一种大跨度钢结构屋盖临时支撑施工方法

技术领域

本申请涉及钢结构加固施工的技术领域，尤其是涉及一种大跨度钢结构屋盖临时支撑施工方法。

背景技术

随着社会的发展，大型体育场馆的建设越来越多，比较常见的体育场馆形式为椭圆形半封闭式体育场馆，此类场馆通常采用钢结构建成，且赛场区域上方露天设置，看台上方设计有悬挑式钢结构屋盖实现遮挡。

在对此类体育场馆进行加固维修时，通常会在悬挑式钢结构屋盖下方设置临时支撑，以提高加固施工过程中悬挑式钢结构屋盖处的稳定性和安全性，同时临时支撑也用于分担结构的自重和施工荷载，防止悬挑式钢结构屋盖在加固中发生过大的变形和破坏。

传统临时支撑的安装方法主要有起吊法和悬挂法两种，起吊法通过两台吊车配合，将临时支撑就位好，再将临时支撑固定安装至悬挑式钢结构屋盖上以实现支撑，采用起吊法一方面占用吊车时间长，浪费吊车资源，另一方面吊车需要比临时支撑更高的位置起吊，常常需要临时拆卸屋面结构的情况，并且起吊钢丝绳需要从钢结构的间隙深入，安全性和灵活性较差。

悬挂法能够避免屋面结构拆卸的问题，但依然需要吊车全过程配合，并且该方法在临时支撑安装完毕之前，临时支撑的自重需要悬挑式钢结构屋盖承担，在原钢结构屋盖上增加新的节点荷载对原钢结构的结构稳定性不利。

因此亟需一种对原结构屋盖安全性和稳定性影响小、施工经济性好的临时支撑施工方法。

发明内容

为了改善临时支撑施工对原钢结构屋盖的安全性和稳定性产生影响的问题，本申请提供一种大跨度钢结构屋盖临时支撑施工方法。

本申请提供一种大跨度钢结构屋盖临时支撑施工方法，采用如下的技术方案：

一种大跨度钢结构屋盖临时支撑施工方法，包括如下施工步骤：

S1：在地面预制支撑结构，支撑结构的一端与地面铰接；

S2：抬升支撑结构的自由端至支撑结构自由端远离地面；

S3：在支撑结构靠近地面的一侧与地面之间安装顶升件，通过顶升件继续抬升支撑结构的自由端，支撑结构绕铰接端转动直至支撑结构的自由端能够与原钢结构屋盖连接；

S4：将支撑结构的自由端与原钢结构屋盖铰接固定。

通过采用上述技术方案，将支撑结构一端锁定在地面上，再从地面向上顶升支撑结构，直至支撑结构绕铰接点向上转动至竖向状态，再将支撑结构的顶端与原钢结构屋盖铰接，即能完成原钢结构屋盖下方临时支撑的施工；

利用本申请施工方法进行临时支撑施工时，不对原钢结构屋盖形成新的荷载，对原钢结构屋盖的结构稳定性影响小；施工过程中减少了大型机械设备的应用，一方面使得施工的经济性更高，且降低了施工过程中对场地的要求；另一方面解决了起吊法中施工灵活性较差的问题。

可选的，原钢结构屋盖包括用于与支撑结构连接的钢构件；

支撑结构包括分别设置在两端的顶部连接头和底部连接座，以及连接顶部连接头和底部连接座的主体，地面上设置有用于与所述底部连接座铰接的球铰支座，顶部连接头与钢构件转动连接。

通过采用上述技术方案，分别利用顶部连接头和底部连接座将支撑结构的上下端与原钢结构屋盖、地面铰接，以实现支撑结构的固定；将支撑结构的两端铰接能够减少连接处的应力集中，使得支撑结构仅需承担钢结构传递的竖向压力，从而起到临时支撑的作用，减少了支撑结构所承受的扭矩力；若将支撑结构的两端分别与原钢结构屋盖、地面固定连接，当各构件发生微小变形或位移，即会对支撑结构两端连接处产生较大的应力，造成连接失效，支撑结构两端铰接使得支撑结构能够更加稳定的支撑在原钢结构屋盖和地面之间。

