一种环保型钢结构螺旋坡道及其施工方法

技术领域

本发明涉及异形建筑技术，具体是一种环保型钢结构螺旋坡道及其施工方法。

背景技术

建筑主体外部多数是幕墙结构，对于一些与科技匹配的建筑，设计师需要将表达的主题与建筑外形实现高契合度，这就给实际的施工结构和施工方法带来难度。

设计要求在建筑主体的外围设置螺旋坡道，建筑主体的外围是圆锥或者圆柱结构，螺旋坡道呈螺旋形从下到上连续“缠绕”在建筑主体外围。在具体结构设计和施工中，保证钢结构体系施工中的模拟准确度与现场施工时实际受力情况的重合度是存在的关键问题，螺旋坡道是连续的，若某处结构失效容易造成整个体系受力变化，维修复杂，寿命低，存在安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种环保型钢结构螺旋坡道及其施工方法，该螺旋坡道设置为悬挂式，无需混凝土支模，直接悬挂在屋盖系统的悬挑管桁架上，通过竖向钢拉杆的张拉保证在螺旋坡道施工时屋盖系统的稳定，施工过程中确保对螺旋坡道结构的实时性健康检测。本发明采用的技术方案如下：

一种环保型钢结构螺旋坡道，包括连续设置的坡道板和竖直设置的若干个预应力钢拉杆，所述钢拉杆的顶部连接屋盖、底部固设于地面、中部穿设固定其所经过的坡道板材，所述坡道板与主体墙面之间设有若干个间隔布置的连接组件。

上述环保型钢结构螺旋坡道，所述钢拉杆包括上接头、数个牛腿组件、中螺杆、下螺杆和下接头；

所述上接头下端连接有一个牛腿组件且两者之间设有锁紧环，所述下螺杆的上端连接一个牛腿组件、下端连接下接头，相邻牛腿组件之间通过中螺杆连接，所述牛腿组件用于穿设坡道板材。

上述环保型钢结构螺旋坡道，所述牛腿组件包括铸钢套筒、牛腿座和橡胶套管，所述橡胶套管套设在铸钢套筒外表面。

一种对所述环保型钢结构螺旋坡道的施工方法，包括以下步骤：

S1)在屋盖与地面之间吊装拉设所需数量的钢拉杆，所述钢拉杆以屋盖的几何中心为中心在螺旋坡道所在的水平面内均匀分布；

S2)对钢拉杆进行预应力第一阶段张拉；

S3)安装螺旋形坡道的结构梁，以钢拉杆为固定的节点；

S4)在结构梁上以钢拉杆为固定的节点安装螺旋形坡道的坡道板和连接组件，监测螺旋形坡道的整体位移和各个坡道板连接节点的位移；

S5)对钢拉杆进行预应力第二阶段张拉至规定的预应力值。

上述步骤S2中，所述钢拉杆的第一阶段张拉的方式为：钢拉杆在螺旋坡道所在的水平面内上均匀划分为五组张拉单元，

第一组张拉单元的钢拉杆呈十字方位同心布置将水平面均分为四个相同的直角装的一号扇形区；

第二组张拉单元的钢拉杆的布置是将四个所述一号扇形平均划分共计得到八个相同的二号扇形区；

第三组张拉单元的钢拉杆的布置是将八个所述二号扇形区平均划分共计得到十六个相同的三号扇形区；

第四组张拉单元的钢拉杆的布置是将其中间隔分布的八个所述三号扇形区平均划分共计得到十六个四号扇形区；

第五组张拉单元的钢拉杆的布置是将剩余的间隔分布的八个所述三号扇形区平均划分共计得到十六个五号扇形区；

每次张拉时，选取该组张拉单元以所述中心对称分布的四根钢拉杆同时张拉，每根钢拉杆各用两台千斤顶张拉，预拉力为240±10kN。

上述步骤S4中，第一阶段张拉中所述的五组张拉单元最终将螺旋坡道划分成了三十二个相同的扇形区，所述坡道板安装在扇形区内，所述坡道板的安装方式为：首先，以屋盖的几何中心为中心在间隔的扇形区内对称安装坡道板及所述连接组件，共执行8次，坡道板形成间隔布置；然后，在空余的扇形区内对称安装坡道板，形成连续完整的螺旋坡道。

上述步骤S4中，对每个扇形区中坡道板及其节点进行位移检测和相对变形监测，所述位移变化量从地面到屋盖为增大趋势且每个坡道板靠近主体墙面侧的位移变化量小于远离主体墙面侧的位移变化量。

上述步骤S5)中所述第二阶段张拉后，钢拉杆上端的预拉力为250+（-15~10）kN、下端的预拉力为200+（-15~10）kN。

本发明的有益效果是：

其一，螺旋坡道设置在主体墙面的外围，通过在屋盖与地面之间设置预应力的钢拉杆结构以及与主体墙面之间的连接组件，来固定的螺旋坡道的钢结构梁及其坡道板，对坡道钢结构有个提拉的作用，极大提高了连接的稳固性。整体为钢结构，无需混凝土养护、支模浇筑，施工能耗低、环保节能，便于维护，若数年后需要改造装修等，钢结构还能回收重炼，避免资源浪费。

