一种大跨梁安装结构以及施工方法与流程

本技术涉及屋顶结构件施工，具体设计一种大跨梁安装结构以及施工方法。

背景技术：

1、随着现代公共建筑对大空间、大跨度使用需求的日益增长，钢结构体系因其高强度、工业化程度高的优势，在报告厅、体育馆、会展中心等建筑中得到了广泛应用。大跨度钢梁作为此类结构的关键受力构件，其安装质量直接关系到整体结构的安全性与使用功能。

2、然而，大跨度钢梁的安装施工长期面临若干技术难题。首先，受限于运输条件，大跨度钢梁通常需在工厂分段制作，运至现场后再进行拼装和吊装。受到场地和设备的限制，一些施工方法采用分段吊装、高空拼接的工艺，即依次将各段钢梁吊至设计标高，在高空完成梁段之间的对接和焊接。这种做法存在以下挑战：一是高空作业量大，操作空间受限，施工人员需在钢梁上方进行拼接板的搬运、对孔和固定，劳动强度大且安全风险高，对于大型拼接板在高空中由人工托举安装极为困难，安装效率低下且容易发生坠落事故；二是高空焊接环境条件差，焊缝质量难以保证，受到大风、高低温等环境因素影响大，容易产生焊接变形和残余应力，影响连接精度和结构受力性能。

3、在有条件进行整体吊装的场景中，一些工程采用地面拼装、整体吊装的工艺，即先在低空或地面搭设拼装胎架，将各段钢梁拼焊成整体，再一次性吊装就位。该方法能显著减少高空作业量，并有利于质量控制。然而，这种工艺存在以下问题：当钢梁在地面完成全部拼接板的安装后，吊装钢梁时，要将固定于钢梁端部的拼接板和牛腿对位，则要调整大重量的长钢梁位置，这种对位方式难度极大；若将两端的连接板留至高空安装，则又回到了大型构件高空搬运、对孔困难的老问题上。

4、针对大型拼接板安装不便的难题，已有技术采用合页式连接板结构。例如，公告号为cn211898913u的中国实用新型专利公开了一种大型钢梁与连接板的连接结构，其通过在钢梁端部设置铰链，将连接板铰接于梁端，吊装时可旋转收起以避免干涉，就位后再旋开进行螺栓固定。该结构在一定程度上解决了连接板的运输和干涉问题。然而，该合页式连接技术仍存在以下不足：单一铰链对大重量连接板的支撑力弱，在旋转连接板过程，连接板容易偏移而影响对位，当两段钢梁因制造误差、吊装偏差导致连接端面存在空间角度偏差（如扭转、倾斜）时，连接板无法自适应调整，螺栓孔难以精确对准，往往仍需依靠撬棍等工具强力校正，增加了施工难度和安全隐患。

技术实现思路

1、鉴于以上问题，本技术提供一种能自适应空间偏差、实现连接板快速精准就位的大跨梁安装结构及施工方法。

2、第一方面，本技术提出一种大跨梁安装结构，并采用如下技术方案。

3、一种大跨梁安装结构，包括两侧的钢柱、多段钢梁、多组支撑装置。每侧的所述钢柱设置有牛腿。所述多段钢梁用于相互连接。两外侧的所述钢梁的外端设置有合页式连接板，用于和两侧的所述牛腿连接固定。

4、每组所述支撑装置包括上盘、多个滚珠、中盘、多角度调高机构和底柱。所述多组支撑装置至少用于支撑两外侧的所述钢梁的外端。

5、所述多个滚珠嵌设于所述上盘的底面。所述中盘的上表面设置有限位槽，所述多个滚珠在所述限位槽之中滚动。所述多角度调高机构安装在所述中盘和所述底柱之间，用于调节所述中盘的周向多个位置的高度，使得所述合页式连接板和所述牛腿准确对位。

