一种钢框架-组合钢板剪力墙结构整体结构及其施工方法与流程

1.本发明属于钢结构技术领域，特别涉及一种钢框架-组合钢板剪力墙结构整体结构及其施工方法。


背景技术：

2.随着钢结构的发展，钢结构建筑的样式也越来越复杂，钢结构中钢架与柱体的连接，以及钢架自身的设计或者结合其他结构形式的连接也日益丰。对于展览馆、体育场或者艺术中心等建筑形式的设计不仅在样式上较为复杂且在钢结构为了保证线型样式也会做出重大改进和突破，尤其对于钢架与桁架的联用，分部施工以及对接吊装等均需要进行针对性设计。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种钢框架-组合钢板剪力墙结构整体结构及其施工方法，用以解决异形穹顶结构的连接、分部分区安装以及桁架吊装固定等技术问题。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种钢框架-组合钢板剪力墙结构整体结构，包含支撑钢柱、连接于支撑钢柱上方的钢架穹顶结构、连接于钢架穹顶结构内的屋面钢板以及连接于支撑钢柱之间的剪力墙；所述钢架穹顶结构水平向和垂直方向上均为波浪状且一侧长向低于另一侧长向，竖向投影包含一侧的尖角部和另一侧的梯形部，梯形部周边均为弧形边；所述钢架穹顶结构包含收边桁架、连接于收边桁架内一侧的角单元、连接于收边桁架长向上且间隔设置的分隔桁架带、连接于分隔桁架带之间的分隔单元以及连接于收边桁架长向中部的弧形桁架。
5.进一步的，所述收边桁架设置于钢架穹顶结构周边，收边桁架水平向和垂直方向上均为波浪状且一侧长向低于另一侧长向，收边桁架包含尖角部和弧形梯形部且整体呈“尖首刀”外框状；所述收边桁架包含边主桁架、连接于边主桁架尖角一侧的边附加钢架和边附加桁架、连接于桁架杆件与钢架连接处的边顶柱、连接于边主桁架尖角处连接角部转角处两边边主桁架的边角连架和边顶连架、连接边顶连架与边角连架之间的边角桁架以及设置于尖角相对侧的边次连桁架。
6.进一步的，所述边主桁架包含竖向和垂向呈弧形的边主架体和连接于边主架体上的边主架肋板，所述边主架体为工字钢制成，边主桁架包含尖角部和弧形梯形部，在尖角部一侧存在缺口，缺口处错位连接边附加钢架，错位处连接有边顶柱和边顶柱下方连接的支撑钢柱；边主桁架的弧形梯形部正对尖角的一侧通过桁架杆件拼接连接而成；所述边顶柱包含边顶柱体和边顶柱对接杆，所述边顶柱体高度不小于边主桁架、边主桁架、边附加钢架和边附加桁架高度；边顶柱对接杆包含呈工字形设置的两杆件和钢板，还包含上下平行的两个杆件对应与边主桁架或边附加桁架连接。
7.进一步的，所述角单元呈弧形框架状三角形，包含角连钢架、连接于十字交叉角连
钢架下方的角标连顶柱、连接于角连钢架尖角顶处的角边顶柱；所述角连钢架包含竖向和垂向呈弧形的角连主架和连接于角连主架上的角连架肋板，所述角连主架为工字钢制成；所述角边顶柱通过钢架固定连接收边桁架；所述角标连顶柱包含角标顶主柱和角标顶主柱连端，所述角标顶主柱高度不小于角连主架高度，角标顶主柱四周对应角连主架可拆卸固定连接有角标顶主柱连端；所述角标顶主柱连端为工字状。
8.进一步的，所述分隔桁架带在收边桁架梯形部分长向间隔设置，包含两平行的分隔钢架、连接于分隔钢架之间的分隔内桁架以及间隔设置于分隔桁架下方的分隔顶连柱；所述分隔内桁架呈x形设置，分隔内桁架连接于分隔钢架竖向上部；分隔桁架带之间为分隔单元，分隔单元为呈网状连接的分隔钢架，分隔钢架之间呈十字连接，十字连接处包含上下错位连接和齐平连接。