可选的，所述顶部连接头包括：

连接部，所述连接部用于与原钢结构屋盖可拆卸连接；

应力扩散部，所述应力扩散部与所述主体固定连接，用于将连接节点处的受力均匀传递至主体；

铰接部，包括固定在连接部上的第一耳板和固定在应力扩散部上的第二耳板，第一耳板和第二耳板转动连接。

通过采用上述技术方案，利用连接部实现支撑结构和原钢结构屋盖之间的稳定连接，再通过铰接部能够实现支撑结构与原钢结构屋盖之间的转动连接，由于支撑结构和原钢结构屋盖的连接节点面积较小，设置应力扩散部能够将连接节点处的应力均匀的传递至主体，使得支撑结构更加稳定的支撑原钢结构屋盖。

可选的，所述主体包括若干标准节，在S1步骤中，将顶部连接头、若干标准节以及底部连接座运输至施工现场，并依次进行现场拼装形成支撑结构。

通过采用上述技术方案，使得支撑结构搬运方便、简单，无需大型机械即可实现搬运，能够实现全过程小型机械化施工，降低对场地的要求，从而使得本申请施工方法的适用性更广。

可选的，S2步骤中，首先在地面搭设临时支撑架，利用起吊设备将支撑结构的自由端吊起并搁置于临时支撑架上；

S3步骤中，顶升件包括一级顶升装置和二级顶升装置，一级顶升装置设置在靠近支撑结构自由端的位置，二级顶升装置设置在靠近支撑结构铰接端的位置，一级顶升装置和二级顶升装置依次抬升支撑结构直至支撑结构自由端与原钢结构屋盖连接。

通过采用上述技术方案，在向上顶升支撑结构时，首先将支撑结构的自由端起吊至临时支撑架上，使得支撑结构和地面之间存在设置顶升件的空间；再在地面和支撑结构之间设置一级顶升装置、二级顶升装置，依次利用一级顶升装置和二级顶升装置顶升支撑结构，即可实现支撑结构的快速顶升并将支撑结构转动至竖向状态。

可选的，S3步骤中，安装完一级顶升装置和二级顶升装置，在支撑结构远离地面的一侧和地面之间安装保险杆装置，保险杆装置的两端分别与支撑结构、地面铰接。

通过采用上述技术方案，设置保险杆装置能够预防支撑结构在顶升过程中过度转动，造成支撑结构转动角度超过90度的情况发生；当支撑结构转动超过90度时，保险杆装置能够对支撑结构起到支撑作用，限制支撑结构继续转动，减少施工事故的发生。

可选的，S1步骤中，在地面上固定安装有滑移轨道，球铰支座滑动设置在滑移轨道内，当底部连接座转动至仅通过球铰支座与地面连接后，将球铰支座固定于滑移轨道上。

通过采用上述技术方案，在将支撑结构起吊至临时支撑架时，支撑结构靠近地面的一端会发生滑移，设置滑移轨道使得支撑结构的滑动阻力更小，减少支撑结构滑移过程中对支撑结构结构的磨损和破坏；

另外，支撑结构的上下端连接点应该处于同一竖直线上，以减小支撑结构在临时支撑时内部所承受的扭矩力，首先确定支撑结构与上方原钢结构屋盖的连接点，设置滑移轨道便于调整支撑结构下端的水平位置，再将支撑结构起吊至临时支撑架后，沿着滑移轨道精确调整支撑结构与地面铰接端的位置，调整完成后将球铰支座固定在滑移轨道上，再进行支撑结构的转动，如此当支撑结构转动至竖直位置时，支撑结构顶端能够与确定的连接点对齐。