6、通过采用上述技术方案，将大跨梁分成多段钢梁，方便运输。两外侧钢梁端部设置合页式连接板，整体吊装时可旋转收起以避免与牛腿碰撞，就位后旋转展开实现快速连接，解决了大型拼接板高空安装困难的问题。上盘通过滚珠在中盘的限位槽内滚动，使上盘能在水平面内自由移动，使得钢梁端部能够方便地对准牛腿。多角度调高机构调节中盘周向不同位置的高度，从而改变上盘的空间倾角，补偿因制造误差、温度变形或吊装偏差导致的钢梁端部相对于牛腿的对位角度偏差，使得合页式连接板上的孔精确对准牛腿上的孔，以插入高强螺栓进行连接。

7、该大跨梁安装结构的一种优选结构为，所述中盘的上表面设置有限位环，所述限位环之中具有所述限位槽。所述多个滚珠在所述限位槽之中滚动过程，所述中盘和所述上盘的间距保持不变。所述限位环安装有多个限位螺栓。旋转所述多个限位螺栓以顶到所述上盘侧壁，使得所述上盘被固定在所述中盘之中。

8、通过采用上述技术方案，限位环约束滚珠在限位槽内滚动。上盘与中盘的间距保持不变，以便于通过多角度调高机构调节中盘周向不同位置的高度时，不再受到上盘与中盘的间距变化的干扰，方便精准、快速调节。上盘借助滚珠移动至目标位置后，旋转限位螺栓顶紧上盘侧壁，即可将上盘固定于中盘之上，防止多角度调高机构调节中盘周向不同位置的高度时，钢梁位置相对中盘发生偏移而给调整带来干扰。

9、该大跨梁安装结构的一种优选结构为，相邻钢梁之间通过拼接板连接，并焊接相邻钢梁之间的拼接缝。外侧的所述钢梁底面设置有定位杆。所述上盘的上表面设置有定位槽。所述定位杆能适配地插入所述定位槽之中。所述多个滚珠设置于所述定位槽的外围。

10、通过采用上述技术方案，相邻钢梁通过拼接板连接并焊接拼接缝，结构牢固。滚珠设置于定位槽外围，防止钢梁放置在上盘上时，上盘发生侧倾。

11、该大跨梁安装结构的一种优选结构为，所述多角度调高机构包括旋转动力器、主动轮、从动轮、连杆、电磁离合器、套轮、齿条和楔块。所述旋转动力器安装在所述底柱之中，所述旋转动力器的输出轴固定所述主动轮。所述从动轮啮合所述主动轮。所述电磁离合器安装在所述连杆和所述套轮之间，通电使得所述连杆和所述套轮同步运动，断电则解除同步运动关系。所述套轮啮合所述齿条。所述齿条连接所述楔块。所述楔块被所述中盘和所述底柱的上表面所夹持。驱动所述楔块移动，并保持所述楔块薄的一端位于所述中盘下方，厚的一端位于所述中盘之外，则所述中盘的高度随之改变。

12、通过采用上述技术方案，单个旋转动力器配合电磁离合器的选择性接通套轮，实现用一个电机一次控制一个或者多个楔块的移动，通过控制旋转动力器的转动角度，可实现中盘多个角度的高度连续微调，适应微小高度偏差的调整需求。

13、该大跨梁安装结构的一种优选结构为，所述多角度调高机构包括旋转动力器、主动轮、八个从动轮、八个连杆、八个电磁离合器、八个套轮、四个齿条和四个楔块。

14、每两个相对的所述齿条在同一直线上，相邻两个所述齿条相互垂直。每个所述楔块分别固定于一所述齿条的外端。在驱动所述楔块移动过程，所述中盘只接触所述楔块。

15、所述齿条的两侧面均有直齿纹。每个所述齿条的两侧面分别啮合一个所述套轮。八个所述从动轮均啮合所述主动轮。

16、通过采用上述技术方案，齿条两侧面均有直齿纹分别啮合一个套轮，通过选择驱动不同侧的套轮，可使同一齿条朝相反方向移动，实现单个楔块的推进或后退，完成该方向高度的升高或降低。通过选择性控制各电磁离合器的通断，四个楔块中任意一个或多个可被独立驱动，并且驱动方向可以选定，实现中盘在八个方向上的独立高度调节，以调整八个方向的倾斜姿态，解决钢梁和牛腿对位角度偏差问题。

