一种在已有建筑内快速安装水平钢结构的施工方法与流程

1.本发明涉及对现有建筑物的施工措施技术领域，特别是涉及一种在已有建筑内快速安装水平钢结构的施工方法。


背景技术：

2.在建筑施工完成后，出于多种不同的目的，有时候需要对在建筑内安装新的水平钢结构，比如按建筑施工完成后在内部增加新的楼层、填补施工洞、或者是原有的楼板因为各种原因而强度不足而拆除并重新修建。
3.在建筑内部增加新的水平钢结构的困难主要有两方面，其一在于物料转运上的困难，由于施工场地位于建筑内部，塔吊或汽车吊等常用的大型转运机械皆不可使用；其二在于构件定位和安装上的困难，建筑施工完成后新增的水平钢结构不同于在建筑一开始修建时的梁，其往往要涉及到水平方向上的力的抵抗（比如本技术涉及的使用场景，北京某建筑改造项目，32-34层建筑外围新装了斜柱，因此水平钢结构要抵抗斜柱带来的水平方向的力），因此结构更为复杂，所需要安装的构件更多，且构件安装的位置不能随意调整，而是需要按照事先的计算过程严格定位。如果一个一个对构件进行定位并安装，所需的施工工期将长到无法接受。


技术实现要素：

4.本发明提供一种在已有建筑内快速安装水平钢结构的施工方法。
5.解决的技术问题是：在已有建筑内新增水平钢结构时，如果一个一个对水平钢结构中的构件进行定位并安装，所需的施工工期将长到无法接受。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种在已有建筑内快速安装水平钢结构的施工方法，所述水平钢结构呈网状，并用于承载楼板的自重以及建筑中水平方向的力；所述水平钢结构包括相互平行的主梁以及设置在主梁之间并将主梁连为一体的连梁；待施工楼层上方相邻的楼层记作上部楼层，待施工楼层下方相邻的楼层记作下部楼层，所述上部楼层底部带有与待施工楼层中的主梁一一对应且上下对齐的主梁，待施工楼层中的主梁记作中主梁，上部楼层中的主梁记作上主梁；所述施工方法包括以下步骤：步骤一：在上主梁底部安装吊耳，并记录每根主梁底部吊耳的位置，每根主梁底部至少安装两个吊耳，上主梁底部的吊耳记作上吊耳；步骤二：对待施工楼层中的水平钢结构进行分块，将水平钢结构分成多个预制的整装钢梁网，水平钢结构由多排整装钢梁网拼合而成，同一排中的整装钢梁网中的各中主梁均垂直于排的延伸方向设置；整装钢梁网由多根相互平行的中主梁通过先装连梁固定连接为一体而成，各整装钢梁网通过后装连梁固定连接为一体；整装钢梁网中，每根中主梁端部带有对接接口，且整装钢梁网左右两侧的两根中主梁的外侧带有用于和后装连梁对接的对接接口；各对接接口
位置均设置有用于临时固定中主梁或后装连梁的快速连接件，所述快速连接件为插销、螺栓或卡扣；步骤三：在下部楼层的楼板上组装整装钢梁网，然后根据步骤一记录的吊耳的位置在中主梁顶部安装吊耳，中主梁顶部的吊耳记作中吊耳，中吊耳与上吊耳一一对应设置，每个中吊耳与对应的上吊耳上下对齐；步骤四：分别在整装钢梁网的各中吊耳上挂手拉葫芦，每个手拉葫芦下端的吊钩挂在中吊耳上、且上端的滑轮挂在与中吊耳对应的上吊耳上，然后把整装钢梁网吊到安装高度，用中主梁端部的对接接口对整装钢梁网进行临时固定，然后完成中主梁端部的后续连接；步骤五：按顺序逐个采用步骤四的方法起吊并安装同一排且相邻的下一个整装钢梁网，然后将先后两个整装钢梁网用后装连梁连起来，直到完成一整排整装钢梁网的安装；所述后装连梁先吊运或顶升到安装高度，然后与整装钢梁网侧面的对接接口对齐并初步固定，最后完成后装连梁的后续连接；步骤六：重复步骤四到五，直到完成整个水平钢结构的安装。
7.进一步， 步骤三中，采用以下方式使中吊耳与对应的上吊耳上下对齐：每根上主梁底部设置三个上吊耳，三个上吊耳分别设置在上主梁两端以及中部，上主梁端部的上吊耳与中部的上吊耳的间距为a；每根中主梁上设置三个上吊耳，三个中吊耳分别设置在中主梁两端以及中部，中主梁端部的中吊耳与中部的中吊耳的间距也为a。