9.进一步的，所述弧形桁架包含两平行呈半圆的弧形钢架、连接于两弧形钢架之间的弧主桁架，连接于弧形钢架和分隔单元的分隔钢架连接处设置有弧架连柱以及连接于弧架连柱分别于弧形钢架和分隔钢架之间的弧架对接杆；所述弧架对接杆包含呈工字形设置的两杆件和钢板，还包含上下平行的两个杆件对应和弧主桁架连接，所述弧主桁架水平向呈多级w状设置，竖向上呈“个”字形连接；所述弧架连柱之间通过钢架连接；半圆弧形范围内还间隔连接有直连桁架，直连桁架沿分隔单元长向布置且在短向间隔布置，所述直连桁架平向呈多级w状设置，竖向上呈“个”字形连接。
10.进一步的，所述钢架穹顶结构内钢架之间，钢架与桁架之间以及钢架与对接柱体之间还连接有架连件，架连件呈倒u形两侧分别连接于钢架顶部及与钢架连接的构件上；钢架均为工字形设置钢架与桁架之间还连接有架对接杆，架对接杆连接于钢架上边缘；钢架和钢架对接杆连接的顶部和底部均连接有架连件；所述拼接的两钢架之间、钢架与对接的柱体的钢板之间还可拆卸连接有架对接固板，所述对接固定板为厚钢板。
11.进一步的，钢框架-组合钢板剪力墙结构整体结构的施工方法，具体步骤如下：步骤一、将钢架穹顶结构通过cad和三维软件进行深化，将钢架穹顶结构分为纯钢架和桁架两大部分进行针对性安装施工；其中，收边桁架、角单元、分隔桁架带、分隔单元和弧形桁架进行区域划分同步施工；同一区域内先施工纯钢架部分在施工桁架部分；步骤二、对于角连钢架和分隔单元内钢架进行整体吊装或分段吊装，其中角连钢架和分隔单元内钢架下部含有连接支撑钢柱的部分进行分段，其余的进行整体吊装；对于分隔桁架带处和弧形桁架处预留缺口；步骤三、施工时先进行支撑钢柱的施工，而后将角单元和分隔单元中对应的钢架安装完成后，对钢架进行临时固定，尤其对分隔桁架带处预留缺口以及弧形桁架处预留缺口处进行加密临时支撑；分段吊装处的钢架通过临时固定夹板进行固定待后续整体钢架安装完毕而后进行，钢架拼接处通过全熔透焊接刚接节点；且对于钢架的位置和线型进行复核；步骤四、对收边桁架、弧形桁架以及分隔桁架带进行现场拼装；设置拼装操作架，
操作架的总长度、宽度、高度等进行全方位测量校正，然后对桁架杆件的搁置位置建立控制网格，而后开始进行拼装；对杆件各点的空间位置进行测量放线，设置好杆件放置的限位块；步骤五、将桁架的腹杆放置定位并临时固定，根据上弦、下弦杆件及腹杆待拼件上的点位标记进行整体位置关系的测量并调整；构件调整固定后，根据待拼件上的点位标记及地面投影点，使用钢尺、吊线锤等进行检测，用点焊固定并将检测数据记录保存，与设计图纸比较分析，如构件不符合要求，则进行调整；若符合要求，则进行焊接工序及后续工序步骤六、吊装时，首先进行试吊，吊起高度为100—200mm时停吊，检查索具牢固性和吊车稳定性；经确认无误后方可指挥吊车缓慢上升，使桁架中心对准安装位置中心，然后徐徐升钩，起吊过程中用人工拉紧四个方向的稳定缆绳，防止桁架侧向晃动；将桁架吊至柱面以上，再用稳定缆绳旋转桁架使其对准拼接处，以使桁架准确就位，桁架落位时应缓缓进行，边桁架以及次桁架要与屋架梁相对标高处准确就位；由此完成支撑钢柱和钢架穹顶结构的安装；步骤七、逐层安装柱间剪力墙，而后安装钢架穹顶结构上的异形钢板， 形成钢框架-组合钢板剪力墙结构整体结构。
12.进一步的，对于分离桁架带中分隔顶连柱和分隔钢架均与角连钢架和分隔单元内钢架一同安装，其中分离钢架上预先安装有对应分隔内桁架的接头；待角单元和分隔单元中对应的钢架安装完成后，对于分隔桁架带处预留缺口加密设置临时支撑，且安装操作平台进行分隔内桁架的安装，安装时由中间向两侧安装或分区域共同安装。
