钢木结构受力预搭方法与流程

1.本发明涉及建筑技术领域，特别是钢木结构受力预搭方法。


背景技术：

2.建筑师在进行结构设计时，根据承受载荷情况进行建筑结构受力分析，例如混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。
3.对于钢-木的组合结构，虽然建筑师在进行结构计算时，满足了强度情况；但是实际在搭建过程中，由于木结构的易变形，安装时非常容易出现误差，导致不能良好装配。而一般的木结构中所采用的材料多是胶合木(易于加工、成本低)，但是相比于其强度不如原木，当出现误差强行装配式，很容易出现结构损伤。
4.本公司利用钢-木结构搭建成都某一农博园场馆，采用多个桁架拱单元才搭建；每个桁架拱单元包括木弦杆、钢节；但是桁架拱单元的变形，容易导致桁架拱单元之间无法良好对接，对接时产生的强变形应力影响整个建筑的性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供钢木结构受力预搭方法，通过在搭建前先施加模拟力预调节并调节桁架拱单元，不仅保证了桁架拱单元本身在搭建时的可靠性，而且桁架拱单元的变形量小于传统方法的变形量，保证了安装时整个建筑的可靠性，。
6.本发明的目的通过以下技术方案来实现：钢木结构受力预搭方法，其步骤为：
7.s1、初步安放；
8.在拼装胎架上放置多根弦杆；调节各弦杆的位置，让各弦杆不处于同一平面内，且各弦杆空间平行，然后将各弦杆固定；在调整弦杆位置时，让其倾斜角度与建筑搭建时所处角度一致；
9.s2、连接形成桁架拱单元；
10.将各弦杆通过初始的棱锥钢架连接，形成桁架拱单元；初始的棱锥钢架的个数为多个且互相间距设置，形成多个连接节点；
11.s3、数据采集并计算出模拟力；
12.根据桁架拱单元的结构，分析、计算出在搭建时受力情况，从而获知桁架拱单元对应各弦杆的受力点、承受力的大小和方向；根据承受力的极限值情况，设定承受力的范围值；
13.在受力点处，贴上坐标位置传感器；在受力点处施加模拟力，该模拟力为承受力的极值；通过坐标位置传感器，测得受力点在弦杆受力变形时的空间坐标变化值；
14.选取空间坐标变化值的平均值，作为受力点处弦杆的平均变形量；将该平均变形量对应的模拟力作为预调力；
15.s4、模拟施加预调力；
16.根据受力点的平均变形量，计算得到的相应预调力；
17.对各受力点施加预调力，让桁架拱单元发生变形；
18.采用箍紧架a将桁架拱单元的两端头固定好；在桁架拱单元上于初始的棱锥钢架的两端处经箍紧架b固定好；保持将各弦杆之间的空间位置；
19.s5、重新组装桁架拱单元；
20.保持调节力不变，拆卸初始的棱锥钢架，释放初始的棱锥钢架导致的应力；重新装设新的棱锥钢架；
21.调节箍紧架a的箍紧情况，释放箍紧处的应力，并重新箍紧；然后拆卸箍紧架b；
22.s6、钻孔；
23.在不拆除箍紧架a的情况下，对弦杆的端头处进行钻孔，形成连接孔)；连接孔)与弦杆的中心线呈锐角；
24.不拆下箍紧架a的情况下，逐渐解除模拟力。
25.进一步地，所述的步骤s3、s4中施加模拟力、预调力时，均分别分解成施加截面方向的模拟力、施加轴向方向的模拟力；
26.所述的施加截面方向的模拟力时，又分解成在截面内两个互相垂直的力，称为截面内水平方向力、截面内竖直方向力；即模拟建筑修建时整个桁架拱单元在截面方向的力，又模拟弦杆之间的相互作用力；
27.所述的施加轴向方向的模拟力时，模拟建筑修建时整个桁架拱单元在轴向的力；整个桁架拱单元一起受到拉力或压力。
28.进一步地，所述的模拟力施加时，通过截面力模拟机构模拟截面方向的力；截面力模拟机构包括门型架、位移液压缸；门型架上具有竖柱和多根横梁，竖柱和横梁上设置有多个位置可控滑动的位移液压缸；竖柱上的位移液压缸沿截面内施加水平方向的力，横梁上的位移液压缸沿截面内施加竖直方向的力。
29.进一步地，所述的门型架的底端铰接在基座上，其靠近底端处还穿设有导向环相连；门型架的底端绕基座转动时，同时沿导向环滑动；导向环与门型架之间还能通过螺纹拧杆锁紧。
30.进一步地，所述的模拟力施加时，通过轴向力模拟机构模拟轴向上的力；轴向力模拟机构包括卷扬机、受力基架；卷扬机沿受力基架上下位置可控滑动；卷扬机经钢绳拉设在拱形架单元受力点上。
31.进一步地：所述的拱形架单元的受力点处通过箍紧架c箍紧；位移液压缸给箍紧架c的外侧面施加力；钢绳同样作用在箍紧架c上。
