三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑结构领域，尤其涉及一种三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构及其施工方法。

背景技术

随着大型体育场复杂钢结构屋面不断涌现，屋面主要结构形式为三角管桁架结构、平面桁架，螺栓球网架、焊接球网架等，当屋面钢结构施工完成后，按流水施工顺序，安装屋面檩托、檩条、屋面板、屋面排水系统等金属屋面施工，对于结构复杂的屋面结构需要对前一结构施工完成并达到设计强度才可进行下一结构的施工，在施工过程中受其他因素的影响时，将影响其他结构施工人员的进场施工时间，施工效率低，且施工周期长，导致建筑最后完成的时间不易确定。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构及其施工方法，解决了现有技术中复杂钢结构屋面不能够多个结构共同施工而导致施工周期长的技术问题。

第一方面，本发明公开了一种三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构，包括：平面呈人字形的主拱架、该主拱架的中部向上拱起、且三角端部与主体结构固定；围绕屋面边缘且与间隔固定主体结构上的多根立柱；位于多根该立柱外围的多根拉杆，该拉杆一一对应拉结于该立柱顶部与该主体结构之间；围绕屋面边缘且连接于每相邻两根该立柱之间的多根系杆，该拉杆连接于该系杆；间隔连接于该主拱架与该系杆之间的多根劲性索，该劲性索一一对应连接于该立柱，该劲性索一一对应连接于该拉杆。

本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构进一步改进在于，该主拱架为断面呈三角形的桁架，外围为三根通长设置的弦杆，三根弦杆之间通过多根腹杆实现固定，该弦杆上间隔固定有多个供该劲性索连接且带孔的第一耳板，该劲性索的顶部延伸形成有带孔的第二耳板，该第一耳板与该第二耳板通过第一销轴连接。

本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构进一步改进在于，该主拱架的弦杆的下部形成有用于预埋至该主体结构中的预埋段，该预埋段包括固定于该弦杆端部的底板、固定于该底板与该弦杆之间的多块加劲板、以及绕设于该弦杆外周的螺旋箍。

本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构进一步改进在于，还包括支撑于该主拱架与该主体结构之间的多根支撑柱该支撑柱与该主拱架通过支撑组件连接。

本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构进一步改进在于，该支撑组件包括固定于该支撑柱顶部的连接柱、固定于该弦杆上的节点板、以及固定于该连接柱与该节点板之间的双向活动支座。

本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构进一步改进在于，该劲性索的底部向相对外侧水平延伸形成有两块第三耳板，两块该第三耳板分别与两侧的系杆固定。

本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构进一步改进在于，该劲性索的底部竖向延伸形成有带孔的第四耳板，该拉杆的顶部延伸形成有带孔的第五耳板，该立柱的顶部延伸形成有带孔的第六耳板，该第四耳板、该第五耳板和该第六耳板通过第二销轴连接。

本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构进一步改进在于，该拉杆的底部延伸形成有带孔的第七耳板，该主体结构上设有供该第七耳板通过第三销轴连接且带孔的第八耳板。

本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构进一步改进在于，还包括多根撑杆，该撑杆一一对应固定于该立柱底部与该拉杆之间。

第二方面，本发明还提供了一种如上所述的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构的施工方法，包括如下步骤：施工主体结构并将主拱架的三角端部与该主体结构固定，同时于主体结构上且围绕屋面边缘间隔施工多根立柱；分段施工主拱架，使该主拱架的中部向上拱起，同时于多根该立柱的外围施工多根拉杆，并使该拉杆一一对应拉结于该立柱顶部与该主体结构之间；吊装劲性索，使该劲性索的顶部与该主拱架连接，同时施工系杆，使该劲性索的底部与该系杆连接，并使该劲性索一一对应连接于该立柱，使该劲性索一一对应连接于该拉杆。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明通过采用中部主拱架与外围的立柱、拉杆、系杆可同时进行施工结构，最后通过劲性索实现中部结构与外围结构的连接，解决了现有技术中复杂钢结构屋面不能够多个结构共同施工而导致施工周期长的技术问题。本发明的屋面结构大量采用铰接的连接形式，从而避免了安装时精度难以满足设计要求的问题，同时也提高了结构整体的抗震性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构的整体结构示意图。

