钢木组合桁架结构及其搭建方法
阅读说明：本技术 钢木组合桁架结构及其搭建方法 (Steel-wood combined truss structure and construction method thereof ) 是由 向波 刘永刚 沈志才 刘凯 邹维 李鹏 胡建 魏龙飞 于 2021-10-13 设计创作，主要内容包括：发明涉及钢木组合桁架结构,包括：桁架拱单元,其由多根弧形弦杆经钢杆支撑相连,其两端固定在底面；多个桁架拱单元平行设置,且相邻之间经横跨檩条相连,形成棚架结构；桁架拱单元由多个桁架拱段搭建拼接而成。还公开了钢木组合桁架结构的搭建方法。本发明达到的有益效果是：能适应变形、避免木结构损坏、卸载时变形量小、避免出现塌陷的情况、稳定性和可靠性高、避免误差积累。(The invention relates to a steel-wood composite truss structure, which comprises: the truss arch unit is supported and connected by a plurality of arc chords through steel rods, and two ends of the truss arch unit are fixed on the bottom surface; the plurality of truss arch units are arranged in parallel and are connected with each other through crossing purlins to form a shed frame structure; the truss arch unit is formed by building and splicing a plurality of truss arch sections. Also discloses a construction method of the steel-wood composite truss structure. The invention achieves the following beneficial effects: the device can adapt to deformation, avoid wood structure damage, has small deformation during unloading, avoids the condition of collapse, has high stability and reliability, and avoids error accumulation.)
本发明涉及建筑技术领域，特别是钢木组合桁架结构及其搭建方法。
背景技术
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。
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。
为此，本公司针对一农博园场馆，采用一种新的钢木结构和搭建方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供能适应变形、避免木结构损坏、卸载时变形量小、避免出现塌陷的情况、稳定性和可靠性高、避免误差积累、安装方便的钢木组合桁架结构及其搭建方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：钢木组合桁架结构，包括：
桁架拱单元，其由多根弧形弦杆经钢杆支撑相连，其两端固定在底面；
所述多个桁架拱单元平行设置，且相邻之间经横跨檩条相连，形成棚架结构；
所述桁架拱单元由多个桁架拱段搭建拼接而成。