17、该大跨梁安装结构的一种优选结构为，所述合页式连接板包括板体、铰接轴、两个球套、两个铰接球和两个转杆。所述板体通过所述铰接轴安装在所述钢梁的腹板上。两个所述球套分别安装在所述板体的上下两端。两个所述铰接球一一嵌设在两个所述球套之中。一所述转杆连接上端的所述铰接球和所述板体的上沿外端，另一所述转杆连接下端的所述铰接球和所述板体的下沿外端。每个所述球套远离所述腹板的一面具有缺口，所述铰接球被限制在所述球套之中原位旋转。两个所述铰接球的球心和所述铰接轴在同一轴线上。每个所述球套还在所述缺口的两侧开设让位槽。所述板体能从贴合所述钢梁的腹板旋转到贴合所述牛腿的腹板，每个所述转杆随着所述板体旋转过程无接触出入所述让位槽。

18、通过采用上述技术方案，板体从贴合钢梁腹板的收拢状态旋转至贴合牛腿腹板的展开状态，实现大型连接板在高空的快速就位。两个铰接球的球心与铰接轴同轴，板体在翻转过程中上下两端被球铰约束，确保板体在旋转过程保持正确姿态，以使得板体旋转后能贴合钢梁的腹板和牛腿的腹板。球套在缺口两侧开设让位槽，转杆在板体旋转过程中无接触地出入让位槽，可以实现板体180°翻转而贴合牛腿的腹板。

19、第二方面，本技术提出一种大跨梁施工方法，并采用如下技术方案。

20、一种大跨梁施工方法，应用于对大跨梁安装结构进行施工，包括：

21、将所述多段钢梁在地面拼装固定，得到大跨梁。

22、在两侧的所述牛腿之间的地面上安装所述多组支撑装置。

23、吊起所述大跨梁，放在两侧的所述支撑装置的所述上盘上，所述上盘借助所述多个滚珠在所述中盘上移动，使得所述大跨梁两端对准所述牛腿，然后将所述上盘固定在所述中盘之中。

24、翻转所述合页式连接板，使得所述合页式连接板覆盖在所述钢梁和所述牛腿上。

25、根据所述合页式连接板上的孔和所述牛腿上的孔对位情况，微调所述上盘在所述中盘之中的位置，并启动所述多角度调高机构来调整所述中盘多个方向的高度，使得所述合页式连接板上的孔完全对准所述牛腿上的孔。

26、用螺栓穿过所述合页式连接板上的孔和所述牛腿上的孔，以及用螺栓穿过所述合页式连接板上的孔和所述钢梁上的孔，并进行锁定，使得所述大跨梁固定在两侧的所述牛腿上。

27、通过采用上述技术方案，支撑装置在地面安装时即与牛腿完成初始对位，为钢梁的精确就位提供了稳定的基准，然后通过滚珠移动进行钢梁和牛腿的粗对位，接着锁定上盘，最后通过多角度调高机构进行钢梁的空间姿态精调，实现钢梁的合页式连接板和牛腿的精确对位。

28、一种大跨梁施工方法，应用于对大跨梁安装结构进行施工，八个所述从动轮相同，八个所述套轮相同，四个所述齿条相同，四个所述楔块相同。初始状态下，四个所述楔块位于同一圆周上，八个所述套轮在同一圆周上。

29、以四个所述楔块所在方位分别为东、南、西、北，启动所述多角度调高机构来调整所述中盘在多个角度的高度，以使得所述合页式连接板上的孔完全对准所述牛腿上的孔，调整方式包括：

30、若要调高所述中盘在东、南、西或北方向的高度，则对该方向所述齿条一侧的所述电磁离合器通电，其他七个所述电磁离合器不通电，然后启动所述旋转动力器，使得所述主动轮旋转，带动八个所述从动轮旋转，带动通电的所述电磁离合器所连接的所述套轮主动旋转，使得所述齿条朝靠近所述中盘中心的方向移动，带动所述楔块朝内移动，从而抬高所述中盘在该方向的高度。