图2为本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构的主拱架与劲性索连接节点俯视图。

图3为本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构的主拱架与劲性索连接节点侧视图。

图4为本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构的主拱架与支撑柱连接节点的侧视图。

图5为本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构的劲性索、立柱、拉杆、系杆和外围系杆连接节点的侧视图。

图6为本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构的劲性索与系杆连接节点俯视图。

图7为本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构的拉杆与主体结构连接节点侧剖视图。

图8为本发明的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构的主拱架与主体结构连接节点侧剖视图。

图中：1.主拱架；101.预埋段；102.弦杆；103.腹杆；104.第一耳板；105.第一销轴；106.螺旋箍；107.注浆孔；108.底板；109.加劲板；110.栓钉；2.立柱；201.第六耳板；202.连接底板；203.加强板；3.拉杆；301.第七耳板；302.第五耳板；303.第二销轴；304.第三销轴；4.劲性索；401.第二耳板；402.第三耳板；403.第四耳板；5.系杆；6.支撑柱；601.连接柱；602.双向活动支座；603.水平板；604.竖板；7.外围系杆；8.连杆；9.主体结构；901.第八耳板；902.预埋底板；903.框架柱；904.框架梁；905加腋；907.传力钢带；10.撑杆。

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。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。

如图1～图8所示，本发明提供了三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构，包括：平面呈人字形的主拱架1、该主拱架1的中部向上拱起、且三角端部与主体结构9固定；围绕屋面边缘且与间隔固定主体结构9上的多根立柱2；位于多根该立柱2外围的多根拉杆3，该拉杆3一一对应拉结于该立柱2顶部与该主体结构9之间；围绕屋面边缘且连接于每相邻两根该立柱2之间的多根系杆5，该拉杆3连接于该系杆5；间隔连接于该主拱架1与该系杆5之间的多根劲性索4，该劲性索4一一对应连接于该立柱2，该劲性索4一一对应连接于该拉杆3。进一步地，三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构还包括位于该系杆5外围的外围系杆7，外围系杆7与劲性索4之间固定有连杆8，从而进一步提高屋面结构的整体性。本实施例中，该劲性索4为下凹的弧形，劲性索4类型为箱型，拉杆3类型为箱型，外围系杆7为方管，系杆5为圆管。在本屋面结构施工完成后，则在相邻的劲性索4之间施工檩条，在檩条下方施工马道，檩条及马道为H型钢。劲性索4长度6m～49m。本发明的结构由内部主拱架1、外围的结构以及连接主拱架1和外围结构的劲性索4构成，在施工时，可以同时施工主拱架1和外围的结构，最后再通过劲性索4连接而成，则可大量节约施工时间，加快施工周期。

优选的，如图2和图3所示，该主拱架1为断面呈三角形的桁架，外围为三根通长设置的弦杆102，三根弦杆102之间通过多根腹杆103实现固定，该弦杆102上间隔固定有多个供该劲性索4连接且带孔的第一耳板104，该劲性索4的顶部延伸形成有带孔的第二耳板401，该第一耳板104与该第二耳板401通过第一销轴105连接。本实施例中，该第一耳板104为沿着弦杆102的切线方向采用全熔透焊与弦杆102固定，该第一销轴105采用Cr40圆钢材质，该主拱架1为桁架构件形式，并采用圆钢管制成。

优选的，如图8所示，该主拱架1的弦杆102的下部形成有用于预埋至该主体结构9中的预埋段101，该预埋段101包括固定于该弦杆102端部的底板108、固定于该底板108与该弦杆102之间的多块加劲板109、以及绕设于该弦杆102外周的螺旋箍106。进一步的，该预埋段101的外周固定有多层栓钉110，每层包括多个呈放射状的栓钉110。该主体结构9上预埋有埋件板，该底板108与埋件板采用螺栓固定。多个加劲板109呈放射状设置。该预埋段101内浇筑有与预埋位置的主体结构9相同强度的混凝土，预埋段101的下部开设有注浆孔107。本实施例中，该预埋段101的长度为3000mm。

优选的，如图4所示，三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构还包括支撑于该主拱架1与该主体结构9之间的多根支撑柱6该支撑柱6与该主拱架1通过支撑组件连接。通过该支撑柱6可对主拱架1中部位置进行承力，从而进一步保证主拱架1的稳定性。