8.进一步，所述先装连梁与后装连梁共同围合成单个格子呈菱形的网格状结构，所述主梁设置在菱形的对角线上；每个整装钢梁网中包含三根主梁。
9.进一步，若同一排整装钢梁网中的中主梁的个数不为3的倍数，则无法被组装到整装钢梁网中的中主梁在同一排中的整装钢梁网吊装完成后逐个单独吊装并用后装连梁连接。
10.进一步，吊装同一整装钢梁网的各手拉葫芦的吊索之间设置有用于确保各手拉葫芦同步起吊的同步连索，所述同步连索为水平设置并呈矩形的绳圈，并分别与各吊索相连；在整装钢梁网吊装过程中，若有手拉葫芦在拉的时候中阻力突然变大，说明该手拉葫芦比别的手拉葫芦拉的快，此时应放慢该手拉葫芦的上拉速度，直到阻力恢复；若有手拉葫芦在拉的时候中阻力突然变小，说明该手拉葫芦比别的手拉葫芦拉的慢，此时应加快该手拉葫芦的上拉速度，直到阻力恢复。
11.进一步，步骤二中，根据待施工楼层的结构形式，水平钢结构的分块方式分为以下三种：若待施工楼层为核心筒-钢结构，且核心筒为矩形，则核心筒每条边外设置一排整装钢梁网；若待施工楼层为核心筒-钢结构，且核心筒为圆形，则核心筒外设置绕核心筒排布的一排整装钢梁网，各中主梁的延长线过核心筒的圆心；若待施工楼层为内部无间断的楼层，则水平钢结构包含一排整装钢梁网，且各中主梁相互平行。
12.进一步，所述中主梁为翼缘板水平设置的工字钢梁，所述先装连梁与后装连梁均为翼缘板竖直设置的工字钢梁，所述先装连梁与后装连梁均位于主梁的上下翼缘板之间并
与主梁的腹板连接；所述中主梁的端部与水平钢结构的其它部件栓-焊连接，用于临时固定中主梁的快速连接件为中主梁端部栓-焊连接位置的腹板处的螺栓。
13.进一步，所述先装连梁与后装连梁均通过连接牛腿与主梁连接，所述连接牛腿为变截面工字钢、一端与先装连梁或后装连梁对接并栓-焊连接、另一端的横截面逐渐变大并与主梁的腹板焊接连接；整装钢梁网侧面的对接接口为连接牛腿远离整装钢梁网的端面，用于临时固定后装连梁的快速连接件为连接牛腿端部栓-焊连接位置的腹板处的螺栓；所述连接牛腿在整装钢梁网拼装时焊接在整装钢梁网侧面，或者在整装钢梁网吊装后且后装连梁安装前焊接在整装钢梁网侧面。
14.进一步，所述后装连梁先通过手拉葫芦吊到升降车上的调整台上，然后通过顶升的方式到达安装高度，所述调整台带有两个水平面内的平移自由度以及一个绕竖直方向旋转的旋转自由度，以及用于锁定调整台的旋转和平移的锁定装置。
15.进一步，施工时散碎物料通过龙门吊转运，所述上部楼层的楼板上开设有施工洞，所述龙门吊包括跨上部楼层上的施工洞设置的门式支架、滑轮挂在门式支架的横梁上且吊索沿施工洞向下延伸到下部楼层的手拉葫芦。
16.本发明一种在已有建筑内快速安装水平钢结构的施工方法与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明中，通过对待安装的水平钢结构进行分块处理，分割成由多个预制的大块的整装钢梁网，每个整装钢梁网上焊接多个用于定位的中吊耳，每个中吊耳上单独挂一个手拉葫芦，手拉葫芦的上端挂在与中吊耳上下对齐的上吊耳上，在整装钢梁网被被吊到安装高度后即完成了定位，然后可通过中主梁端部的快速连接件对整装钢梁网的位置进行锁定，一次性完成了一大批构件的定位与安装；从而能够显著缩短施工工期。
附图说明
17.图1为各楼层的排布示意图；为方便识别，图中上吊耳与中吊耳的大小比实际的比例大，且尚未完成的待施工楼层以虚线表示；图2为整装钢梁网的吊装过程示意图；图3为水平钢结构的结构示意图，图中的部分中主梁与后装连梁的位置进行了调整以适应楼层形状；图4为整装钢梁网的分布示意图，图中还包含一个安装中的后装连梁；图5为后装连梁的顶升过程示意图；其中，1-上部楼层，11-上主梁，111-上吊耳，2-待施工楼层，21-中主梁，211-中吊耳，22-先装连梁，23-后装连梁， 3-下部楼层，4-手拉葫芦，41-同步连索，5-升降车，51-调整台。
