一种大跨度管桁架钢结构及施工方法

摘要

本发明公开了一种大跨度管桁架钢结构，其包括下层支撑梁，下层支撑梁的两端分别固定在基桩上，基桩的下端设置有基座，基桩包括置入地下的钢柱，下层支撑梁放置在垫块上，下层支撑梁的上方通过桁架设置有上层支撑梁；上层支撑梁的上方设置有可形成不同形状的支撑架，支撑架包括若干根相互连接的钢管。本发明大跨度管桁架钢结构的施工方法包括：浇注基桩和基座、组装大梁结构、测试大梁结构的弯曲刚度、利用吊机进行吊装和组装等步骤。本发明尽量减少了焊点的设计，通过大量的螺栓进行组装，施工时更加方便、快捷；降低了施工难度，具有安全、经济、高效等优点。

权利要求

1.一种大跨度管桁架钢结构，其特征在于，包括下层支撑梁，所述下层支撑梁的两端分别固定在基桩上，所述基桩的下端设置有基座，所述基桩包括置入地下的钢柱，所述基桩为钢柱外浇注的水泥桩，所述基座为钢柱下端浇注的水泥座，所述水泥桩和水泥座内均设置有若干层加强层，每层所述加强层均包括四根加强筋，四根所述加强筋均垂直于钢柱，四根所述加强筋圆周分布在钢柱四周；所述基桩的上端设置有垫块，所述垫块与钢柱一体成型；

所述下层支撑梁放置在垫块上，所述下层支撑梁的上方通过桁架设置有上层支撑梁，所述上层支撑梁和下层支撑梁均为工字钢；

所述上层支撑梁的上方设置可形成不同形状的支撑架，所述支撑架包括若干根相互连接的钢管，两根所述钢管通过第一C形扣和插接端连接形成上下转动的自由度，所述插接端插入第一C形扣内通过铰接轴进行铰接，所述支撑架两端的钢管通过插接端与第二C形扣铰接，所述第二C形扣安装在上层支撑梁上，所述第一C形扣和第二C形扣的两侧均设置有若干第一通孔，若干所述第一通孔分布在铰接轴的同心圆上，所述插接端上设置有与第一通孔对应的第二通孔，所述第一通孔内设置有限位螺栓，且限位螺栓穿过第二通孔；

所述桁架包括若干均匀分布的支撑梁，所述支撑梁之间设置有三角支架。

2.根据权利要求1所述的大跨度管桁架钢结构，其特征在于，所述下层支撑梁通过两块夹块与基桩连接，两块所述夹块与下层支撑梁一体成型，两块所述夹块夹持在基桩的两侧，所述垫块设置在两块夹块之间，两块所述夹块之间设置有固定螺栓，且固定螺栓贯穿基桩和钢柱。

3.根据权利要求1所述的大跨度管桁架钢结构，其特征在于，所述支撑架的中部设置有支柱，所述支柱设置在上层支撑梁的上端。

4.根据权利要求1所述的大跨度管桁架钢结构，其特征在于，所述第二C 形扣设置在支撑板上，所述支撑板放置在上层支撑梁的上端，所述支撑板的下端设置有两块凹凸板，两块所述凹凸板分布在上层支撑梁的两侧，且凹凸板紧贴上层支撑梁侧面，所述支撑板、第二C形扣和凹凸板一体成型，所述上层支撑梁的侧面沿长度方向设置有若干均匀的第三通孔，两块所述凹凸板通过固定螺栓与上层支撑梁连接，所述固定螺栓穿过第三通孔。

5.根据权利要求1所述的大跨度管桁架钢结构，其特征在于，所述钢柱的下端为尖端，所述钢柱下端设置有螺旋叶片。

6.一种权利要求1‑5任一项所述的大跨度管桁架钢结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将钢柱安装在打桩机上，利用打桩机将钢柱打入地下；

