屋盖吊点41、桁架上吊点51和桁架下吊点52均为临时措施，至少包括1只临时球61和4根临时杆件63组成的锥体，本实施例中为四角锥体，套管63穿过临时球63，底座611设置于套管63上，临时杆件63一端设于临时球61上，另一端设于屋盖网架4或大门桁架5上。

吊点设计，网架提升吊点采用临时三角形4杆1球的锥体，与网架单元在地面预先拼装成整体，为避免钢绞线21与杆件相碰，吊点设置在网架下弦靠近支座空档内。钢绞线21从液压提升器23穿过上拔，与吊点可靠连接，吊点采用空心球与钢管焊接组合锥体，便于贯穿钢绞线21和受力传递。

其中，如图5所示，临时球61为空心球，空心球底部设有底座611，空心球和底座611之间设有加强板612，底座611设有通孔，所述空心球内设有套管62，用于钢绞线21与吊点安装和拆卸。

通过设置临时球61为空心球，空心球优选焊接工艺，空心球和底座611之间设有加强板612，空心球质量轻承载力高，便于临时杆63直接焊接在临时球61上，底座611设有通孔和套管62，便于将钢绞线21与临时球61和临时杆件63的拆卸。

如图7至15所示，本发明还包括一种多层变高空间结构吊点转换提升的施工方法，用于如上述的多层变高空间结构吊点转换提升系统的施工，包括阶段提升施工方法和整体提升施工方法：

阶段提升施工方法的步骤包括：

S10：如图7所示，将提升装置2安装在支撑立柱1的顶端，在地面搭设线性拼装胎架3；

S20：如图8所示，将屋盖网架4安装在拼接胎架上，为三层空间组成，大门桁架5先拼装上弦杆53、中弦杆54，安装屋盖吊点41和桁架上吊点51；

如图9所示，在阶段提升前还需阶段预提升，液压提升器23逐一调试，确认无误后分级加载，试提升0.2m，悬空静置12小时全面检查。

具体地，预提、分级加载。网架正式提升前，预先提升网架0.2m，脱离胎架，悬空静置12小时全面检查，全面检查提升设备、网架结构、提升平台结构等有无异常。待检测无误后开始正式提升，液压提升器伸缸压力逐渐上调，依次为所需压力的20%，40%，在一切都正常的情况下，可继续加载到60%，80%，90%，95%，100%。构件在提升过程中一旦出现晃动或移动时应暂停作业，保持液压设备系统压力。对液压提升器及设备系统、结构系统进行全面检查，在确认整体结构的稳定性及安全性绝无问题的情况下，才能开始正式提升。提升过程中计算机现场利用“单点动”操作和实时监控，实现每个吊点实际加载与计算吻合，整个提升过程平稳可控。

S30：如图10所示，阶段提升，利用计算机控制液压同步提升进行“单点动”操作，做好动态监控，提升L1=5m高度，液压提升器23暂停锁定；阶段提升完成；

整体提升施工方法的步骤包括：

S40：如图11所示，桁架下弦球支撑在拼装胎架3上，大门桁架5安装下弦杆55，验收合格；

S50：如图12所示，吊点二次转换，大门桁架5下弦杆55安装桁架下吊点52，桁架上吊点51分级卸载，荷载逐渐转移到桁架下吊点52，再次调试液压提升系统；

如图13所示，在整体提升之前需要试提升检查安全无误后，开始整体正式提升，动态同步监控。

具体地，液压同步提升系统提升原理及组成：液压提升系统，主要由液压提升器、液压泵源系统、计算机同步控制及传感检测系统组成。提升原理：采用“液压同步提升技术”，液压提升器作为提升机具，柔性钢绞线作为承重索具，采用行程及位移传感监测和计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现提升过程的同步动作、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。系统组成：液压提升系统，主要由液压提升器、液压泵源系统、计算机同步控制及传感检测系统组成，通过泵源系统控制油缸的重复伸缩行程。

液压提升器23选型，根据预先计算设计的提升吊点反力值，计算液压提升器23和相应钢绞线21型号，提升设备的安全系数取1.25，钢绞线21的安全系数取2.5，满足施工安全总体要求。

S60：如图14所示，整体提升L2=21m高度，至支撑立柱1顶设计标高26.5m，杆件嵌补完成，验收合格，液压提升装置2分级卸载，拆除提升装置2和提升临时措施。

在阶段提升工况下，大门桁架5结构吊点设计在桁架中弦杆54位置，即桁架上吊点51，由于提升支架22高度的限制，设计在此处的桁架上吊点51不能将结构直接提升到位，故需将大门处的吊点转换至下弦杆55位置，即桁架下吊点52。

先拼装大门桁架5上弦杆53、中弦杆54，利用桁架上吊点51进行阶段提升，提升至一定高度后暂停锁定，留出大门桁架5下弦杆55变高部分拼装作业空间，待大门桁架5全部拼装完成，将上吊点荷载转移至地面胎架，液压提升器23再分级加载转换到下吊点，再利用下吊点将空间结构二次整体提升到位，各工序分步实施，紧密衔接。