13.进一步的，吊装桁架时，绑扎点用软材料垫至其中，钢丝绳绑扎时调整好桁架左右支座的高低差，使在起吊过程中能够平稳就位；在桁架两头分别绑扎稳定缆绳；起吊前焊接临时加固定位措施；桁架安装完成后，采用缆风绳加强固定，吊装就位后桁架需与钢梁以及拼接处通过架对接固板进行加固；钢梁垂直度用经纬仪或全站仪检查，待桁架经校正合格后，即可施焊，由于桁架临时固定后需要施焊，其型材为圆管固需要设置圆角吊笼进行焊接。
14.本发明的有益效果体现在：1）本发明通过将钢架穹顶结构进行划分，明确了结构中钢架和桁架的连接位置分布，为以后的安装和吊装提供分部和分区依据；2）本发明中钢架穹顶结构为异形结构，且桁架与钢架均多为弧形或双曲率设置，其中通过收边桁架为整个结构提供了造型和侧向支撑基础，而中部的弧形桁架在满足中部受力加强的情况下更利于中部大跨度建筑空间的使用；3）本发明通过分隔单元和分隔桁架带的设置，利于将穹顶结构长向进行均匀加固，利于在波浪曲度变化下进行局部加固；4）本发明通过施工时将钢架预先施工且留有桁架对接缺口，利于穹顶结构的有效安装和吊装。
15.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
16.图1是钢架穹顶结构及其连接结构立体示意图一；图2是钢架穹顶结构及其连接结构立体示意图二；图3是钢架穹顶结构俯视图；图4是钢架穹顶结构和支撑钢柱结构示意图；图5是角单元和尖角处收边桁架结构示意图；图6是尖角处角单元和收边桁架连接示意图；图7是边主桁架拼接连接示意图；图8是角单元十字拼接处结构示意图；图9是角单元十字处角标连顶柱连接示意图；图10是分隔桁架带结构示意图；图11是弧形桁架及其连接结构示意图；图12是弧主桁架局部连接示意图；图13是分隔单元、弧形梯形边主桁架及其连接结构示意图。
17.附图标记：1-支撑钢柱、2-钢架穹顶结构、21-收边桁架、211-边主桁架、2111-边主架体、2112-边主架肋板、212-边附加钢架、213-边附加桁架、214-边顶柱、2141-边顶柱体、2142-边顶柱对接杆、215-边角连架、216-边顶连架、217-边角桁架、218-边次连桁架、22-角单元、221-角连钢架、2211-角连主架、2212-角连架肋板、222-角标连顶柱、2221-角标顶主柱、2222-角标顶主柱连端、223-角边顶柱、23-分隔桁架带、231-分隔钢架、232-分隔内桁架、233-分隔顶连柱、24-分隔单元、25-弧形桁架、251-弧形钢架、252-弧架连柱、253-弧主桁架、254-弧架对接杆、3-架连件、4-架对接杆、5-架对接固板。
具体实施方式
18.以某比赛场馆为例，场馆的建筑形式为钢结构，结构四层以上钢柱连接屋面钢架及桁架；建筑外延布置为斜钢柱。比赛场馆为钢框架-组合钢板剪力墙结构；墙为钢板剪力墙；板为钢筋桁架楼承板；其中顶部的穹顶结构呈波浪状且长向内侧低于外侧。钢板剪力墙抗震等级为三级，框架抗震等级为三级。基础形式为桩基和独立基础。
19.如图1至图13所示，一种钢框架-组合钢板剪力墙结构整体结构，包含支撑钢柱1、连接于支撑钢柱1上方的钢架穹顶结构2、连接于钢架穹顶结构2内的屋面钢板以及连接于支撑钢柱1之间的剪力墙。支撑钢柱1为圆钢柱，其拼装连接而成，拼接处通过c形件进行连接。
20.如图1至图4所示，钢架穹顶结构2水平向和垂直方向上均为波浪状且一侧长向低于另一侧长向，竖向投影包含一侧的尖角部和另一侧的梯形部，梯形部周边均为弧形边；俯视投影呈“尖首刀”状。
21.本实施例中，钢架穹顶结构2包含收边桁架21、连接于收边桁架21内一侧的角单元22、连接于收边桁架21长向上且间隔设置的分隔桁架带23、连接于分隔桁架带23之间的分隔单元24以及连接于收边桁架21长向中部的弧形桁架25。