优选地，所述的弧形弦杆包括一根上弦杆、两根下弦杆，上弦杆和下弦杆之间形成截面呈三角状的结构；上弦杆和下弦杆经由钢杆形成的四角锥架结构相连。
钢木组合桁架结构的搭建方法，其步骤为：
S1、准备，将桁架拱段进行称重，并匹配相应的载荷块；并在每个桁架拱段上设置有坐标位置传感器；
S2、搭建桁架拱单元，每个桁架拱单元从两端向中间、从低向高进行搭建，且两端同时搭建；
S21、将第一桁架拱段经塔吊吊装，让其最低端通过钢节与地基固定，其高端经塔架支撑，其高端还经不同方向的拉绳与地面拉紧；
S22、通过吊绳将第一载荷块吊在第一桁架拱段的高端处，第一载荷块与第二桁架拱段的重量相当，即通过第一载荷块模拟第二桁架拱段的重力；
第一桁架拱段变形后，再将拉绳拉紧；
S23、撤下第一桁架拱段的吊装，再将第二桁架拱段进行吊装；
将第二桁架拱段的高端经另一塔架支撑且该高端经不同方向的拉绳与地面拉紧，再将第二桁架拱段的低端与第一桁架拱段的高端对接；
逐渐撤下第一桁架拱段上的第一载荷块同时逐渐松开第二桁架拱段的吊装，让第二桁架拱段逐渐替代第一载荷块进行对第一桁架拱段进行施力；
S24、通过吊绳将第二载荷块吊在第二桁架拱段的高端处，第二载荷块与第三桁架拱段的重量相当；
第二桁架拱段变形后，再将相应拉绳拉紧；
S25、重复步骤S23和步骤S24，直到最上方且最中间的桁架拱段；
最中间的桁架拱段的两端直接吊装后与相邻的桁架拱段相连；撤去相邻的桁架拱段上的载荷块；
S3、将平行的桁架拱单元通过檩条相连，形成棚架结构。
进一步地，所述的塔架的顶部经可调支架设置有千斤顶，千斤顶将桁架拱段支撑；
当吊上相应载荷块后，千斤顶按照其上刻度逐级下降卸载，每次下降约3mm，间隔2h桁架拱段没有变形后继续下一级卸载，直至全部卸载完成；
当载荷块逐渐撤下且相应桁架拱段的吊装逐渐松开时，经塔架和千斤顶、拉绳避免桁架拱段连接处发生过度的位置变化；千斤顶的卸载过程中，每一级卸载都需进行监测，并核对监测数据；
千斤顶卸载完成后，6h之内对所有监测点进行观测一次，12h内进行第二次观测，24h内进行第三次观测。
优选地，所述的桁架拱段的高端处设置有滚轮，吊绳经滚轮拉设载荷块。便于逐渐加载放置载荷块。
进一步地，呈棚架状的农博建筑钢木结构从右至左依次分为G1跨、G2跨、G3跨、G4跨、G5跨、G6跨、G7跨、G8跨、G9跨、G10跨、G11跨、G12跨、G13跨、G14跨，每个跨代表一个桁架拱单元；
桁架拱单元的搭建顺序为：顺序一G1跨-G3跨、顺序二G2跨-G5跨、顺序三G4跨-G7跨、顺序四G6跨-G9跨、顺序五G8跨-G11跨、顺序六G10跨-G13跨、顺序七G12跨-G14跨。
优选地，所述的钢木组合桁架结构搭建完成后，每个桁架拱单元从中间向两侧逐渐拆除塔架；千斤顶上设有压力传感器；塔架拆除时，监控同一桁架拱单元其他塔架上千斤顶上的压力变化，当超过预设值时，停止后续拆除，并进行检察；
塔架拆除时，从棚架左右方向看从中间向左右端拆除。
进一步地，所述的第一桁架拱段的低端通过钢节与地基相连；钢节呈矩形柱状，其一端将第一桁架拱段的低端包覆，其另一端具有竖直柱；在地基上设置有具有插口的钢架墩，刚节的竖直柱插入钢架墩后通过螺栓锁紧并进行焊接；经钢板将整个钢架柱的围好，钢板间进行焊接，然后进行无收缩混凝土灌浆，形成柱墩。保证第一桁架拱段与地基良好的安装。
优选地，所述的桁架拱段经塔吊吊起的受力处位于钢杆上，载荷块对桁架拱段的施力点也在钢杆上。
优选地，所述的桁架拱段经塔吊吊装到位后，经位置坐标传感器测量相应点的空间坐标，根据需要调整支撑塔架顶部的可调支架，确保位置误差在10mm范围内；
所述的桁架拱段距离其两端头200mm处设置位置传感器，载荷块对桁架拱段的施力点也位于距离高端端头的200mm处。
本发明具有以下优点：
通过由钢杆形成的四角锥架结构将上弦杆、下弦杆铰接相连，形成截面呈三角状的结构；在搭建过程中，通过钢杆进行吊装施力，避免了木质的弧形弦杆受到损伤；而这种铰接结构使得桁架拱段之间连接时能发生轻微的位移变形、让檩条安装时发生一定变形，避免弧形弦杆在搭建时损伤；