其二，螺旋坡道采用对称布局、间隔施工安装，保证屋盖受力的稳固性，提高施工效率。

其三，钢拉杆两次张拉的，减少螺旋坡道的应力形变，保证螺旋坡道的寿命和安装强度。

附图说明

图1为本发明实施例螺旋坡道外部示意图；

图2为本发明实施例螺旋坡道的局部放大示意图；

图3为本发明实施例的钢拉杆结构示意图；

图4为本发明实施例第钢拉杆第一阶段张拉的顺序示意图；

图5本发明实施例螺旋坡道的对称施工过程图；

图6为本发明实施例螺旋坡道的节点整体位移模拟示意图；

图7为本发明实施例螺旋坡道的节点最大位移监测示意图；

图8为本发明实施例螺旋坡道的坡道板相对变形监测示意图；

图9为本发明实施例螺旋坡道安装完成后钢拉杆上端和下端的预应力值；

图中：1为坡道板、2为钢拉杆、3为屋盖、4为主体墙面、21为上接头、22为锁紧环、23为橡胶套管、24为铸钢套筒、25为中螺杆、26为下螺杆、27为下接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步解释说明。

本实施例涉及一种环保型钢结构螺旋坡道，该螺旋形坡道总重205吨，坡道围绕主体墙面4约4.5周，螺旋坡道宽3m、总长约280m，由64根预应力钢拉杆吊装于屋盖3上。螺旋坡道包括连续设置的坡道板1和竖直设置的若干个预应力钢拉杆2，所述钢拉杆2的顶部连接屋盖3、底部固设于地面、中部穿设固定其所经过的坡道板材1，所述坡道板1与主体墙面4之间设有若干个间隔布置的连接组件。

上述环保型钢结构螺旋坡道，所述钢拉杆2包括上接头21、数个牛腿组件、中螺杆25、下螺杆26和下接头27；所述上接头21下端连接有一个牛腿组件且两者之间设有锁紧环22，所述下螺杆26的上端连接一个牛腿组件、下端连接下接头27，相邻牛腿组件之间通过中螺杆25连接，所述牛腿组件用于穿设固定坡道板1。钢拉杆2的组装精度要求高，必须保证安装后顺直，节点设计要求稳定可靠。

上述环保型钢结构螺旋坡道，所述牛腿组件包括铸钢套筒24、牛腿座28和橡胶套管23，铸钢套筒24通过螺纹结构实现节点可调，能够保证螺旋坡道标高的精准控制。所述橡胶套管23套设在铸钢套筒24外表面，实现节点的软连接，有利于结构的震动吸收，解决了减震问题。

对上述环保型钢结构螺旋坡道的施工方法，包括以下步骤：

S1)在屋盖3与地面之间吊装拉设所需数量的钢拉杆2，所述钢拉杆2以屋盖3的几何中心为中心在螺旋坡道所在的水平面内均匀分布；

S2)对钢拉杆进行预应力第一阶段张拉；

S3)安装螺旋形坡道的结构梁，以钢拉杆为固定的节点；

S4)在结构梁上以钢拉杆为固定的节点安装螺旋形坡道的坡道板1和连接组件，监测螺旋形坡道的整体位移和各个坡道板1连接节点的位移；

S5)对钢拉杆进行预应力第二阶段张拉至规定的预应力值。

上述步骤S2中，所述钢拉杆2的第一阶段张拉的方式为：钢拉杆2在螺旋坡道所在的水平面内上均匀划分为五组张拉单元，

第一组张拉单元的钢拉杆2呈十字方位同心布置将水平面均分为四个相同的直角装的一号扇形区；

第二组张拉单元的钢拉杆2的布置是将四个所述一号扇形平均划分共计得到八个相同的二号扇形区；

第三组张拉单元的钢拉杆2的布置是将八个所述二号扇形区平均划分共计得到十六个相同的三号扇形区；

第四组张拉单元的钢拉杆2的布置是将其中间隔分布的八个所述三号扇形区平均划分共计得到十六个四号扇形区；

第五组张拉单元的钢拉杆2的布置是将剩余的间隔分布的八个所述三号扇形区平均划分共计得到十六个五号扇形区；

每次张拉时，选取该组张拉单元以所述中心对称分布的四根钢拉杆2同时张拉，每根钢拉杆2各用两台千斤顶张拉，预拉力为240±10kN。

上述步骤S4中，第一阶段张拉中所述的五组张拉单元最终将螺旋坡道划分成了三十二个相同的扇形区，所述坡道板1安装在扇形区内，所述坡道板1的安装方式为：首先，以屋盖3的几何中心为中心在间隔的扇形区内对称安装坡道板1及所述连接组件，共执行8次，坡道板1形成间隔布置；然后，在空余的扇形区内对称安装坡道板1，形成连续完整的螺旋坡道。

施工前，通过对环保型钢结构螺旋坡道的有限元模态分析结果，为系统健康检测提供数据参考值，如图6所示。具体施工时，上述步骤S4中，对每个扇形区中坡道板1及其节点进行位移检测和相对变形监测，所述位移变化量从地面到屋盖为增大趋势且每个坡道板1靠近主体墙面4侧的位移变化量小于远离主体墙面4侧的位移变化量。

基于LORA无线物联网技术，监测系统包括数采集线模块和图像识别模块，所述数采集线模块包括应变传感器和振动 传感器。图像识别采用嵌入系统平台、低照度COMS图像传感器开发，远距离、非接触式、多测点的变形实时监测。整体位移监测是利用红外目标靶刚性安装在变形监测点，远程位移传感器安装在节点处，位移传感器对被测坡道板1进行实时拍照，即可监测目标靶位随时间变化的参数，并经过分析计算得到坡道板1的位移。

结合图9，上述步骤S5)中当第二阶段张拉后，钢拉杆2上端的预拉力为250+（-15~10）kN、下端的预拉力为200+（-15~10）kN。