四角锥球面网壳无脚手架施工安装方法及吊装机具.pdf

本发明公开了一种四角锥球面网壳无脚手架施工安装方法及吊装机具。首先在地面进行组件安装，每个组件均包括一个球和四根杆件，然后，用提升机具把组件提升起来，配合吊升就位并同时人工在上面进行“四杆连四球”施工安装。一圈与一圈安装叠加后，即构建成整个四角锥球面网壳。本发明的吊装机具为型钢托撑式拔杆，零件包括一根型钢、一根拔杆、两根带椡链的缆风绳、一个滑轮、一个卷扬机及一根钢索、若干个螺栓。这些零件简单、轻便、价廉，而所组装起来的吊装机具却可以解决四角锥球面网壳重型构件的高净空安装难题。与传统施工方法相比较，本发明方法具有施工工效高、工期短、施工方便、安装质量优良率高、施工成本低的特点。

1.  一种四角锥球面网壳无脚手架施工安装方法，其特征在于该方法的步骤如下：首先在地面将每个相同构成的组件进行安装，然后，用吊装机具把组件提升起来，配合吊升就位并同时人工在上面进行“四杆连四球”施工安装。

2.  根据权利要求1所述的一种四角锥球面网壳无脚手架施工安装方法，其特征在于所述的相同构成的组件：均包括一个球(5)和四根杆件，四根杆件即为纬向杆(a)、下经向杆(b)和两根腹杆(c、d)；每个球(5)上分别装有下经向杆(b)，以下经向杆(b)为对称轴，并与对称轴构成角度小于90°～5°的第一根腹杆(c)和第二根腹杆(d)，以及一根向左或向右的纬向杆(a)，四根杆一端的延长线均通过球(5)的中心。

3.  根据权利要求1所述的一种四角锥球面网壳无脚手架施工安装方法，其特征在于所述的人工在上面进行“四杆连四球”施工安装：即纬向杆(a)的另一端与下面第一个球(1)连接，下经向杆(b)的另一端与下面第二个球(2)连接，第一根腹杆(c)的另一端与下面第三个球(3)连接，第二根腹杆(d)的另一端与下面第四个球(4)连接，以上四根杆与各自球连接的延长线均通过各自球的中心；依次类推，即构建成四角锥球面网壳的一圈，一圈与一圈安装叠加后，即构建成整个四角锥球面网壳。

4.  一种四角锥球面网壳无脚手架施工安装的吊装机具，其特征在于：带钢板(12)的型钢(11)底部两侧各开有两个圆孔(13)，分别用于穿U形螺杆及螺母(14)，型钢中间开有一个圆孔(15)，在该圆孔(15)上置有一块底部开一个圆孔(15)、两侧各开一个圆孔(16)的槽形钢板(17)，型钢中间底部圆孔(15)用螺栓(18)连接型钢(11)，螺栓(19)用于穿两侧圆孔(16)和拔杆(20)下部钢板(27)上的翼缘板(28)中的圆孔以实现型钢(11)与拔杆(20)的连接；拔杆(20)顶部焊接一块钢板(21)，该钢板上开有3个圆孔，其中中间圆孔(22)用于吊挂滑轮，两侧圆孔(23)各连接一根缆风绳(24)，每根缆风绳中部连接一个椡链(25)、端部连接一个吊钩(26)，将型钢(11)搁置在网壳结构两根交叉的已安装好的腹杆上，把U形螺杆(14)插入型钢两侧的圆孔(13)并拧紧螺母使型钢(11)固定在两根腹杆上，将拔杆(20)下部的翼缘板(28)插入型钢中部上置的槽形钢板(17)中间，把螺栓(19)插入孔(16)中并拧紧螺母，使拔杆(20)架设并固定在型钢(11)上，拔杆(20)上部钢板(21)两侧孔(23)连接的缆风绳(24)端部吊钩(26)扣挂在网壳结构的球节点与杆件连接处。

四角锥球面网壳无脚手架施工安装方法及吊装机具
技术领域
本发明涉及大跨度空间网壳结构施工，尤其是涉及一种四角锥球面网壳无脚手架施工安装方法及吊装机具。
背景技术
双层网壳是大跨度空间结构的常用型式，包含上弦杆、腹杆、下弦杆、以及连接杆件的球节点，主要有四角锥、三角锥等体系。对于离地面净空高度在几十米甚至上百米的网壳结构来说，施工却存在很大的困难。原因是：
