钢结构拼接胎架在大跨度穹顶钢结构中的使用

钢结构拼接胎架在大跨度穹顶钢结构中的使用

曾志猛

中建八局第二建设有限公司 广西南宁 530000

【摘要】大跨度穹顶钢结构中，通过应用钢结构拼接胎架，以此来达到预期的拼接需求。此次研究受穹顶设计形式一般具有跨度大、造型独特、结构复杂的特点，为一个地区的标志性建筑物影响，故需在拼接胎架设计上，以此达到拼接效果。本文概述了钢结构拼接胎架在大跨度穹顶钢结构中的使用，进一步分析了设计关键和施工重点，以为大跨度穹顶钢结构设计提供可行性借鉴。

【关键词】钢结构；拼接胎架；大跨度；穹顶

大跨度钢结构广泛应用在商业广场等跨度很高的建筑领域中，施工中需严格建筑结构特点、科学选择施工技术措施，严格控制工程质量与进度，提升工程施工稳定性^[1-2]。大跨度穹顶钢结构施工环节，利用拼接胎架是建筑结构的基础，在建筑整体结构及质量中起着至关重要的作用。而现有钢结构多采用拼接结构，就需设计相应的焊接模具来适应不同钢结构柱拼接需求。现就大跨度穹顶结构施工中基于钢结构拼接胎架的施工细节的分析如下：

1、设计背景

随着现代国民经济的发展，高铁站房、超高层等大空间和超大空间建筑物需要建造越来愈多的大跨度空间钢结构。该类建筑的穹顶设计形式一般具有跨度大、造型独特、结构复杂的特点，为一个地区的标志性建筑物。传统实腹式梁施工无法满足大型公共建筑对跨度的要求，而桁架形式的设计和安装施工中，受桁架拼装工序复杂，成本消耗过大。而拼装胎架以其随用随做的方式，采用角焊缝焊接，焊接质量保证影响，较重桁架拼装时存在安全隐患；

因支架大多为一次性消耗，成本较高。为降低和简化安装难度、减少安装中高空作业，拼装作为关键工序，通过精准控制其精度控制、实现方案的易操作性，成为安装施工效果。在空间钢结构中，拼装可直接影响整个施工过程的进度和质量。随着钢结构施工中的拼装胎架，应用操作简单、安全实用、可重复使用的拼装胎架，并强化在施工环节加以控制，保证拼装精度，降低作业风险，提高施工效率提供了依据。

2、设计要点和施工关键

2.1底板

至少两个纵向定位梁平行设置，沿底板纵向延伸且可拆卸连接于底板上，纵向定位梁间距可调；至少两个法兰板，沿底板横向布设且可拆卸连接于纵向定位梁上，法兰板与底板垂直设置，间距可调；至少两个支撑架，设于法兰板之间（T字形钢板），可拆卸连接于纵向定位梁（工字型钢梁）上，间距可调。底板两端设有C级螺栓孔横向定位孔（梁顶面翼缘设有若干等间距的第一螺孔），以固定纵向定位梁。底板设计环节，因为整个胎架结构基础板，根据待拼装柱的横截面尺寸选择合适的横向定位孔来固定纵向定位梁，以实现不同截面尺寸柱拼装。期间以三根螺栓连接。

底板设计效果上，以可调整可拆卸的纵向定位梁在底板上的位置实现不同截面尺寸柱拼接；采用法兰板和支撑架实现对柱构件焊接中的固定和支撑，且通过调节法兰板和支撑架在纵向定位梁上的位置实现对不同长度柱拼接；支撑架上设有放置钢结构柱凹槽，防止钢结构柱在拼接过程中发生翻转和挠曲变形。新型的钢结构柱拼装胎架，避免了为不同尺寸和构造的柱构件重复性地制作胎架，节约材料和能耗。

2.2移动设计

支撑胎架是一种为方便机械设备装配与焊接的一种专用工艺装备，不同的设备不同的工艺，胎架的形式也不同。在制作钢结构产品时，需将钢结构固定在胎架上，然后行钢结构焊接，利用胎架制作钢结构产品，提高制作效率和制作精度等。但受当前穹顶钢结构支撑架由于体积较大，移动麻烦。