可选的，所述连接部包括传力梁，所述传力梁与所述铰接部固定连接；所述传力梁远离铰接部的一端固定有约束架，所述约束架上开设有限位槽，所述约束架与所述传力梁围合形成限位空间，所述钢构件活动设置于所述限位空间内。

通过采用上述技术方案，传力梁作为连接部的主体，用于承接、汇总原钢结构屋盖传递来的荷载，并且使得铰接部与连接部存在固定连接的条件；设置约束架以实现原钢结构屋盖和支撑结构之间的连接，约束架仅对原钢结构屋盖进行限位且连接处存在活动空间，而不与原钢结构屋盖固定连接，从而减少连接处的应力集中，使得原钢结构屋盖主要传递压力至支撑结构，支撑结构能够更好的对原钢结构屋盖起到支撑作用。

可选的，所述限位槽远离传力梁的侧壁固定有弹性件，所述弹性件夹持于约束架、钢构件之间。

通过采用上述技术方案，设置弹性件，能够对原钢结构屋盖在传力梁限制的范围内移动时，起到缓冲作用，减少原钢结构屋盖与传力梁之间的撞击，从而出现构件之间损坏的情况发生。

可选的，所述传力梁上固定设置有撑托件，所述撑托件用于与钢构件相抵接，且所述撑托件与钢构件接触的侧壁形状与钢构件侧壁形状相匹配。

通过采用上述技术方案，传力梁上设置与原钢结构屋盖形状相匹配的撑托件，便于原钢结构屋盖更加高效顺利的传力于支撑结构，并能够起到对原钢结构屋盖适当固定的作用。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：

1.本申请施工方法相较于传统的起吊法和悬挂法，对施工场地的需求更小、对大型设备的使用率更低，更加经济，且能够适用于各种工况下的体育场悬挑式钢结构屋盖的临时支撑，适用性强；

2.利用本申请施工方法进行临时支撑施工时，无需向原钢结构屋盖施加荷载，或破坏拆除原体育场结构，降低了对原结构的破坏和影响；

3.本申请设置顶升件和保险杆装置，能够实现支撑结构更加安全稳定的顶升和转动，使得在转动并安装支撑结构时，施工风险更低；

4.将支撑结构的两端均设置为铰接端，减少了连接处的内部应力集中，使得支撑结构能够更好对原钢结构起到支撑作用。

附图说明

图1是本申请实施例步骤一中支撑结构拼装前的示意图；

图2是本申请实施例支撑结构的整体结构示意图；

图3是本申请实施例步骤二施工完成后的示意图；

图4是本申请步骤三中实施例一安装完二级顶升装置的施工效果图；

图5是本申请步骤三中实施例一支撑结构顶升过程中的施工效果图；

图6是本申请步骤三中实施例二通过内排施工架向上顶升支撑结构的效果图；

图7是本申请步骤三中实施例二通过外排施工架向上顶升支撑结构的效果图；

图8是本申请步骤三中实施例二通过临时支撑架加高后向上顶升支撑结构的效果图；

图9是本申请实施例步骤三中支撑结构顶升完成后的施工效果图；

图10是本申请实施例顶部连接头和原钢结构屋盖连接节点处的结构示意图。

附图标记说明：1、支撑结构；11、顶部连接头；111、连接部；1111、传力梁；1112、约束架；1113、弹性件；1114、垫片；1115、撑托件；112、应力扩散部；113、第一耳板；114、第二耳板；12、底部连接座；13、主体；131、标准节；2、一级顶升装置；3、二级顶升装置；4、临时支撑架；41、内排施工架；42、外排施工架；5、保险杆装置；6、滑移轨道；7、原钢结构屋盖；71、钢构件；8、限位空间。

具体实施方式

以下结合附图1-10对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开的一种大跨度钢结构屋盖临时支撑施工方法，通过在悬挑式钢结构屋盖和地面之间设置多根支撑结构1，实现对悬挑式钢结构屋盖的临时支撑。