1、汽车吊、履带吊、塔吊等起重吊车的起重量虽然可以满足吊装网壳结构的球和杆等散件的要求，但是受起重吊车本身臂长的制约，其最大吊装高度是有限的；此外，钢筋混凝土板承载力往往不足以承受吊车的自重，所以对于许多工程情况来说，吊车是无法进场开展吊装施工作业的。因此，吊车吊装法无法解决大跨度网壳结构中构件的高净空吊装问题。
2、对于单个球或单根杆件的重量大到人力无法搬运和安装的情况，常规的搭设满堂脚手架的高空散装法也无法实施安装，因此，高空散装法无法解决大跨度网壳结构中重型构件的施工安装问题。
3、对于单个球和单根杆件重量都较轻，人力可以搬运和安装的情况，高空散装法虽然可以解决大跨度网壳结构的高净空施工安装问题，但脚手架用量极大。由于网壳结构离地净空高，完全有可能出现为安装一个数百吨重的网壳结构却需要搭设数千吨重临时钢管脚手架的情况。脚手架购买或租赁费用，加上为解决脚手架重量大而不得不加固地基等费用，施工成本非常高。同时，满堂脚手架的安装与拆卸时间往往大于网壳结构本身的施工安装时间，无疑大大延长了工程的总工期。因此，高空散装法技术上虽可行但经济上极不合理。
发明内容
本发明的目的是针对含有重型构件的大跨度四角锥球面网壳，为其高净空吊装提供方便易行、且经济合理的一种四角锥球面网壳无脚手架施工安装方法及吊装机具。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一、一种四角锥球面网壳无脚手架施工安装方法，该方法的步骤如下：
首先在地面将每个相同构成的组件进行安装，然后，用吊装机具把组件提升起来，配合吊升就位并同时人工在上面进行“四杆连四球”施工安装。
所述的相同构成的组件：均包括一个球和四根杆件，四根杆件即为纬向杆、下经向杆和两根腹杆；每个球上分别装有下经向杆，以下经向杆为对称轴，并与对称轴构成角度小于90°～5°的第一根腹杆和第二根腹杆，以及一根向左或向右的纬向杆，四根杆一端的延长线均通过球的中心。
所述的人工在上面进行“四杆连四球”施工安装：即纬向杆的另一端与下面第一个球连接，下经向杆的另一端与下面第二个球连接，第一根腹杆的另一端与下面第三个球连接，第二根腹杆的另一端与下面第四个球连接，以上四根杆与各自球连接的延长线均通过各自球的中心；依次类推，即构建成四角锥球面网壳的一圈，一圈与一圈安装叠加后，即构建成整个四角锥球面网壳。
二、一种四角锥球面网壳无脚手架施工安装的吊装机具：
带钢板的型钢底部两侧各开有两个圆孔，分别用于穿U形螺杆及螺母，型钢中间开有一个圆孔，在该圆孔上置有一块底部开一个圆孔、两侧各开一个圆孔的槽形钢板，型钢中间底部圆孔用螺栓连接型钢，螺栓用于穿两侧圆孔和拔杆下部钢板上的翼缘板中的圆孔以实现型钢与拔杆的连接；拔杆顶部焊接一块钢板，该钢板上开有3个圆孔，其中中间圆孔用于吊挂滑轮，两侧圆孔各连接一根缆风绳，每根缆风绳中部连接一个椡链、端部连接一个吊钩。将型钢搁置在网壳结构两根交叉的已安装好的腹杆上，把U形螺杆插入型钢两侧的圆孔并拧紧螺母使型钢固定在两根腹杆上。将拔杆下部的翼缘板插入型钢中部上置的槽形钢板中间，把螺栓插入孔中并拧紧螺母，使拔杆架设并固定在型钢上。拔杆上部钢板两侧孔连接的缆风绳端部吊钩扣挂在网壳结构的球节点与杆件连接处。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是：
1.机具轻便，组装简单。发明的吊装机具的零件只包括一根型钢、一根拔杆、两根带椡链的缆风绳、一个滑轮、一个卷扬机及一根钢索、若干个螺栓，这些零件简单、轻便、价廉，而所组装起来的吊装机具却可以解决四角锥球面网壳重型构件的高净空安装难题。
2.提高工效，缩短工期。
(1)根据发明的安装方法，结构中球与杆件施工安装工作总量的50％在工厂车间或施工现场的地面完成，使球与杆件的施工安装高空作业总量比传统方法减少一半，从而使结构施工的工效提高一倍。