22.如图5至图7所示，收边桁架21设置于钢架穹顶结构2周边，收边桁架21水平向和垂直方向上均为波浪状且一侧长向低于另一侧长向，收边桁架21包含尖角部和弧形梯形部且
整体呈“尖首刀”外框状；所述收边桁架21包含边主桁架211、连接于边主桁架211尖角一侧的边附加钢架212和边附加桁架213、连接于桁架杆件与钢架连接处的边顶柱214、连接于边主桁架211尖角处连接角部转角处两边边主桁架211的边角连架215和边顶连架216、连接边顶连架216与边角连架215之间的边角桁架217以及设置于尖角相对侧的边次连桁架218。
23.本实施例中，边主桁架211包含竖向和垂向呈弧形的边主架体2111和连接于边主架体2111上的边主架肋板2112，所述边主架体2111为工字钢制成，边主桁架211包含尖角部和弧形梯形部，在尖角部一侧存在缺口，缺口处错位连接边附加钢架212，错位处连接有边顶柱214和边顶柱214下方连接的支撑钢柱1；边主桁架211的弧形梯形部正对尖角的一侧通过桁架杆件拼接连接而成。
24.本实施例中，边顶柱214包含边顶柱体2141和边顶柱对接杆2142，所述边顶柱体2141高度不小于边主桁架211、边主桁架211、边附加钢架212和边附加桁架213高度；边顶柱对接杆2142包含呈工字形设置的两杆件和钢板，还包含上下平行的两个杆件对应与边主桁架211或边附加桁架213连接。
25.如图8和图9所示，角单元22呈弧形框架状三角形，包含角连钢架221、连接于十字交叉角连钢架221下方的角标连顶柱222、连接于角连钢架221尖角顶处的角边顶柱223。
26.角连钢架221包含竖向和垂向呈弧形的角连主架2211和连接于角连主架2211上的角连架肋板2212，所述角连主架2211为工字钢制成；所述角边顶柱223通过钢架固定连接收边桁架21。
27.本实施例中，角标连顶柱222包含角标顶主柱2221和角标顶主柱连端2222，所述角标顶主柱2221高度不小于角连主架2211高度，角标顶主柱2221四周对应角连主架2211可拆卸固定连接有角标顶主柱连端2222；所述角标顶主柱连端2222为工字状。
28.如图10所示，分隔桁架带23在收边桁架21梯形部分长向间隔设置，包含两平行的分隔钢架231、连接于分隔钢架231之间的分隔内桁架232以及间隔设置于分隔桁架下方的分隔顶连柱233； 分隔内桁架232呈x形设置，分隔内桁架232连接于分隔钢架231竖向上部；分隔桁架带23之间为分隔单元24，分隔单元24为呈网状连接的分隔钢架231，分隔钢架231之间呈十字连接，十字连接处包含上下错位连接和齐平连接。
29.如图11至图13所示，弧形桁架25包含两平行呈半圆的弧形钢架251、连接于两弧形钢架251之间的弧主桁架253，连接于弧形钢架251和分隔单元24的分隔钢架231连接处设置有弧架连柱252以及连接于弧架连柱252分别于弧形钢架251和分隔钢架231之间的弧架对接杆254。
30.弧架对接杆254包含呈工字形设置的两杆件和钢板，还包含上下平行的两个杆件对应和弧主桁架253连接，所述弧主桁架253水平向呈多级w状设置，竖向上呈“个”字形连接。
31.本实施例中，弧架连柱252之间通过钢架连接；半圆弧形范围内还间隔连接有直连桁架，直连桁架沿分隔单元24长向布置且在短向间隔布置，所述直连桁架平向呈多级w状设置，竖向上呈“个”字形连接。
32.本实施例中，钢架穹顶结构2内钢架之间，钢架与桁架之间以及钢架与对接柱体之间还连接有架连件3，架连件3为倒u形钢件，通过钢板制作而成，倒u形钢件两侧分别连接于钢架顶部及与钢架连接的构件上；钢架均为工字形设置，通过h型钢制作而成。
33.本实施例中，钢架与桁架之间还连接有架对接杆4，架对接杆4连接于钢架上边缘；钢架和钢架对接杆4连接的顶部和底部均连接有架连件3。