S2：在底面挖出浇注基座的基坑，然后在钢柱上焊接加强筋；

S3：利用水泥浇注出基座和基桩，并在基桩的上端预留安装固定螺栓的通孔；

S4：在地面上组装好上层支撑梁、下层支撑梁、支撑梁和三角支架，形成大梁结构；

S5：在地面上架起大梁结构，在大梁结构的各个位置张贴若干变形传感器，向大梁结构的中点施加载荷力F，观测变形传感器监测的变形量；

S6：若存在其中一个变形传感器监测的变形量超过允许值，则停止检测，执行下一步；

否则，返回步骤S5，加大施加的载荷力F；

S7：计算停止检测时施加的载荷力F条件下大梁结构的弯曲刚度Cw：其中，a为大梁结构两个支撑点的距离，f为载荷力F作用点的挠度；

S8：将弯曲刚度Cw与弯曲刚度标准值进行比较，若弯曲刚度Cw大于弯曲刚度标准值，则大梁结构满足要求，执行步骤S10；

S9：否则，不满足要求，返回步骤S4，增加上层支撑梁、下层支撑梁、支撑梁和三角支架的尺寸，重新组装大梁结构；

S10：利用吊机将满足要求的大梁结构吊起，放置在基桩上，再安装好固定螺栓进行固定；

S11：吊机再吊起支撑架，放置在上层支撑梁上，使两块凹凸板贴合上层支撑梁的两侧，然后利用多台吊机从各个部位吊起支撑梁，使支撑梁形成设定的形状，再安装支柱；

S12：依次安装支撑架上各节钢管连接处的限位螺栓，实现固定，然后再安装凹凸板处的固定螺栓，完成施工。

说明书

一种大跨度管桁架钢结构及施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及建筑安装技术领域，具体涉及一种大跨度管桁架钢结构及施工方法。

背景技术

[0002] 空间管桁架结构以其独特的造型、结构受力、工艺和经济优势在越来越多的工程中得以应用。尤其是在大跨度、建筑物外观造型复杂的工程中应用最多。相比网架结构而
言，不但节省了材料，构造任意曲线形状更加具有无法比拟的优势。由于其发展相比网格结
构中的网壳结构及网架结构晚一些。但是其具有的无法比拟的优势，很快便在各种大型建
筑中得到了广泛应用。但关于空间钢管桁架的研究体系还不十分完善。随着社会对大跨度、
造型美观要求的不断提高，空间钢管桁架结构的发展空间还很大。

[0003] 在一些高纬度、高海拔、低温严寒的环境中存在较深的冻土层，测量基准点可能随冻土层的产生和消失发生偏移，在降雨量大、降雪量大、风大、极其寒冷，对低合金结构钢的
焊接影响显著，如何克服雨水、雾、严寒、氯离子等对钢结构表面的影响，确保达到有效的防
腐年限，是现在亟待解决的问题。

发明内容

[0004] 针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种能有效减少焊点，能适应恶劣环境的大跨度管桁架钢结构及施工方法。

[0005] 为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

[0006] 提供一种大跨度管桁架钢结构，其包括下层支撑梁，下层支撑梁的两端分别固定在基桩上，基桩的下端设置有基座，基桩包括置入地下的钢柱，基桩为钢柱外浇注的水泥
桩，基座为钢柱下端浇注的水泥座，水泥桩和水泥座内均设置有若干层加强层，每层加强层
均包括四根加强筋，四根加强筋均垂直于钢柱，四根加强筋圆周分布在钢柱四周；基桩的上
端设置有垫块，垫块与钢柱一体成型；下层支撑梁放置在垫块上，下层支撑梁的上方通过桁
架设置有上层支撑梁，上层支撑梁和下层支撑梁均为工字钢；

[0007] 上层支撑梁的上方设置有可形成不同形状的支撑架，支撑架包括若干根相互连接的钢管，两根钢管通过第一C形扣和插接端连接形成上下转动的自由度，插接端插入第一C
形扣内通过铰接轴进行铰接，支撑架两端的钢管通过插接端与第二C形扣铰接，第二C形扣
安装在上层支撑梁上，第一C形扣和第二C形扣的两侧均设置有若干第一通孔，若干第一通
孔分布在铰接轴的同心圆上，插接端上设置有与第一通孔对应的第二通孔，第一通孔内设
置有限位螺栓，且限位螺栓穿过第二通孔。

[0008] 进一步地，桁架包括若干均匀分布的支撑梁，支撑梁之间设置有三角支架。

[0009] 进一步地，下层支撑梁通过两块夹块与基桩连接，两块夹块与下层支撑梁一体成型，两块夹块夹持在基桩的两侧，垫块设置在两块夹块之间，两块夹块之间设置有固定螺
栓，且固定螺栓贯穿基桩和钢柱。

[0010] 进一步地，支撑架的中部设置有支柱，支柱设置在上层支撑梁的上端。

[0011] 进一步地，第二C形扣设置在支撑板上，支撑板放置在上层支撑梁的上端，支撑板的下端设置有两块凹凸板，两块凹凸板分布在上层支撑梁的两侧，且凹凸板紧贴上层支撑
梁侧侧面，支撑板、第二C形扣和凹凸板一体成型，上层支撑梁的侧面沿长度方向设置有若
干均匀的第三通孔，两块凹凸板通过固定螺栓与上层支撑梁连接，固定螺栓穿过第三通孔。