(2)组件地面制作与组件高空安装是在两个不同的工作面上进行的，二者可同步平行施工，不具有时间上的累加性。可根据高空施工安装进度提前制作好适量的组件，随用随吊。
(3)组件“四杆连四球”的高空施工安装工作可四人四点同步进行，又可比传统“两球连一杆”两人两点同步施工安装的工效提高一倍。
(4)由于施工可不搭设脚手架，节省了脚手架搭设与拆卸时间。
综合以上因素，本发明方法可大大缩短施工工期。
3.施工方便。吊装所用捆绑绳索可直接套在球与杆件的连接部位即可，既方便又安全。螺栓球节点型式连接的组件可直接在地面进行拼装；焊接球节点型式连接的组件可制作专门的拼装架以保证组件形状的准确性，由于球面网壳同一圈上的网格尺寸完全相同，所以一个拼装架可重复使用、批量拼装。
4.提高施工质量。由于结构中球与杆件安装工作总量的50％在工厂车间或施工现场地面进行，避免了高空作业给施工质量与精度带来的负面影响，使这些部位施工安装精度能够得到充分的保证，从而使整体结构施工安装质量优良率明显提高。
5.降低施工成本。由于无需施工脚手架，吊装机具用料量少价廉，加上施工工期缩短等因素。所以，本发明施工安装方法的施工成本将大大低于传统施工安装方法。
附图说明
图1是网壳结构局部及其“一球连四杆”组件构成的三维透视图。
图2是处于施工安装中的“非完整”四角锥球面网壳的平面图(a)与立面图(b)。
图3中图3a、图3b、图3c、图3d是本发明方法的施工流程示意图。
图4a是吊车吊装传统施工布置示意图。
图4b是本发明机具吊装施工布置示意图。
图5a是吊装机具所用型钢及相关零件构造俯视图。
图5b是吊装机具所用型钢及相关零件构造正视图。
图5c是吊装机具所用型钢及相关零件构造侧视图。
图6是吊装机具所用拔杆与钢丝绳及相关零件构造示意图。
图7是吊装机具装配侧视图。
图8是吊装机具装配正视图。
图中：1、第一个球，2、第二个球，3、第三个球，4、第四个球，5、球，6、吊车臂，7、拔杆，8、缆风绳，9、卷扬机，10、钢索，11、型钢，12、钢板，13、圆孔，14、U形螺杆与螺母，15、圆孔，16、圆孔，17、槽形钢板，18、螺栓，19、螺栓，20、拔杆，21、钢板，22、圆孔，23、圆孔，24、缆风绳，25、椡链，26、吊钩，27、钢板，28、翼缘板，29、钢索，30、滑轮，31、吊装组件，a、纬向杆，b、下经向杆，c、第一腹杆，d、第二腹杆。
具体实施方式
如图1所示，是本发明网壳结构局部及其“一球连四杆”组件构成的三维透视图。图中粗实线表示上弦层的经向杆与纬向杆、粗虚线表示下弦层的经向杆与纬向杆、细实线表示腹杆。
如图1、图3所示，所述的相同构成的组件：均包括一个球5和四根杆件，四根杆件即为纬向杆a、下经向杆b和两根腹杆c、d；每个球5上分别装有下经向杆b，以下经向杆b为对称轴，并与对称轴构成角度小于90°～5°的第一根腹杆c和第二根腹杆d，以及一根向左或向右的纬向杆a，四根杆一端的延长线均通过球5的中心。
所述的人工在上面进行“四杆连四球”施工安装：即纬向杆a的另一端与下面第一个球1连接，下经向杆b的另一端与下面第二个球2连接，第一根腹杆c的另一端与下面第三个球3连接，第二根腹杆d的另一端与下面第四个球4连接，以上四根杆与各自球连接的延长线均通过各自球的中心；依次类推，即构建成四角锥球面网壳的一圈，一圈与一圈安装叠加后，即构建成整个四角锥球面网壳。图3a、图3b、图3c、图3d是本发明方法的施工流程示意图。图2是处于施工安装中的“非完整”四角锥球面网壳的平面图2a与立面图2b。