34.本实施例中，拼接的两钢架之间、钢架与对接的柱体的钢板之间还可拆卸连接有架对接固板5，对接固定板为厚钢板。对接固板通过高强螺栓连接于两侧构件之间。
35.结合图1至图13，进一步说明钢框架-组合钢板剪力墙结构整体结构的施工方法，具体步骤如下：步骤一、将钢架穹顶结构2通过cad和三维软件进行深化，将钢架穹顶结构2分为纯钢架和桁架两大部分进行针对性安装施工；其中，收边桁架21、角单元22、分隔桁架带23、分隔单元24和弧形桁架25进行区域划分同步施工；同一区域内先施工纯钢架部分在施工桁架部分。
36.步骤二、对于角连钢架221和分隔单元24内钢架进行整体吊装或分段吊装，其中角连钢架221和分隔单元24内钢架下部含有连接支撑钢柱1的部分进行分段，其余的进行整体吊装；对于分隔桁架带23处和弧形桁架25处预留缺口。
37.步骤三、施工时先进行支撑钢柱1的施工，而后将角单元22和分隔单元24中对应的钢架安装完成后，对钢架进行临时固定，尤其对分隔桁架带23处预留缺口以及弧形桁架25处预留缺口处进行加密临时支撑；分段吊装处的钢架通过临时固定夹板进行固定待后续整体钢架安装完毕而后进行，钢架拼接处通过全熔透焊接刚接节点；且对于钢架的位置和线型进行复核。
38.本实施例中，对于分离桁架带中分隔顶连柱233和分隔钢架231均与角连钢架221和分隔单元24内钢架一同安装，其中分离钢架上预先安装有对应分隔内桁架232的接头；待角单元22和分隔单元24中对应的钢架安装完成后，对于分隔桁架带23处预留缺口加密设置临时支撑，且安装操作平台进行分隔内桁架232的安装，安装时由中间向两侧安装或分区域共同安装。
39.步骤四、对收边桁架21、弧形桁架25以及分隔桁架带23进行现场拼装；设置拼装操作架，操作架的总长度、宽度、高度等进行全方位测量校正，然后对桁架杆件的搁置位置建立控制网格，而后开始进行拼装；对杆件各点的空间位置进行测量放线，设置好杆件放置的限位块。
40.步骤五、将桁架的腹杆放置定位并临时固定，根据上弦、下弦杆件及腹杆待拼件上的点位标记进行整体位置关系的测量并调整；构件调整固定后，根据待拼件上的点位标记及地面投影点，使用钢尺、吊线锤等进行检测，用点焊固定并将检测数据记录保存，与设计图纸比较分析，如构件不符合要求，则进行调整；若符合要求，则进行焊接工序及后续工序。
41.步骤六、吊装时，首先进行试吊，吊起高度为100—200mm时停吊，检查索具牢固性和吊车稳定性；经确认无误后方可指挥吊车缓慢上升，使桁架中心对准安装位置中心，然后徐徐升钩，起吊过程中用人工拉紧四个方向的稳定缆绳，防止桁架侧向晃动。
42.将桁架吊至柱面以上，再用稳定缆绳旋转桁架使其对准拼接处，以使桁架准确就位，桁架落位时应缓缓进行，边桁架以及次桁架要与屋架梁相对标高处准确就位；由此完成支撑钢柱1和钢架穹顶结构2的安装。
43.吊装桁架时，绑扎点用软材料垫至其中，钢丝绳绑扎时调整好桁架左右支座的高低差，使在起吊过程中能够平稳就位；在桁架两头分别绑扎稳定缆绳；起吊前焊接临时加固
定位措施；桁架安装完成后，采用缆风绳加强固定，吊装就位后桁架需与钢梁以及拼接处通过架对接固板5进行加固。
44.钢梁垂直度用经纬仪或全站仪检查，待桁架经校正合格后，即可施焊，由于桁架临时固定后需要施焊，其型材为圆管固需要设置圆角吊笼进行焊接。
45.步骤七、逐层安装柱间剪力墙，而后安装钢架穹顶结构2上的异形钢板， 形成钢框架-组合钢板剪力墙结构整体结构。
46.以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。