具体实施方式
18.如图1-5所示，一种在已有建筑内速安装水平钢结构的施工方法，水平钢结构呈网状，并用于承载楼板的自重以及建筑中水平方向的力；水平钢结构包括相互平行的主梁以及设置在主梁之间并将主梁连为一体的连梁；待施工楼层2上方相邻的楼层记作上部楼层1，待施工楼层2下方相邻的楼层记作下部楼层3，上部楼层1底部带有与待施工楼层2中的主
梁一一对应且上下对齐的主梁，待施工楼层2中的主梁记作中主梁21，上部楼层1中的主梁记作上主梁11；一般情况下，不同楼层的主梁都是上下对齐的，只不过待施工楼层2中增加了一些连梁。这里利用了不同楼层中柱梁上下对齐这一点。主梁上下对齐后，连梁也就刚好就位了。本技术中的方法可以连续进行，上一个楼层施工完成后可以用上一个楼层的主梁作为定位基准施工下一个楼层，逐层施工下去。
19.施工方法包括以下步骤：步骤一：在上主梁11底部安装吊耳，并记录每根主梁底部吊耳的位置，每根主梁底部至少安装两个吊耳，上主梁11底部的吊耳记作上吊耳111。
20.步骤二：对待施工楼层2中的水平钢结构进行分块，将水平钢结构分成多个预制的整装钢梁网，水平钢结构由多排整装钢梁网拼合而成，同一排中的整装钢梁网中的各中主梁21均垂直于排的延伸方向设置；这以整装钢梁网可以排列为直线状的排，也可以排列为弧线状的排；整装钢梁网由多根相互平行的中主梁21通过先装连梁22固定连接为一体而成，各整装钢梁网通过后装连梁23固定连接为一体；整装钢梁网中，每根中主梁21端部带有对接接口，且整装钢梁网左右两侧的两根中主梁21的外侧带有用于和后装连梁23对接的对接接口；各对接接口位置均设置有用于临时固定中主梁21或后装连梁23的快速连接件，快速连接件为插销、螺栓或卡扣；这里之所以用快速连接件进行固定，一是为了让构件的位置不再发生变动，二是因为后续需要进行焊接操作，焊接的时候如果不进行提前固定的话，将会导致无法焊接。
21.步骤三：在下部楼层3的楼板上组装整装钢梁网，然后根据步骤一记录的吊耳的位置在中主梁21顶部安装吊耳，中主梁21顶部的吊耳记作中吊耳211，中吊耳211与上吊耳111一一对应设置，每个中吊耳211与对应的上吊耳111上下对齐；这里的上下对齐，指的是在水平钢结构安装完成后，中吊耳211与上吊耳111上下对齐；这样手拉葫芦4的吊索只要确保竖直，即可完成整装钢梁网的精确定位。
22.步骤四：分别在整装钢梁网的各中吊耳211上挂手拉葫芦4，每个手拉葫芦4下端的吊钩挂在中吊耳211上、且上端的滑轮挂在与中吊耳211对应的上吊耳111上，然后把整装钢梁网吊到安装高度，用中主梁21端部的对接接口对整装钢梁网进行临时固定，然后完成中主梁21端部的后续连接；注意这里各手拉葫芦4的拉索，在张拉的时候要时刻确保处于竖直状态。
23.步骤五：按顺序逐个采用步骤四的方法起吊并安装同一排且相邻的下一个整装钢梁网，然后将先后两个整装钢梁网用后装连梁23连起来，直到完成一整排整装钢梁网的安装；后装连梁23先吊运或顶升到安装高度，然后与整装钢梁网侧面的对接接口对齐并初步固定，最后完成后装连梁23的后续连接。
24.步骤六：重复步骤四到五，直到完成整个水平钢结构的安装。
25.步骤三中，采用以下方式使中吊耳211与对应的上吊耳111上下对齐：每根上主梁11底部设置三个上吊耳111，三个上吊耳111分别设置在上主梁11两端以及中部，上主梁11端部的上吊耳111与中部的上吊耳111的间距为a；每根中主梁21上设置
