一种可扩展的折角桁架屋盖结构及其施工方法与流程

本发明涉及土木工程大跨钢结构，具体涉及一种可扩展的折角桁架屋盖结构及其施工方法。

背景技术：

1、当前大型公共建筑异形、大跨度屋盖应用愈发普遍，现有屋盖多采用常规桁架、网架、双层分体结构体系，整体连续布置，依靠上下弦杆拉压承载。

2、针对建筑局部抬高、局部凸起造型以及游泳馆跳水池、设备机库等特殊净高受限区域，传统结构存在以下技术问题：常规双层屋盖需分层设置主次结构并搭配竖向连接件，整体构件繁杂、结构自重大、用钢量高、经济性欠佳；且下层连续结构会侵占室内有效净高，造成室内空间压抑，建筑造型适配性差。更为关键的是，现有固定式桁架屋盖为整体定型结构，不具备结构扩展与改造冗余，建筑投入使用后，若后期功能升级、净高需求提升，传统结构无法实现原位改造加高，仅能整体拆除重建，极大增加工程改造与运维成本。

3、为解决上述技术缺陷，本申请提出一种可扩展的折角桁架屋盖结构及配套施工方法，通过凸字型折角空间桁架构型适配建筑局部抬高与异形凸起造型，利用方圆管转换节点、法兰装配式连接形式保证整体传力可靠与结构刚度，同时依托竖向桁架预留扩展条件，可后期插接标准桁架单元实现竖向净高升级，在满足建筑大跨度、异形造型及净高使用要求、控制建造成本的基础上，解决了传统屋盖不可扩展、改造难度大、复用性差的技术难题。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种可扩展的折角桁架屋盖结构及其施工方法，解决了传统屋盖不可扩展、改造难度大、复用性差的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种可扩展的折角桁架屋盖结构，在建筑空间抬高区域上方或凸起造型区域上方设置折角桁架屋盖结构，其特征在于：包括沿建筑主受力方向平行、间隔设置的用于承受竖向荷载的多榀折角桁架，相连两个折角桁架间通过交叉支撑相连，折角桁架底部由多根框架柱支撑；

4、所述折角桁架包括横向桁架、竖向桁架、肩部桁架、腰部桁架和侧翼桁架，在横向桁架底部通过两个肩部桁架均连接有一个竖向桁架，在竖向桁架底部通过腰部桁架连接有侧翼桁架，形成凸字型空间结构。

5、优选的，所述横向桁架包括上弦杆和下弦杆，在横向桁架与所述肩部桁架连接处横向桁架向上折弯，折弯处水平夹角在60°~120°范围内。

6、优选的，所述肩部桁架包括多个上角架，上角架一端通过上圆管与所述横向桁架相连接、另一端也通过上圆管与所述竖向桁架相连接。

7、优选的，所述腰部桁架包括多个下角架，下角架一端通过下圆管与所述竖向桁架相连接、另一端也通过下圆管与所述侧翼桁架相连接。

8、优选的，所述竖向桁架由桁架弦杆焊接而成，桁架弦杆端部焊接有法兰，法兰与所述肩部桁架或所述腰部桁架相连接。

9、优选的，所述上角架由两根上方管垂直连接而成，上方管端部通过上端板与所述上圆管焊接而成，上方管长度为上圆管直径的1.0~1.2倍，上方管壁厚为上圆管壁厚的1.2倍。

10、优选的，所述下角架由两根下方管垂直连接而成，下方管端部通过下端板与所述下圆管焊接而成，下方管长度为下圆管直径的1.0~1.2倍，下方管壁厚为下圆管壁厚的1.2倍。

11、一种可扩展的折角桁架屋盖结构的施工方法，包括以下步骤：

12、步骤一、bim数字化预演与模块化拆分：根据建筑抬高区域、凸起造型区域的屋面形态，建立三维bim模型进行施工全过程模拟；依据建筑主受力方向，将整体折角桁架屋盖拆分为多榀折角桁架，同步预设横向桁架60°～120°折弯角度的预变形施工参数；

13、步骤二、工厂模块化精准预制控形：对横向桁架进行折弯成型并胎架保形防回弹；预制上角架和下角架，完成上角架与上圆管、下角架与下圆管的连接；竖向桁架采用桁架弦杆焊接成型、并与肩部桁架、腰部桁架的精准对接；

14、步骤三、现场基准精准定位：搭建三维施工控制网，对多根框架柱进行轴线、标高、柱顶支座位置精准放线标定，统一多榀折角桁架的安装间距与平行度基准；

15、步骤四、分层对位自适应装配：采用自下而上分层装配工艺，先将竖向桁架吊装就位并固定于框架柱顶部；再依次对位装配腰部桁架与侧翼桁架；随后对接安装肩部桁架，最后吊装横向桁架并与肩部桁架顶部精准对接