此施工方法将大量的拼装和焊接在地面胎架上完成，确保了施工精度和质量，显著降低高空作业量，胎架周转使用，减低成本，整个施工过程采用计算液压控制提升技术，绿色环保，安全可靠。

工艺流程：屋盖吊点41优化布置→大门桁架5上、下吊点设计→屋盖网架4三层结构+大门桁架5中、下层结构地面拼装→阶段提升L1=5m暂停锁定，桁架上吊点51→大门桁架5拼装下层变高部分结构→上、下吊点转化→结构整体提升L2=21m就位，桁架下吊点52，采用计算机控制液压同步提升技术。

提升工况：认真学审图纸，根据网架结构型式、土建主体结构特点和施工顺序，进行科学合理地施工工况分析。由于变高高度差L1=5.0m，拼装和提升吊装分两个过程：阶段拼装提升和整体拼装提升，相应在大门桁架5处设计桁架上吊点51、桁架下吊点52进行转换，上吊点位于桁架中弦杆54，下吊点位于桁架下弦杆55。

阶段拼装提升工况：三层网架屋盖网架4区域，高度7.5m+大门桁架5上弦杆4、中弦杆5（高度6.25m） 拼装完成，大门区域上吊点→第一次提升5m暂停，液压提升器23锁定静置网架，阶段提升重量2300吨，包括屋盖三层结构和大门桁架5两层结构。

整体拼装提升工况：大门桁架5下弦杆5(高度6.25m)网架拼装 → 采用逐点卸载逐点转换吊点的方法，大门桁架5由上吊点转换到下吊点→ 网架整体提升L2=21m至设计标高 → 嵌补杆件、液压提升器23拆除。整体提升重量3100吨，包括屋盖和大门桁架5全部三层结构。

提升吊点布置及二次转换。利用SAP2000软件对不同提升工况模拟计算，综合比较安全性和经济性，对吊点进行优化布置，共设置28个吊点。

吊点反力计算。按照规范要求，吊点反力计算必须考虑网架在提升过程中的所有施工荷载，依据吊点反力选取合适的液压提升器，吊点反力按阶段提升工况，即提升L1=5m和整体提升工况，即提升L2=21m分别计算。

作为上述实施例的优选，吊点二次转换步骤包括：

S51：大门桁架5处下弦杆55球底部垫实，液压提升器23逐个下降5mm，将结构荷载转移至拼装胎架3，逐点卸载、逐点置换；

S52：拆除中弦杆54桁架上吊点51及其附属杆件，安装对应下弦杆55处桁架下吊点52；

S53：大门桁架5处提升装置分级加载至结构脱离拼装胎架3约5mm；

S54：液压提升器23重新进行受力分布后进入整体提升工况，桁架下吊52点置换完成；

S55：桁架下吊点52置换前，相应位置桁架下弦杆55支撑在拼装胎架3上，桁架下吊点52采用逐点置换的原则，确保受力安全可靠。

本案由于采用阶段提升和整体提升两种提升工况安装结构，存在吊点置换问题。阶段提升时大门桁架5处下吊点临时球61设计在桁架中弦杆54位置，设计在此处的吊点不能将结构直接提升到位，提升支架22高度限制，故需将大门处的下吊点转换至下弦杆55位置。

在本实施例中，提升装置2和支撑立柱1之间安装提升支架22。

为了保证提升支架22的强度、刚度和稳定性，提升支架22的高度受限，由受力计算确定，将液压提升器23安装在提升支架22上，方便后续吊装完成后的拆卸和循环利用。

其中，提升装置2安装包括在支撑立柱1上依次安装提升支架22、液压提升器23、穿钢绞线21，穿钢绞线21与网架提升吊点连接。

本施工方法吊点转换提升，可以组织分阶段制作生产，给运输带来方便，现场配合拼装的吊车数量吨位明显减少，起到了事半功倍的效果。工厂化制作在地面搭设胎架拼装，可以重复使用，可以大大节约工期，工期效益明显。

无论是采用传统的搭设满堂脚手架高空散装施工方案，还是分区、分段多次提升方案，都对施工现场条件提出很高要求，施工措施费用投入很大。液压提升设备体积小，重量轻，便于安装和操作，施工成本相对较低。

本施工方法充分确保空间网格结构拼装精度和焊接质量，除了少部分后装杆件嵌补需要高空组对焊接外，其余所有拼装均在地面完成，避免了大量人员高空操作的安全隐患，现场工人操作较为简易，也便于焊缝检查和控制，焊接质量稳定可靠。根据阶段提升和整体提升不同工况，进行吊点转换，全过程采用液压同步技术，计算机自动控制，有可靠逆向自锁装置，构件吊装安全可控。吊装过程中不产生噪声，无粉尘，绿色环保。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。