31、若要调低所述中盘在东、南、西或北方向的高度，则对该方向所述齿条另一侧的所述电磁离合器通电，其他七个所述电磁离合器不通电，然后启动所述旋转动力器，使得所述主动轮旋转，带动八个所述从动轮旋转，带动通电的所述电磁离合器所连接的所述套轮主动旋转，使得所述齿条朝远离所述中盘中心的方向移动，带动所述楔块朝外移动，从而降低所述中盘在该方向的高度。

32、若要调高所述中盘在东南、东北、西南或西北方向的高度，则对该方向相邻两侧的两个所述齿条的一相同侧的所述电磁离合器通电，其他六个所述电磁离合器不通电，然后启动所述旋转动力器，使得所述主动轮旋转，带动八个所述从动轮旋转，带动通电的所述电磁离合器所连接的所述套轮主动旋转，使得相邻两个所述齿条朝靠近所述中盘中心的方向移动，带动相邻两个所述楔块朝内移动，从而抬高所述中盘在该方向的高度。

33、若要调低所述中盘在东南、东北、西南或西北方向的高度，则对该方向相邻两侧的两个所述齿条的另一相同侧的所述电磁离合器通电，其他六个所述电磁离合器不通电，然后启动所述旋转动力器，使得所述主动轮旋转，带动八个所述从动轮旋转，带动通电的所述电磁离合器所连接的所述套轮主动旋转，使得相邻两个所述齿条朝远离所述中盘中心的方向移动，带动相邻两个所述楔块朝外移动，从而降低所述中盘在该方向的高度。

34、若要同时调高所述中盘在东方向的高度而调低西方向的高度，则对东方向的所述齿条一侧的所述电磁离合器通电，对西方向另一侧的所述电磁离合器通电，然后启动所述旋转动力器，使得所述主动轮旋转，带动八个所述从动轮旋转，带动通电的所述电磁离合器所连接的所述套轮主动旋转，使得东方向的所述齿条朝靠近所述中盘中心的方向移动，西方向的所述齿条朝远离所述中盘中心的方向移动，从而抬高所述中盘在东方向的高度并且降低所述中盘在西方向的高度。

35、通过采用上述技术方案，通过选择性控制各电磁离合器的通断，可实现中盘在东、南、西、北及东南、东北、西南、西北共八个方向上的独立高度调节，覆盖钢梁安装中可能出现的全部偏差方向。以上调整方式只是示例的几种，本结构还有多种调整方式。该结构和方法仅用一个旋转动力器配合电磁离合器阵列，即可实现对四个楔块八个运动方向的独立控制，在实现多自由度姿态调节的同时降低设备成本。

36、综上所述，本技术的大跨梁安装结构以及施工方法具有如下有益效果：

37、（1）将多段钢梁在地面拼装为整体后一次性吊装就位，将大量拼接、焊接工作从高空转移至地面，显著降低高空作业量和安全风险。

38、（2）合页式连接板通过铰接轴和双球铰结构，吊装前保持在贴合钢梁腹板的收拢状态以避免碰撞，就位后旋转180°至贴合牛腿腹板的展开状态，其中转杆与球套让位槽的配合避免运动干涉，提高了合页式连接板在旋转过程中的位置稳定性，有助于提高对位效率和对位精度。

39、（3）多角度调高机构采用一个电机配合多个电磁离合器的传动架构，通过离合器的选择性接合将动力按需分配给不同方向的套轮，配合双侧齿纹齿条实现双向驱动，在实现八个方向独立高度调节和多角度倾斜姿态控制的同时，降低了设备成本。

40、（4）滚珠在限位槽内的滚动然后锁定上盘，实现钢梁位置粗对位，然后通过多角度调高机构精确调整钢梁的空间姿态，对位效率高，对位精度高，使原本需要反复试吊、撬棍强力校正的孔位偏差问题得以高效、精准解决。