16、步骤五、逐榀扩展整体加固：单榀折角桁架装配调型完成并临时固定后，立即在相邻两榀折角桁架之间安装交叉支撑，形成稳定空间受力单元；按照逐榀装配、逐榀加固的流水施工方式，依次完成全部折角桁架的安装固定；

17、步骤六、整体检测校正验收：对横向桁架、竖向桁架、肩部桁架、腰部桁架、侧翼桁架的各法兰连接节点、方圆管焊接节点进行无损探伤检测，复核横向桁架折弯角度、各折角桁架安装间距、整体屋盖标高及造型尺寸，校正施工微变形，完成整体屋盖结构成型验收。

18、在本发明中，折角桁架沿建筑主受力方向布置承担竖向荷载，实现屋盖大跨度受力及扩展需求；通过肩部桁架与腰部桁架组合形成凸字型整体空间结构，仅在建筑需要抬高净高的区域利用折角位置向上局部延伸，无需整体抬高屋面或设置传统双层分体结构。相较于传统屋盖整体抬升、分层布设主次结构的方式，有效避免了构件冗余、用钢量大的问题，显著提升了室内空间利用率，消除了室内空间压抑问题，兼顾了建筑造型与空间使用效果，大幅降低了工程造价。

19、在桁架折角转折位置设置圆管转方管的专属转换节点结构，通过上角架、下角架分别配合上圆管、下圆管形成过渡构造，有效解决了异形折角位置应力集中、弯矩传递不畅的问题，显著提升了转折区域结构刚度与整体性，保证了大跨度屋盖荷载传递均匀、受力稳定，提升了结构整体安全储备。

20、在建筑后期使用功能升级、净高需求提升时，可直接在竖向弯折区段原位插接竖向桁架，实现屋盖竖向高度的扩展延伸，无需整体拆除重建，极大降低了后期改造、运维升级成本，大幅提升了钢结构屋盖的通用性、适配性与复用寿命。

21、本申请配合模块化预制、分层对位装配、逐榀扩展加固的施工方法，可实现工厂标准化批量生产、现场精准快速装配，有效控制节点焊接变形与折角成型精度，降低高空作业风险，缩短施工工期，在保障结构力学性能与造型精度的同时，进一步提升了工程施工经济性与施工质量。

1.一种可扩展的折角桁架屋盖结构，在建筑空间抬高区域上方或凸起造型区域上方设置折角桁架屋盖结构，其特征在于：包括沿建筑主受力方向平行、间隔设置的用于承受竖向荷载的多榀折角桁架（1），相连两个折角桁架（1）间通过交叉支撑（2）相连，折角桁架（1）底部由多根框架柱（3）支撑；

2.根据权利要求1所述的可扩展的折角桁架屋盖结构，其特征在于：所述横向桁架（11）包括上弦杆和下弦杆，在横向桁架（11）与所述肩部桁架（13）连接处横向桁架（11）向上折弯，折弯处水平夹角在60°~120°范围内。

3.根据权利要求1所述的可扩展的折角桁架屋盖结构，其特征在于：所述肩部桁架（13）包括多个上角架（131），上角架（131）一端通过上圆管（132）与所述横向桁架（11）相连接、另一端也通过上圆管（132）与所述竖向桁架（12）相连接。

4.根据权利要求1所述的可扩展的折角桁架屋盖结构，其特征在于：所述腰部桁架（14）包括多个下角架（141），下角架（141）一端通过下圆管（142）与所述竖向桁架（12）相连接、另一端也通过下圆管（142）与所述侧翼桁架（15）相连接。

5.根据权利要求1所述的可扩展的折角桁架屋盖结构，其特征在于：所述竖向桁架（12）由桁架弦杆焊接而成，桁架弦杆端部焊接有法兰，法兰与所述肩部桁架（13）或所述腰部桁架（14）相连接。

6.根据权利要求3所述的可扩展的折角桁架屋盖结构，其特征在于：所述上角架（131）由两根上方管垂直连接而成，上方管端部通过上端板与所述上圆管（132）焊接而成，上方管长度为上圆管（132）直径的1.0~1.2倍，上方管壁厚为上圆管（132）壁厚的1.2倍。

7.根据权利要求4所述的可扩展的折角桁架屋盖结构，其特征在于：所述下角架（141）由两根下方管垂直连接而成，下方管端部通过下端板与所述下圆管（142）焊接而成，下方管长度为下圆管（142）直径的1.0~1.2倍，下方管壁厚为下圆管（142）壁厚的1.2倍。

8.根据权利要求1~7任意一项所述的一种可扩展的折角桁架屋盖结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：