一种大跨度钢结构屋盖临时支撑施工方法包括以下施工步骤：

步骤一：参照图1和图2，拼装支撑结构1。在体育场内的地面拼装支撑结构1，支撑结构1包括分别设置在两端的顶部连接头11和底部连接座12，顶部连接头11和底部连接座12之间设置有主体13，主体13包括若干个桁架结构形式的标准节131。将顶部连接头11、底部连接座12和若干个标准节131运输至体育场内后，进行支撑结构1拼装，拼装时，相邻两个标准节131、标准节131与顶部连接头11、标准节131与底部连接座12之间均通过螺栓实现可拆卸连接。

本申请将标准节131设计为桁架结构形式，使得标准节131结构稳定性更强、承受压力的能力更强，从而更加稳定的支撑上方原钢结构屋盖7；通过螺栓进行连接能够实现标准节131、顶部连接头11和底部连接座12之间的可拆卸连接，从而实现支撑结构1的多次安装、拆卸使用，通过螺栓实现连接，能够保证连接处的强度和稳定性。

参照图2和图3，支撑结构1拼装完成后，确定原钢结构屋盖7与支撑结构1的固定点，并在该固定点正下方设置滑移轨道6，滑移轨道6固定在地面上，且滑移轨道6内滑动设置有球铰支座，将底部连接座12与球铰支座固定连接，从而实现支撑结构1与地面的铰接。

步骤二：参照图3，抬升支撑结构1。在地面搭设临时支撑架4，将支撑结构1的自由端吊起并搁置于临时支撑架4上，能够通过小型吊机或塔吊实现支撑结构1自由端的起吊。

由于支撑结构1的一端与地面铰接，因此在起吊支撑结构1自由端至临时支撑架4上时，支撑结构1沿着滑移轨道6滑移；当起吊完成后，将球铰支座固定至滑移轨道6上，且球铰支座的固定点位于原钢结构屋盖7与支撑结构1固定点的正下方。

步骤三，参照图4和图5，顶升支撑结构1，经过步骤二后，支撑结构1与地面之间存在间隙，在支撑结构1和地面之间安装顶升件，顶升件向上顶升支撑结构1，从而实现支撑结构1绕地面转动，并能够从水平状态转动至竖直状态，从而实现支撑结构1的安装。

参照图4和图5，顶升件包括一级顶升装置2和二级顶升装置3，一级顶升装置2设置在靠近支撑结构1靠近自由端的一侧，二级顶升装置3设置在靠近支撑结构1铰接端的一侧。

顶升件向上顶升支撑结构1的方式包括下述两种实施例：

实施例一：参照图4和图5，首先安装一级顶升装置2，利用一级顶升装置2将支撑结构1的自由端向上顶升，使得支撑结构1不与临时支撑架4接触后，拆除临时支撑架4，继续利用一级顶升装置2向上顶升支撑结构1，一级顶升装置2将支撑结构1顶升并转动至一定角度时，安装二级顶升装置3，该角度优选45°且不大于60°。

参照图4和图5，首先通过一级顶升装置2顶升支撑结构1直至一级顶升装置2难以继续施力于支撑结构1，及时拆除一级顶升装置2。再利用二级顶升装置3顶升支撑结构1直至支撑结构1绕铰接端转动至支撑结构1的自由端能够与原钢结构屋盖7连接。其中，一级顶升装置2和二级顶升装置3均为液压提升设备。

实施例二：参照图6和图7，顶升支撑结构1时，将临时支撑架4作为一级顶升装置2使用，具体的，临时支撑架4包括并列设置的内排施工架41和外排施工架42，内排施工架41相较于外排施工架42更靠近支撑结构1的铰接端，将支撑结构1的自由端搁置于临时支撑架4顶端后，在内排施工架41顶端安装液压顶升装置，通过液压顶升装置向上顶升支撑结构1，直至支撑结构1与外排施工架42顶部之间存在空间；加高外排施工架42，并在外排施工架42顶端安装液压顶升装置，通过液压顶升装置向上顶升支撑结构1，直至支撑结构1与内排施工架41顶部之间存在空间；加高内排施工架41的高度，使得内排施工架41顶端的液压顶升装置能够再次顶升支撑结构1，以此循环，以实现支撑结构1的转动和抬升。