应用穹顶钢结构支撑胎架，以解决上述背景技术中的缺点。穹顶钢结构支撑胎架设计，应用的主要材料包括支撑胎架主体、固定脚、底座、万向轮、折叠杆、支柱、连接架、连接杆和顶板，支撑胎架主体底部为固定脚，固定脚上方为底座，底座左右两侧设万向轮、万向轮通过折叠杆与底座相连接，底座上方四周安装有四个支柱，每两根支柱间设有连接架，连接架右侧设有连接杆，支柱顶部安装顶板。对穹顶钢结构支撑胎架进行改进，在底座两侧增设了折叠轮和连接杆上设置的连接架，使得可同时移动多个穹顶钢结构支撑胎架，结构简单，移动灵活。在不脱离新型精神和范围的前提下，新型还会有各种变化和改进。制作环节，需将钢结构固定在胎架上，然后行钢结构焊接，利用胎架制作钢结构产品，提高制作效率和制作精度等。通过对穹顶钢结构支撑胎架进行改进，在底座的两侧增设了折叠轮和连接杆上设置的连接架，移动多个穹顶钢结构支撑胎架，结构简单，移动灵活。穹顶拼装胎架设计中，包括支撑穹顶环梁的沿整个周向布置的内圈立柱、支撑穹顶径向梁一端的沿整个周向布置的外圈立柱、支撑穹顶径向梁另一端的沿整个周向布置的混凝土基础。内圈立柱与外圈立柱沿轴向由两段组成，在穹顶本体拼装完毕后，将内圈立柱与外圈立柱的上半段拆除，内圈立柱与外圈立柱的下半段通过支撑牛腿连接；支撑牛腿与穹顶模块连接。新型材料用量少，操作简便，结构螺栓连接节点，易拆卸易运输，胎架结构与穹顶下口空间较大，可用于内部模块材料的倒运、安装；可有效的缩短胎具的拼装工期和穹顶的施工周期，提高穹顶的装配精度。

3、研究综述

应用圆形四面体型索穹顶，该索穹顶脊索环向连续布置，增加了结构抵抗不均匀荷载能力；利用节点平衡法与位移法，在结构理想状态下实现初始预应力计算公式^[3]。通过沿环形圈梁间隔布置的吊杆，实现平台面依托穹顶结构逐级布置，操作方便，适用于大跨度曲面穹顶施工；吊点免焊接吊点，便于安拆；顶底可同时施工，节省工期^[4]。施工方法为管材切割——桁架预拼装——桁架运输——桁架现场吊装，以解决在钢结构施工过程中的穹顶曲面大跨度钢桁架的技术难题^[5]。吊杆对应吊点竖向设置，下层吊杆的中间托板与上层吊杆的底部托板等高设置，阶梯平台包括中心平台和围绕中心平台周围阶梯状设置的一系列环形平台，台面桁架横梁一端与上层吊杆底部托板固连，另一端与下层吊杆中间托板固连，相邻层水平台面之间设置爬梯^[6]。

结束语：

钢结构拼装可调式工装胎架设计后，可根据构件形式、计算依据，灵活调整支撑胎架的位置和高度；因临时支撑胎架在设计时利用电脑三维技术和施工加 以精密全站仪测量定位技术，拼装胎架可全高度自由调节，故钢结构拼装精度较高。

【参考文献】

[1] 古涛. 大跨度穹顶钢结构设计与施工分析[J]. 砖瓦，2021(1):86-87.

[2] 阮凯. 大跨度穹顶钢结构设计与施工技术应用研究[J]. 建筑工程技术与设计，2021(19):274.

[3] 张爱林，朱莉娜，张艳霞，等. 星形四面体型索穹顶构形和预应力分析方法[J]. 振动与冲击，2021，40(9):84-91.

[4] 中国建筑第二工程局有限公司. 一种阶梯式大跨度曲面钢结构穹顶施工平台:CN202021483290.7[P]. 2021-04-02.

[5] 中铁四局集团建筑工程有限公司. 一种用于大跨度钢桁架多曲面穹顶结构的施工方法:CN202110206606.0[P]. 2021-06-22.

[6] 中国建筑第二工程局有限公司. 一种钢结构穹顶高空作业阶梯式操作平台及其施工方法:CN202010721435.0[P]. 2021-04-16.