三个上吊耳111，三个中吊耳211分别设置在中主梁21两端以及中部，中主梁21端部的中吊耳211与中部的中吊耳211的间距也为a。这里为了避免现场调整，在所有的主梁上都设置了吊耳，当然也可以只在边沿的中主梁21上以及与其对应的上主梁11底部设置吊耳。
26.当然在实际施工中可能遇到一种极端情况，也即一些地方上下两根对应的主梁不一样长，这种情况下需要在bim软件中对这些主梁进行投影处理，模拟一下施工完成后上主梁11底部的上吊耳111向下投影到中主梁21上的位置，然后在投影的位置安装中吊耳211。
27.先装连梁22与后装连梁23共同围合成单个格子呈菱形的网格状结构，主梁设置在菱形的对角线上；这样可确保整个水平钢结构有效抵抗水平方向上的力，同时不会对中主梁21造成水平方向上的弯矩；每个整装钢梁网中包含三根主梁，这样整装钢梁网本身刚度足够高，不易在吊装时变形；若同一排整装钢梁网中的中主梁21的个数不为3的倍数，则无法被组装到整装钢梁网中的中主梁21在同一排中的整装钢梁网吊装完成后逐个单独吊装并用后装连梁23连接。无法被组装到整装钢梁网中的中主梁21，指的是中主梁21的个数除以3后余数部分的那些。这种需要单独吊装的中主梁21上面同样需要安装中吊耳211，中吊耳211同样需要和与其对应的上主梁11底部的上吊耳111上下对齐，吊装时也是每个对应的中吊耳211与上吊耳111之间设置一条竖直的手拉葫芦4，单独吊装的主中主梁21侧面同样需要安装用于和后装连梁23对接的对接接口；也就是说这里单独吊装的中主梁21，相当于一个中主梁21数量为1的整装钢梁网。
28.吊装同一整装钢梁网的各手拉葫芦4的吊索之间设置有用于确保各手拉葫芦4同步起吊的同步连索41，同步连索41为水平设置并呈矩形的绳圈，并分别与各吊索相连；在整装钢梁网吊装过程中，若有手拉葫芦4在拉的时候中阻力突然变大，说明该手拉葫芦4比别的手拉葫芦4拉的快，此时应放慢该手拉葫芦4的上拉速度，直到阻力恢复；若有手拉葫芦4在拉的时候中阻力突然变小，说明该手拉葫芦4比别的手拉葫芦4拉的慢，此时应加快该手拉葫芦4的上拉速度，直到阻力恢复。这里由于吊装时用到的各个手拉葫芦4并不同步，在拉的时候可能有的拉的快有的拉的慢，导致整装钢梁网不能保持为水平状态。因此这里设置了同步连索41，拉得过快的手拉葫芦4将会牵拉到别的手拉葫芦4，阻力会变大，而拉的慢的手拉葫芦4，将会被别的手拉葫芦4所牵拉，阻力会变小，这些阻力的变化能够被施工人员的手所感知到。当然这种调整方式的调节精度不足以让整装钢梁网完全保持水平状态，但可以很大程度上减少在吊装到安装高度后进行微调的难度。
29.步骤二中，根据待施工楼层2的结构形式，水平钢结构的分块方式分为以下三种：若待施工楼层2为核心筒-钢结构，且核心筒为矩形，则核心筒每条边外设置一排整装钢梁网；若待施工楼层2为核心筒-钢结构，且核心筒为圆形，则核心筒外设置绕核心筒排布的一排整装钢梁网，各中主梁21的延长线过核心筒的圆心；若待施工楼层2为内部无间断的楼层，则水平钢结构包含一排整装钢梁网，且各中主梁21相互平行。这里无间断的楼层指的是内部没有核心筒这样在中间掏一块的结构，整个楼层为一整个连续的楼板。
30.中主梁21为翼缘板水平设置的工字钢梁，先装连梁22与后装连梁23均为翼缘板竖直设置的工字钢梁，先装连梁22与后装连梁23均位于主梁的上下翼缘板之间并与主梁的腹
板连接；这里连梁承受的是水平方向上的力，不承受楼板或其他上方的构件造成的弯矩，因此其翼缘板竖直设置也可以。同时其翼缘板竖直设置方便拓宽其与中主梁21的连接面的宽度，只需把腹板拉宽即可。
31.中主梁21的端部与水平钢结构的其它部件栓-焊连接，用于临时固定中主梁21的快速连接件为中主梁21端部栓-焊连接位置的腹板处的螺栓。栓-焊连接，这种连接方式是工字钢钢梁的一种常用的连接方式，腹板通过骑缝设置的钢板以及穿透钢板的高强螺栓连接，而翼缘板焊接连接。由于有螺栓与螺栓孔的配合的存在，能够确保在螺栓安装后位置固定，同时即使位置有微小的偏差也能纠正过来。