传统的整个建筑搭建完再一起卸载的方式，对于钢木结构而言，由于木质的弧形弦杆变形量大，一起卸载时极其有可能发生塌陷的情况，使得建筑的稳定性不好；而本方案中，载荷块模拟桁架拱段施力的方式，每个桁架拱段已经先行收到了力，那么在后续搭建过程中已经搭建好的桁架拱段虽然也会变形，但变形量小，整个建筑卸载时的变形量也小于传统的变形量，因此不容易出现塌陷的情况，稳定性和可靠性更高，安全性也更高；
G1～G12跨之间，并不是按照顺序依次搭建，本方案的这种搭建方式，从右至左的棚架方向上，每一次搭建能固定两个跨；并且这种方式相比与传统的按照顺序的搭建，能避免误差的积累，而是将误差分散到各跨中，避免最后无法形成一体的情况；
柱墩的结构，让桁架拱单元能够固定牢靠，并且使得第一桁架拱段安装方便；而刚节的设置使得桁架拱单元的端部不会受潮腐烂。
附图说明
图1为发明的结构示意图；
图2为弧形弦杆与钢杆之间设置的结构示意图；
图3为柱墩的结构示意图；
图4为第一桁架拱段吊装的结构示意图；
图5为单个桁架拱单元从两端向中间吊装的结构示意图；
图6为本发明各跨设置的结构示意图；
图中：1-桁架拱单元，2-弧形弦杆，201-上弦杆，202-下弦杆，3-钢杆，4-檩条，5-桁架拱段，501-第一桁架拱段，6-塔架，7-拉绳。
具体实施方式
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。
如图1～图6所示，钢木组合桁架结构，包括由多个桁架拱段5拼接而成的桁架拱单元1；桁架拱单元1呈拱形，其两端安装设置在地面的地基上；多个桁架拱单元1品行设置后且相互之间经檩条4相连，形成棚架结构；在棚架结构外覆盖ETFE膜，就形成了建筑。
对于桁架拱段5，包括多个弧形弦杆2经钢杆3支撑相连形成，弧形弦杆2为胶合木。具体地，弧形弦杆2包括2根上弦杆201、两根下弦杆202，上弦杆201和下弦杆202之间形成截面呈三角状的结构并且经呈四角锥架结构的钢杆3固定相连，并且由钢杆3形成的四角锥架结构是与弧形弦杆2之间进行铰接的。从整个钢木组合桁架结构来看，上弦杆201位于外侧，下弦杆202位于内侧。
本实施例中，檩条4是设置在两相邻桁架拱单元1的下弦杆之间的。
钢木组合桁架结构的搭建方法，其步骤为：
S1、准备，将桁架拱段5进行称重，并匹配相应的载荷块；并在每个桁架拱段5上设置有坐标位置传感器；
在上弦杆201两端距离端头200mm的位置处，设置坐标位置传感器；同样，在下弦杆202两端距离端头200mm的位置处，也设置坐标位置传感器；
桁架拱段5在与地基相连的端不设置坐标位置传感器；
S2、将整个钢木组合桁架结构，从右至左依次分为G1跨、G2跨、G3跨、G4跨、G5跨、G6跨、G7跨、G8跨、G9跨、G10跨、G11跨、G12跨、G13跨、G14跨，每个跨代表一个桁架拱单元1；
在搭建跨时，顺序为：顺序一G1跨-G3跨、顺序二G2跨-G5跨(通过檩条4实现G2跨的固定)、顺序三G4跨-G7跨(实现G3跨、G4跨的固定)、顺序四G6跨-G9跨(实现G5跨、G6跨的固定)、顺序五G8跨-G11跨(实现G7跨、G8跨的固定)、顺序六G10跨-G13跨(实现G9跨、G10跨的固定)、顺序七G12-G14(实现G11跨、G12跨、G13跨的固定)；
在搭建每一跨(桁架拱单元1)时，每个桁架拱单元1从两端向中间、从低向高进行搭建，且两端同时搭建，具体为：
S21、将第一桁架拱段501经塔吊吊起，让其最低端通过钢节与地基固定相连，其高端经塔架6支撑，其高端还经不同方向的拉绳7与地面拉紧；塔吊筒钢绳将第一桁架拱段501的两端吊起；
然后用混凝土将刚节与地基之间进一步固定，形成柱墩；待柱墩干燥后进行后续工作；
塔架6的顶端经可调支架设置有千斤钉，千斤顶将第一桁架拱段501的高端支撑；