[0012] 进一步地，钢柱的下端为尖端，钢柱下端设置有螺旋叶片。

[0013] 一种大跨度管桁架钢结构的施工方法，其包括以下步骤：

[0014] S1：将钢柱安装在打桩机上，利用打桩机将钢柱打入地下；

[0015] S2：在底面挖出浇注基座的基坑，然后在钢柱上焊接加强筋；

[0016] S3：利用水泥浇注出基座和基桩，并在基桩的上端预留安装固定螺栓的通孔；

[0017] S4：在地面上组装好上层支撑梁、下层支撑梁、支撑梁和三角支架，形成大梁结构；

[0018] S5：在地面上架起大梁结构，在大梁结构的各个位置张贴若干变形传感器，向大梁结构的中点施加载荷力F，观测变形传感器监测的变形量；

[0019] S6：若存在其中一个变形传感器监测的变形量超过允许值，则停止检测，执行下一步；否则，返回步骤S5，加大施加的载荷力F；

[0020] S7：计算停止检测时施加的载荷力F条件下大梁结构的弯曲刚度Cw：

[0021]

[0022] 其中，a为大梁结构两个支撑点的距离，f为载荷力F作用点的挠度；

[0023] S8：将弯曲刚度Cw与弯曲刚度标准值进行比较，若弯曲刚度Cw大于弯曲刚度标准值，则大梁结构满足要求，执行步骤S10；

[0024] S9：否则，不满足要求，返回步骤S4，增加上层支撑梁、下层支撑梁、支撑梁和三角支架的尺寸，重新组装大梁结构；

[0025] S10：利用吊机将满足要求的大梁结构吊起，放置在基桩上，再安装好固定螺栓进行固定；

[0026] S11：吊机再吊起支撑架，放置在上层支撑梁上，使两块凹凸板贴合上层支撑梁的两侧，然后利用多台吊机从各个部位吊起支撑梁，使支撑梁形成设定的形状，再安装支柱；

[0027] S12：依次安装支撑架上各节钢管连接处的限位螺栓，实现固定，然后再安装凹凸板处的固定螺栓，完成施工。

[0028] 本发明的有益效果为：本方案将顶部的支撑架设置成可调节的多节结构，可根据需要调整支撑架的形状，在施工的过程中，可设置成多种形状的顶棚，满足施工需求。同时，
通过钢柱直接置入地下，穿破冻土层，确保基桩的稳定性，加强筋进一步增加基桩的强度，
使整个管桁架钢结构的稳定，使大跨度安装也具有良好的安全性。本发明尽量减少了焊点
的设计，通过大量的螺栓进行组装，施工时更加方便、快捷；降低了施工难度，具有安全、经
济、高效等优点。

附图说明

[0029] 图1为大跨度管桁架钢结构的结构图。

[0030] 图2为支撑架中钢管之间的连接结构图一。

[0031] 图3为支撑架中钢管之间的连接结构图二。

[0032] 图4为第二C形扣的结构图。

[0033] 其中，1、基座，2、加强筋，3、钢柱，4、基桩，5、支柱，6、夹块，7、固定螺栓，8、下层支撑梁，9、支撑梁，10、三角支架，11、垫块，12、上层支撑梁，13、支撑架，14、第二C形扣，15、凹
凸板，16、支撑板，17、第一C形扣，18、插接端，19、第一通孔，20、铰接轴，21、限位螺栓。

具体实施方式

[0034] 下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，
只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易
见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

[0035] 如图1至图4所示，本方案的大跨度管桁架钢结构包括下层支撑梁8，下层支撑梁8的两端分别固定在基桩4上，基桩4的下端设置有基座1，基桩4包括置入地下的钢柱3，基桩4
为钢柱3外浇注的水泥桩，基座1为钢柱3下端浇注的水泥座，水泥桩和水泥座内均设置有若
干层加强层，每层加强层均包括四根加强筋2，四根加强筋2均垂直于钢柱3，四根加强筋2圆
周分布在钢柱3四周；基桩4的上端设置有垫块11，垫块11与钢柱3一体成型；下层支撑梁8放
置在垫块11上，下层支撑梁8的上方通过桁架设置有上层支撑梁12，上层支撑梁12和下层支
撑梁8均为工字钢；