如图5、图6、图7、图8所示，本发明吊装机具包括：带钢板12的型钢11底部两侧各开有两个圆孔13，分别用于穿U形螺杆及螺母14，型钢中间开有一个圆孔15，在该圆孔15上置有一块底部开一个圆孔15、两侧各开一个圆孔16的槽形钢板17，型钢中间底部圆孔15用螺栓18连接型钢11，螺栓19用于穿两侧圆孔16和拔杆20下部钢板27上的翼缘板28中的圆孔以实现型钢11与拔杆20的连接；拔杆20顶部焊接一块钢板21，该钢板上开有3个圆孔，其中中间圆孔22用于吊挂滑轮，两侧圆孔23各连接一根缆风绳24，每根缆风绳中部连接一个椡链25、端部连接一个吊钩26。将型钢11搁置在网壳结构两根交叉的已安装好的腹杆上，把U形螺杆14插入型钢两侧的圆孔13并拧紧螺母使型钢11固定在两根腹杆上。将拔杆20下部的翼缘板28插入型钢中部上置的槽形钢板17中间，把螺栓19插入孔16中并拧紧螺母，使拔杆20架设并固定在型钢11上。拔杆20上部钢板21两侧孔23连接的缆风绳24端部吊钩26扣挂在网壳结构的球节点与杆件连接处。
首先在地面将每个相同构成的组件进行安装，然后，用吊装机具把组件提升起来，配合吊升就位并同时人工在上面进行“四杆连四球”施工安装。
下面以一个四角锥球面网壳结构为例：具体实施方式如下
1.四角锥球面网壳结构上弦层球与杆组成的组件的施工安装流程如图3所示。首先在地面进行组件安装，每个组件包括一个球和四根杆件，分别为：一个(上弦层)球5、一根(上弦层)左纬向杆a、一根(上弦层)下经向杆b、两根腹杆c和d。然后，用吊车或拔杆吊装机具等简易方法把组件提升起来，四名施工人员分别站在如图3(a)的1、2、3、4号球位置的一侧，配合吊升就位并同时进行“四杆连四球”施工安装工作，即：1号球连接a杆；2号球连接b杆；3号球连接c杆；4号球连接d杆，如图3(b)所示。同理，完成下一个组件施工安装，如图3(c)所示。
采用吊车吊装的最大优点是工作效率高，缺点是最大吊装高度受吊车臂6长度等因素制约，如图4(a)所示。而型钢托撑式拔杆吊装机具可架设在安装好的结构的腹杆上，并用缆风绳8临时固定，如图4(b)所示。吊升由地面卷扬机9控制，因为索10可以任意长，所以采用拔杆吊装机具的最大优点是吊装高度几乎无限制，但缺点是工作效率不及吊车，因为搭设拔杆吊装机具要占用一些时间。实际工程中可把两者结合起来使用。
型钢托撑式拔杆吊装机具的构成与安装如图5、6、7、8所示，把槽形钢板17事先用螺栓18与型钢11相连，型钢托撑式拔杆的安装与拆卸顺序如下：将型钢11搁置在网壳结构两根交叉的已安装好的腹杆上，把U形螺杆14插入型钢两侧的圆孔13并拧紧螺母使型钢11固定在两根腹杆上。将拔杆20下部的翼缘板28插入型钢中部上置的槽形钢板17中间，把螺栓19插入孔16中并拧紧螺母，使拔杆20架设并固定在型钢11上。拔杆20上部钢板21两侧孔23连接的缆风绳24端部吊钩26扣挂在网壳结构的球节点与杆件连接处。至此，一个稳定的、自平衡的型钢托撑式拔杆吊装机具体系形成。吊装工作依靠地面的卷扬机拉动钢索29完成，该钢索通过拔杆上部钢板所吊挂的滑轮30，一端连接卷扬机，另一端连接吊装的组件31。当组件吊装到位准备拼装到结构上时，可利用缆风绳24上的椡链25对拔杆20的倾角进行调整，以利于施工的精确对位。该组件31吊装完成后，通过拧松拔出螺栓19和U形螺栓14以拆卸拔杆20与型钢11。移至下一个吊装位置后，按照以上顺序和方法重新安装型钢托撑式拔杆，并吊装下一个组件。
2.与上弦层球与杆组成的组件相同，下弦层球与杆组成的组件也包括一个球和四根杆件，分别为：一个(下弦层)球、一根(下弦层)左纬向杆、一根(下弦层)下经向杆、两根腹杆。由于下弦层球连接杆件与上弦层球连接杆件的几何拓扑构成相同，所以其施工安装方法及其使用机具与上弦层球与杆的施工安装方法相同。
3.根据以上安装方法和按照由下向上的顺序一圈一圈地逐步扩展安装，直至完成整个结构的施工安装，如图3(d)所示。