S22、在第一架拱端501的高端处经吊绳吊有第一载荷块，第一载荷块与第二桁架拱段的重量相当，即通过第一载荷块模拟第二桁架拱段的重力；
加载第一载荷块后，通过千斤顶进行逐级卸载；当第一桁架拱段501变形后，再将拉绳7拉紧；
S23、塔吊松开第一桁架拱段501，再将第二桁架拱段进行吊装；
当第二桁架拱段吊装到位后，将其高端经另一塔架6支撑，其低端初步搭放在第一桁架拱段501的高端处；经位置坐标传感器测量相应点的空间坐标，根据需要调整支撑塔架6顶部的可调支架，确保位置误差在10mm范围内；
然后将第二桁架拱段的高端经不同方向的拉绳7与地面拉紧，并将第二桁架拱段的低端与第一桁架拱段501的高端固定相连；
再逐渐撤下第一桁架拱段501上的第一载荷块，同时塔吊逐步松开第二桁架拱段，让第二桁架拱段逐渐替代第一载荷块进行对第一桁架拱段进行施力；
S24、在第二桁架拱段的高端处，通过吊绳掉设有第二载荷块，第二载荷块与第三桁架拱段的重量相当；
然后相应千斤顶逐渐卸载，待第二桁架拱段变形后，再将相应拉绳拉紧；
S25、重复步骤S23和步骤S24，直到最上方且最中间的桁架拱段5；
最中间的桁架拱段5的两端直接吊装后与相邻的桁架拱段5相连；撤去相邻的桁架拱段5上的载荷块；
S3、将平行的桁架拱单元1通过檩条4相连，形成棚架结构。
本实施例中，在步骤S22、步骤S24中，千斤顶逐级卸载时，千斤顶按照其上刻度逐级下降卸载，每次下降约3mm，间隔2h桁架拱段5没有变形后继续下一级卸载，直至全部卸载完成。
另外需要说明的是，当吊装第三桁架拱段时，第一桁架拱段501的高端处对应的千斤顶又重新收到压力。
本实施例中，在步骤S23中，当载荷块逐渐撤下且相应桁架拱段5的吊装逐渐松开时，千斤顶的卸载过程中，每一级卸载都需进行监测，并核对监测数据。另外塔架6和千斤顶、拉绳7避免桁架拱段5连接处发生过度的位置变化。
本实施例中，桁架拱段5的高端处设置有滚轮，吊绳经滚轮拉设载荷块。便于逐渐加载放置载荷块。
本实施例中，桁架拱段5经塔吊吊起的受力处位于钢杆3上，载荷块对桁架拱段5的施力点也在钢杆3上。
在桁架拱单元1搭建前，先进行地基修建：在地基上经混凝土将钢架墩固定，钢架墩具有插口，在钢架墩侧面经钢板围住，钢板之间密封焊接。而第一桁架拱段501的低端设置有刚节；钢节呈矩形柱状，其一端将第一桁架拱段501的低端包覆，其另一端具有竖直柱。在安装第一桁架拱段501时：先将竖直柱插入钢架墩你的插口内，然后通过螺栓锁紧，并通过焊接进一步固定；然后进行无收缩混凝土灌浆，干燥后形成柱墩。当柱墩干燥后，在进行后续桁架拱单元1的安装。这种结构能有效保证桁架拱单元1的稳定固定。
当一个桁架拱单元1搭建完成后，其上所有的千斤顶又都重新受到了力，并且拉绳7又会松动，因此再次将拉绳7拉紧。
当钢木组合桁架结构搭建完成后，需要拆除塔架6和拉绳7时；每个桁架拱单元1从中间向两侧逐渐拆除塔架6。由于千斤顶上设有压力传感器；塔架6拆除时，监控同一桁架拱单元1其他塔架6上千斤顶上的压力变化，当超过预设值时，停止后续拆除，并进行检察。
千斤顶卸载完成后，6h之内对所有监测点进行观测一次，12h内进行第二次观测，24h内进行第三次观测。
塔架6和拉绳7拆除时，从棚架左右方向看从中间向左右端拆除：先拆G7跨、G8跨，再拆G6跨、G9跨，然后拆G5跨、G10跨，再拆G4跨、G11跨，然后拆G3跨、G12跨，再拆G2跨、G13跨、最后拆G1跨、G14跨。在拆除的过程中，相当于释放了拆除处塔架6和拉绳7时间的沿鹏架左右方向的力；从中间向两边逐渐拆，则相当于两边时候有向中间的作用力，使得在拆除时各跨不会出现左右方向过大的变形。
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。
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