[0036] 上层支撑梁12的上方设置有可形成不同形状的支撑架13，支撑架13包括若干根相互连接的钢管，两根钢管通过第一C形扣17和插接端18连接形成上下转动的自由度，插接端
18插入第一C形扣17内通过铰接轴20进行铰接，支撑架13两端的钢管通过插接端18与第二C
形扣14铰接，第二C形扣14安装在上层支撑梁12上，第一C形扣17和第二C形扣14的两侧均设
置有若干第一通孔19，若干第一通孔19分布在铰接轴20的同心圆上，插接端18上设置有与
第一通孔19对应的第二通孔，第一通孔19内设置有限位螺栓21，且限位螺栓21穿过第二通
孔。

[0037] 桁架包括若干均匀分布的支撑梁9，支撑梁9之间设置有三角支架10，提供足够的支撑力和强度。下层支撑梁8通过两块夹块6与基桩4连接，两块夹块6与下层支撑梁8一体成
型，两块夹块6夹持在基桩4的两侧，垫块11设置在两块夹块6之间，两块夹块6之间设置有固
定螺栓7，且固定螺栓7贯穿基桩4和钢柱3。

[0038] 支撑架13的中部设置有支柱5，支柱5设置在上层支撑梁12的上端，为支撑架13整体提供一定的支撑力。第二C形扣14设置在支撑板16上，支撑板16放置在上层支撑梁12的上
端，支撑板16的下端设置有两块凹凸板15，两块凹凸板15分布在上层支撑梁12的两侧，且凹
凸板15紧贴上层支撑梁12侧侧面，支撑板16、第二C形扣14和凹凸板15一体成型，上层支撑
梁12的侧面沿长度方向设置有若干均匀的第三通孔，两块凹凸板15通过固定螺栓7与上层
支撑梁12连接，固定螺栓7穿过第三通孔。钢柱3的下端为尖端，钢柱3下端设置有螺旋叶片，
方便置入地下。

[0039] 上述大跨度管桁架钢结构的施工方法包括以下步骤：

[0040] S1：将钢柱3安装在打桩机上，利用打桩机将钢柱3打入地下；

[0041] S2：在底面挖出浇注基座1的基坑，然后在钢柱3上焊接加强筋2；

[0042] S3：利用水泥浇注出基座1和基桩4，并在基桩4的上端预留安装固定螺栓7的通孔；

[0043] S4：在地面上组装好上层支撑梁12、下层支撑梁8、支撑梁9和三角支架，形成大梁结构；

[0044] S5：在地面上架起大梁结构，在大梁结构的各个位置张贴若干变形传感器，向大梁结构的中点施加载荷力F，观测变形传感器监测的变形量；

[0045] S6：若存在其中一个变形传感器监测的变形量超过允许值，此时为该大梁结构所能承载的最大载荷，则停止检测，执行下一步；否则，返回步骤S5，加大施加的载荷力F；

[0046] S7：计算停止检测时施加的载荷力F条件下大梁结构的弯曲刚度Cw：

[0047]

[0048] 其中，a为大梁结构两个支撑点的距离，f为载荷力F作用点的挠度；

[0049] S8：将弯曲刚度Cw与弯曲刚度标准值进行比较，若弯曲刚度Cw大于弯曲刚度标准值，则大梁结构满足要求，执行步骤S10；弯曲刚度标准值为此次桁架施工，所需承载的压力
的弯曲刚度，可通过施工设计模型计算出来；

[0050] S9：否则，不满足要求，返回步骤S4，增加上层支撑梁12、下层支撑梁8、支撑梁9和三角支架的尺寸，重新组装大梁结构；

[0051] S10：利用吊机将满足要求的大梁结构吊起，放置在基桩4上，再安装好固定螺栓7进行固定；

[0052] S11：吊机再吊起支撑架13，放置在上层支撑梁12上，使两块凹凸板15贴合上层支撑梁12的两侧，然后利用多台吊机从各个部位吊起支撑梁9，使支撑梁9形成设定的形状，再
安装支柱5；

[0053] S12：依次安装支撑架13上各节钢管连接处的限位螺栓21，实现固定，然后再安装凹凸板15处的固定螺栓7，完成施工。

[0054] 本方案将顶部的支撑架13设置成可调节的多节结构，可根据需要调整支撑架13的形状，在施工的过程中，可设置成多种形状的顶棚，满足施工需求。同时，通过钢柱3直接置
入地下，穿破冻土层，确保基桩4的稳定性，加强筋2进一步增加基桩4的强度，使整个管桁架
钢结构的稳定，使大跨度安装也具有良好的安全性。本发明尽量减少了焊点的设计，通过大
量的螺栓进行组装，施工时更加方便、快捷；降低了施工难度，具有安全、经济、高效等优点。