32.优选地，所述的箍紧架a、箍紧架b、箍紧架c，均包括多个箍紧框；箍紧框包括多个框板，框板之间通过延伸耳和螺栓组装；所述的箍紧架a中，箍紧框具有一体的受力板；受力板之间通过腰型孔、调节螺杆相连，形成箍紧架a能外扩或收紧的结构；
33.所述的箍紧架b与箍紧架a结构相同；
34.所述的箍紧架c中，箍紧框具有一体的受力柱；位移液压缸的输出端经插孔与受力柱适配，实现截面施力；钢绳同样作用在箍紧架c的受力柱上，实现轴向施力。
35.优选地，所述的桁架拱单元中，包括一根上弦杆、两根下弦杆，三者在截面内相连成等腰三角形状；所述的初始的棱锥钢架为四个棱锥钢架，新的棱锥钢架单元也为四棱锥钢架。
36.优选地，所述的四棱锥钢架包括包括五个底板、六根钢杆；所述的五个底板相当于四棱锥的五个顶点，六根钢杆在四棱锥六条边；所述的底板上具有一体的耳座，六根钢杆的端部通过螺栓、螺孔安装在对应耳座上。
37.优选地，所述的六根钢杆，三根一组焊接形成三角架状，三角架的三个顶点分别安装在三根弦杆上。
38.本发明具有以下优点：
39.在组装桁架拱单元时，位置按照在建筑中的位置进行设置；在初步组装完成后，通过施加模拟力，测得拱形架单元变形的极限情况；取变形的平均值施加预调力，根据预调力重新进行组装，重新组装后拱形架单元本身就存在与预调力相当的应力；在搭建建筑时，实际产生的变形量，等于传统安装方法的变形量减去与预调力所产生的变形量；也就是实际产生的变形量小于传统安装方法的变形量，便于连接安装，而且由于桁架拱单元重新组装了，牢靠性也得到增强；
40.通过将模拟力分解为截面方向的力、轴向方向的力，并且把截面方向的力分解为截面内水平方向力、截面内竖直方向力，按照这些分解的力进行施加模拟力，不仅能实现大小的模拟，还能实现方向的模拟；相比于计算分析时，简单的公式计算方法，本方案更为真实、可靠，保证了建筑搭建后良好的可靠性；
41.截面力模拟机构、轴向力模拟机构结构简单，易于实现。
附图说明
42.图1为本发明的施加模拟力的示意图；
43.图2为截面内施加模拟力的正式方向的示意图；
44.图3为箍紧架a与桁架拱单元设置的正视方向的示意图；
45.图4为箍紧架a与桁架拱单元设置的截面方向的示意图；
46.图5为箍紧架c与桁架拱单元设置的截面方向的示意图；
47.图6为截面内施加模拟力时截面方向的示意图；
48.图7为桁架拱单元的结构示意图；
49.图中：1-拼装胎架，2-桁架拱单元，201-连接孔，202-上弦杆，203-下弦杆，3-棱锥钢架，301-底板，30101-耳座，302-钢杆，4-箍紧架a，401-受力板，5-箍紧架b，6-截面力模拟机构，601-门型架，602-位移液压缸，603-基座，604-导向环，605-螺纹拧杆，7-轴向例模拟机构，701-卷扬机，702-受力基架，703-钢绳，8-箍紧架c，801-受力柱，9-箍紧框，901-框板，90101-延伸耳。
具体实施方式
50.下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
51.如图1～图7所示，钢木结构受力预搭方法，其步骤为：
52.s1、初步安放；
53.在拼装胎架1上放置多根弦杆；调节各弦杆的位置，让各弦杆不处于同一平面内，且各弦杆空间平行，然后将各弦杆固定；在调整弦杆位置时，让其倾斜角度与建筑搭建时所
处角度一致；
54.s2、连接形成桁架拱单元2；
55.将各弦杆通过初始的棱锥钢架3连接，形成桁架拱单元2；初始的棱锥钢架3的个数为多个且互相间距设置，形成多个连接节点；
56.s3、数据采集并计算出模拟力；
57.根据桁架拱单元2的结构，分析、计算出在搭建时受力情况，从而获知桁架拱单元2对应各弦杆的受力点、承受力的大小和方向；根据承受力的极限值情况，设定承受力的范围值；
58.在受力点处，贴上坐标位置传感器；在受力点处施加模拟力，该模拟力为承受力的极值；通过坐标位置传感器，测得受力点在弦杆受力变形时的空间坐标变化值；
59.选取空间坐标变化值的平均值，作为受力点处弦杆的平均变形量；将该平均变形量对应的模拟力作为预调力；
60.s4、模拟施加预调力；
61.根据受力点的平均变形量，计算得到的相应预调力；
62.对各受力点施加预调力，让桁架拱单元发生变形；
63.采用箍紧架a4将桁架拱单元2的两端头固定好；在桁架拱单元2上于初始的棱锥钢架3的两端处经箍紧架b固定好；保持将各弦杆之间的空间位置；
64.s5、重新组装桁架拱单元2；
65.保持调节力不变，拆卸初始的棱锥钢架3，释放初始的棱锥钢架3导致的应力；重新装设新的棱锥钢架3；
66.调节箍紧架a4的箍紧情况，释放箍紧处的应力，并重新箍紧；然后拆卸箍紧架b5；