优选的，如图4所示，该支撑组件包括固定于该支撑柱6顶部的连接柱601、固定于该弦杆102上的节点板、以及固定于该连接柱601与该节点板之间的双向活动支座602。进一步地，该节点板包括水平板603以及间隔固定于水平板603上的多块竖板604，该竖板604贴合于弦杆102的外表面并采用全熔透焊接固定。本实施例中，该连接柱601为钢柱，该支撑柱6为混凝土柱，该混凝土柱的顶部预埋有预埋件，钢柱与预埋件焊接固定。双向活动支座602为现有技术中成品的抗震支座，从而在地震中具有一定的活动作用，提高结构的抗震性。

优选的，如图6所示，该劲性索4的底部向相对外侧水平延伸形成有两块第三耳板402，两块该第三耳板402分别与两侧的系杆5固定。该第三耳板402将劲性索4与系杆5之间实现连接，从而形成一个整体，并进行共同受力，提高了屋面结构整体的稳定性。

优选的，如图5所示，该劲性索4的底部竖向延伸形成有带孔的第四耳板403，该拉杆3的顶部延伸形成有带孔的第五耳板302，该立柱2的顶部延伸形成有带孔的第六耳板201，该第四耳板403、该第五耳板302和该第六耳板201通过第二销轴303连接。拉杆3可平衡劲性索4的拉力，保持立柱2稳定。进一步地，该立柱2为混凝土柱，混凝土柱的顶端预埋有连接底板202，该第六耳板201的相对外侧与连接底板202之间固定有加强板203，从而提高第六耳板201的强度，避免出现弯曲变形的情况。该第五耳板302位于该第三耳板402的下方，通过该五耳板从而实现了劲性索4、系杆5和拉杆3同时连接于立柱2上，则通过立柱2实现共同承力，并集中了连接节点，避免连接节点分散而影响稳定性。

优选的，如图7所示，该拉杆3的底部延伸形成有带孔的第七耳板301，该主体结构9上设有供该第七耳板301通过第三销轴304连接且带孔的第八耳板901。该第八耳板901优选设于主体结构9的框架柱903与框架梁904交点的顶部，在框架柱903的顶部设置柱帽，柱帽上预埋有连接底板902，第八耳板901固定于连接底板902上，框架梁904与柱帽之间设置加腋905，第八耳板901与加腋905之间预埋有传力钢带907，该传力钢带907穿过所述框架梁904与连接底板902和第八耳板901固定，从而提高该连接节点的稳定性。

优选的，如图1所示，三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构还包括多根撑杆10，该撑杆10一一对应固定于该立柱2底部与该拉杆3之间。该撑杆10可进一步提高拉杆3与立柱2固定的稳定性，避免拉杆3向外扩张移动。

另一方面，如图1～8所示，本发明还提供了一种如上所述的三角支撑人字形空间异形拱架屋面结构的施工方法，包括如下步骤：施工主体结构9并将主拱架1的三角端部与该主体结构9固定，同时于主体结构9上且围绕屋面边缘间隔施工多根立柱2；分段施工主拱架1，使该主拱架1的中部向上拱起，同时于多根该立柱2的外围施工多根拉杆3，并使该拉杆3一一对应拉结于该立柱2顶部与该主体结构9之间；吊装劲性索4，使该劲性索4的顶部与该主拱架1连接，同时施工系杆5，使该劲性索4的底部与该系杆5连接，并使该劲性索4一一对应连接于该立柱2，使该劲性索4一一对应连接于该拉杆3。施工中采用全站仪、应力应变设备全过程监测结构定位与结构变形，解决此结构空间安装及精度问题。采用“地面拼装+分段吊装”的安装方法，利用大型履带吊安装，实现人字形空间异形拱架结构快速建造。本结构在施工时可进行多个结构同时施工，而无需等待其他结构完成后再进行下一结构的施工，大大提高了施工的效率，从而缩短了施工工期。

本发明通过采用中部主拱架与外围的立柱、拉杆、系杆可同时进行施工结构，最后通过劲性索实现中部结构与外围结构的连接，解决了现有技术中复杂钢结构屋面不能够多个结构共同施工而导致施工周期长的技术问题。本发明的屋面结构大量采用铰接的连接形式，从而避免了安装时精度难以满足设计要求的问题，同时也提高了结构整体的抗震性和稳定性。

本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。