参照图8和图9，待一级顶升装置2将支撑结构1顶升并转动至难以继续顶升时，在支撑结构1和地面之间安装二级顶升装置3，并拆除一级顶升装置2，利用二级顶升装置3继续顶升支撑结构1，直至支撑结构1转动至支撑结构1的自由端能够与原钢结构屋盖7连接。

参照图5和图8，上述两种实施例中，在将支撑结构1转动至一定界限角度时，均需在支撑结构1远离地面的一侧与地面之间安装保险杆装置5，该界限角度不能大于60°，且优选当支撑结构1转动至与地面呈45°角时安装保险杆装置5。保险杆装置5的两端分别与支撑结构1、地面铰接，保险杆装置5具体可以是液压杆装置。

步骤四，参照图9和图10，将支撑结构1的自由端与原钢结构屋盖7连接。顶部连接头11包括依次设置的连接部111、铰接部和应力扩散部112，连接部111用于与原钢结构屋盖7连接，铰接部用于转动连接应力扩散部112和连接部111，应力扩散部112用于与主体13可拆卸连接固定，并将原钢结构屋盖7与支撑结构1连接节点处的应力均匀传递至主体13。

参照图10，具体的，连接部111包括传力梁1111，传力梁1111一侧侧壁上设置有约束架1112，约束架1112用于与原钢结构屋盖7上的钢构件71连接，约束架1112上开设有限位槽，约束架1112与传力梁1111围合形成限位空间8，钢构件71活动设置在限位空间8内，以实现将钢构件71既能活动同时限位于约束架1112与传力梁1111之间的效果，约束架1112能够通过焊接或高强螺栓连接的连接方式实现与传力梁1111之间的连接。

参照图10，铰接部包括固定在传力梁1111上的第一耳板113和固定在应力扩散部112上的第二耳板114，将第一耳板113和第二耳板114通过销轴实现转动连接，从而实现原钢结构屋盖7与支撑结构1之间的转动连接。

参照图10，传力梁1111固定约束架1112的侧壁上还固定有撑托件1115，撑托件1115用于支撑钢构件71，撑托件1115与钢构件71接触的侧壁形状与钢构件71侧壁形状相匹配，当支撑结构1与原钢结构屋盖7连接时，原钢结构屋盖7此处的钢构件71与撑托件1115相抵接。

参照图10，限位槽远离传力梁1111的侧壁固定有弹性件1113，弹性件1113夹持于约束架1112、钢构件71之间，弹性件1113靠近钢构件71的一端还固定有垫片1114，垫片1114用于与钢构件71相抵接。

参照图10，通过设置撑托件1115能够实现连接部111与原钢结构屋盖7更好的贴合，从而便于原钢结构屋盖7更加高效顺利的传力于支撑结构1，同时撑托件1115能够起到对原钢结构屋盖7起到适当固定的作用；设置弹性件1113，能够对支撑结构1相对于原钢结构屋盖7在传力梁1111限制的范围内移动时，起到缓冲作用，减少原钢结构屋盖7与传力梁1111之间的撞击，从而减少构件之间损坏的情况发生。

本申请实施例一种大跨度钢结构屋盖临时支撑施工方法的实施原理为：将支撑结构1分段运输至体育场馆内，再进行拼接形成整体的支撑结构1；将支撑结构1的一端与地面铰接，并通过顶升件向上顶升支撑结构1，使得支撑结构1绕地面转动至自由端能够与原钢结构屋盖7转动连接，从而实现支撑结构1的安装，通过支撑结构1实现对体育场馆加固施工时，对悬挑式钢结构屋盖结构的临时支撑。本申请施工方法所需机械体积较小，对施工场地要求较低，且支撑结构1安装过程中不易对原钢结构屋盖7产生破坏。

以上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，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。