67.s6、钻孔；
68.在不拆除箍紧架a4的情况下，对弦杆的端头处进行钻孔，形成连接孔201；连接孔201与弦杆的中心线呈锐角；
69.不拆下箍紧架a4的情况下，逐渐解除模拟力。
70.本方案中，进一步地，步骤s3、s4中施加模拟力、预调力时，均分别分解成施加截面方向的模拟力、施加轴向方向的模拟力。
71.进一步地，施加截面方向的模拟力时，又分解成在截面内两个互相垂直的力，称为截面内水平方向力、截面内竖直方向力；即模拟建筑修建时整个桁架拱单元2在截面方向的力，又模拟弦杆之间的相互作用力。
72.进一步地，施加轴向方向的模拟力时，模拟建筑修建时整个桁架拱单元2在轴向的力；整个桁架拱单元2一起受到拉力或压力。
73.本实施例中，模拟力施加时，通过截面力模拟机构6模拟截面方向的力；截面力模拟机构6包括门型架601、位移液压缸602；门型架601上具有竖柱和多根横梁，竖柱和横梁上设置有多个位置可控滑动的位移液压缸602；竖柱上的位移液压缸602沿截面内施加水平方向的力，横梁上的位移液压缸602沿截面内施加竖直方向的力。
74.进一步地，门型架601的底端铰接在基座603上，其靠近底端处还穿设有导向环604相连；门型架601的底端绕基座603转动时，同时沿导向环604滑动；导向环604与门型架601之间还能通过螺纹拧杆605锁紧。
75.本实施例中，模拟力施加时，通过轴向力模拟机构7模拟轴向上的力；轴向力模拟机构7包括卷扬机701、受力基架702；卷扬机701沿受力基架702上下位置可控滑动；卷扬机701经钢绳703拉设在拱形架单元2受力点上。
76.本实施例中，拱形架单元2的受力点处通过箍紧架c8箍紧；位移液压缸602给箍紧架c8的外侧面施加力；钢绳703同样作用在箍紧架c8上。
77.进一步地，箍紧架a4、箍紧架b5、箍紧架c8，均包括多个箍紧框9；箍紧框9包括多个框板901，框板901之间通过延伸耳90101和螺栓组装；箍紧架a4中，箍紧框9具有一体的受力板401；受力板401之间通过腰型孔、调节螺杆10相连，形成箍紧架a4能外扩或收紧的结构。箍紧架b5与箍紧架a4结构相同。
78.更进一步地，箍紧架c8中，箍紧框9具有一体的受力柱801；位移液压缸602的输出端经插孔与受力柱801适配，实现截面施力；钢绳703同样作用在箍紧架c8的受力柱801上，实现轴向施力。
79.本实施例中，桁架拱单元中2，包括一根上弦杆202、两根下弦杆203，三者在截面内相连成等腰三角形状；初始的棱锥钢架3为四个棱锥钢架，新的棱锥钢架单元3也为四棱锥钢架。具体地，四棱锥钢架包括包括五个底板301、六根钢杆302；五个底板301相当于四棱锥的五个顶点，六根钢杆302在四棱锥六条边；底板301上具有一体的耳座30101，六根钢杆302的端部通过螺栓、螺孔安装在对应耳座30101上。
80.进一步地，六根钢杆302，三根一组焊接形成三角架状，三角架的三个顶点分别安装在三根弦杆上。两个三角架能保证两根下弦杆203之间的位置，同时两个三角架能调整夹角，从而适配调整上弦杆202与下弦杆203之间的高度位置。
81.步骤s3和步骤s4在施加截面方向的模拟力和预调力时：
82.先在桁架拱单元2上安装好箍紧架c8，同时转动门型架601的角度，让位移液压缸602垂直于箍紧架c8的侧面；
83.然后将位移液压缸602沿门型架601移动，当位移液压缸602对准抱箍架c8上的受力柱801时，位移液压缸602的输出端伸出并与受力柱801对接；位移液压缸602继续施力时，则会产生压力；当多个位移液压缸602一起工作时，则能形成截面内的模拟力。
84.步骤s3和步骤s4在施加轴向方向的模拟力和预调力时：将钢绳703固定在受力柱801的根部；通过卷扬机701进行拉动，卷扬机701在受力基架702上移动时，则会形成不同倾角的拉力。若想实现压力，沿相反方向拉动即可实现。由于桁架拱单元2的受力点后多个，因此需要设置多个卷扬机701和相应的受力基架702。
85.当然，在施加模拟力和预调力时，也可以选择截面力模拟机构6、轴向力模拟机构7同时进行。
86.需要说明的时，每个位移液压缸602上均连接有压力测量计、每根钢绳703上也设置有相应的拉力测量计。桁架拱单元2上的每一个受力点处，每一个位移液压缸602的大小和角度、每根钢绳703施加的大小和角度，都应该事先计算设置好。
87.上述实施例仅表达了较为优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。