32.先装连梁22与后装连梁23均通过连接牛腿与主梁连接，连接牛腿为变截面工字钢、一端与先装连梁22或后装连梁23对接并栓-焊连接、另一端的横截面逐渐变大并与主梁的腹板焊接连接；整装钢梁网侧面的对接接口为连接牛腿远离整装钢梁网的端面，用于临时固定后装连梁23的快速连接件为连接牛腿端部栓-焊连接位置的腹板处的螺栓；连接牛腿在整装钢梁网拼装时焊接在整装钢梁网侧面，或者在整装钢梁网吊装后且后装连梁23安装前焊接在整装钢梁网侧面。这里的连接牛腿不仅提供了对接接口，而且让连梁自身不必伸到工字钢的翼缘板之间，减少在空中焊接的难度。
33.后装连梁23先通过手拉葫芦4吊到升降车5上的调整台51上，然后通过顶升的方式到达安装高度，调整台51带有两个水平面内的平移自由度以及一个绕竖直方向旋转的旋转自由度，以及用于锁定调整台51的旋转和平移的锁定装置。施工人员则站在升降车5两边的移动脚手架上进行施工。这里升降车5和移动脚手架设置在下部楼层3上。
34.调整台51包括通过支柱架设在升降车5上的限位盒以及球朝下设置在限位盒中的万向球台，万向球台的上表面为用于避免待安装构件与定位连接头滑动的粗糙水平面，限位盒为上端开口且边沿顶部低于万向球台的上表面的平底盒，万向球台顶部的板记作球台顶板，球台顶板的下表面低于限位盒的边沿的顶部，并可在限位盒边沿所限制的范围内向任意一个水平面内的方向移动。
35.这里之所以选用万向球台，是因为它在很简单的结构下就完全满足了能够向平面内任意一个方向移动同时还能够旋转，并且用很小的力就可以推动，即使是在顶部受限且高空作业的环境中也能顺利使用。
36.万向球台通常的使用方法是让万向球朝上安装，但这样会导致一些结构复杂的构件在上面无法顺利移动，而如果在上面垫一块板的话，垫的这块板又很容易从升降车5上掉下来。因此这里选择把万向球台倒扣过来使用，并放在一个限制其乱动的盒子里。
37.定位连接头安装在原有梁侧面，锁定装置为向上穿透限位盒的底板中央并与限位盒的底板螺纹配合的手拧螺栓，手拧螺栓顶部水平设置有用于托起万向球台的托板，托板设置在万向球台的万向球的间隙中，托板的上表面为用于避免球台顶板在托板上滑动的粗糙水平面，托板与手拧螺栓固定连接。
38.万向球台的锁定是十分困难的，在其使用场景内，基本不考虑对其进行锁定。这里选用了另外一种思路对其进行锁定，也即将其举高使万向球无法运作。这里由于定位连接头安装在原有梁侧面，因此举高一点点(一般不到1毫米即可)不会影响到正常安装。通过旋转手拧螺栓顶起万向球台，使万向球台的万向球脱离限位盒来完成万向球台的锁定；顶起万向球台时，先旋转手拧螺栓使托板与球台顶板接触，在感到旋转时阻力明显提升时，说明
托板与球台顶板已接触，然后旋转手拧螺栓四分之一圈顶起万向球台。
39.限位盒为圆形扁盒，球台顶板为半径比限位盒内半径小至少10厘米的圆板，托板为设置在限位盒中央的圆板；万向球台的万向球设置在球台顶板底部边沿位置，托板被各万向球围绕在内，在球台顶板中央与限位盒的底板中央上下对齐时，托板边沿与各万向球的距离相等且该距离记作a，万向球台顶部的板的半径与限位盒的内半径的差值记作b，a≥b。从而确保万向球台有足够的活动空间。
40.施工时散碎物料通过龙门吊转运，上部楼层1的楼板上开设有施工洞，龙门吊包括跨上部楼层1上的施工洞设置的门式支架、滑轮挂在门式支架的横梁上且吊索沿施工洞向下延伸到下部楼层3的手拉葫芦4。这里的散碎物料是施工时中主梁21与连梁之外的所有构件的统称。
41.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。