一種大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法，包括步驟：于基礎面上安裝大型樹狀結(jié)構的樹干部分；于樹干部分上搭設提升塔架，并于提升塔架上安裝提升設備；將大型樹狀結(jié)構的樹枝部分吊起至待提升位置，將樹枝部分與樹干部分相鉸接，并于樹枝部分與提升設備之間拉設提升索裝置；啟動提升設備，提升索裝置向上提升樹枝部分，使樹枝部分繞鉸接位置旋轉(zhuǎn)提升至樹干部分上；待樹枝部分旋轉(zhuǎn)提升到位后，對樹枝部分及樹干部分進行固定。本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)提升法，通過在大型樹狀結(jié)構的樹干部分上設置提升塔架及提升設備來旋轉(zhuǎn)提升樹枝部分，無需額外搭設腳手架或采用大型起重機械來安裝樹枝部分，節(jié)省了施工工序也節(jié)約了施工成本。
【專利說明】
一種大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種樹狀建筑結(jié)構的施工領域，尤其涉及一種大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提 升施工方法。
【背景技術】
[0002] 樹狀結(jié)構是空間仿生結(jié)構的一種，由德國建筑師Frei Otto在20世紀60年代基于 結(jié)構形態(tài)學概念提出的一種結(jié)構形式，因其幾何形體與自然界的樹相似而得名。在空間結(jié) 構領域，將其歸類為現(xiàn)代剛性空間結(jié)構。
[0003] 樹狀結(jié)構簡圖如圖1所示，有三個特點：一是由樹干31和不斷分級的樹枝32形成空 間受力體系;二是頂部荷載產(chǎn)生的力流沿著樹枝逐級匯聚，最后傳遞給基礎，具有傳力路徑 直接的優(yōu)點;三是與傳統(tǒng)的單柱相比，以多點支承代替了單點支承，從而在使用功能不受影 響的前提下，使頂部水平構件跨度減小，受力均勻。
[0004] 國內(nèi)外對于樹狀結(jié)構的研究主要集中在三個領域:樹狀結(jié)構的找形優(yōu)化方法，樹 狀結(jié)構的穩(wěn)定分析和節(jié)點構造，以及樹狀結(jié)構的施工工藝。盡管近幾年樹狀結(jié)構在國內(nèi)大 量應用，但主要還集中在火車站站臺雨棚、會展建筑等項目中，樹狀結(jié)構的高度和單柱覆蓋 面積都十分有限。目前對于大型樹狀柱的研究和應用成果較少。
[0005] 樹狀結(jié)構具有空間三維的形態(tài)和受力特性，節(jié)點一般由多根鋼管以不同的空間角 度匯交而成。樹狀結(jié)構每個構件的安裝都需要嚴格控制其幾何位置和空間角度，任何構件 安裝失誤都可能影響整個結(jié)構的順利安裝。樹狀結(jié)構雖然體量較大，但大型鋼結(jié)構安裝方 法中常用的整體吊裝法、頂升法、滑移法等均無法滿足樹狀結(jié)構施工的要求。高空散裝法和 單元吊裝法能較好地適應樹狀結(jié)構的形態(tài)特點和施工要求，已被應用于多項樹狀結(jié)構工 程。
[0006] 高空散裝法，是將小拼單元或散件直接在設計位置進行總拼的方法，在網(wǎng)架網(wǎng)殼 工程中十分常用。高空散裝法分全支架法（即搭設滿堂腳手架)和懸挑法兩種。樹狀結(jié)構根 據(jù)其特點宜選用全支架法進行施工。樹狀結(jié)構采用高空散裝法的優(yōu)點是定位準確、安裝精 度高，缺點是需要搭設大量的拼裝支架。
[0007] 單元吊裝法，是指根據(jù)結(jié)構自身形式劃分單元，分別由起重機械吊裝至高空就位 擱置，然后再拼裝成整體的方法。樹狀結(jié)構可根據(jù)幾何特征劃分單元，各單元分別在地面進 行拼裝和焊接，再按照由下而上、由中間向四周的順序吊至高空設計位置完成組裝。樹狀結(jié) 構采用單元吊裝法的優(yōu)點是高空作業(yè)量少，大部分焊接和拼裝工作都在地面進行，拼裝支 架也減少很多。缺點是吊裝時需要較大噸位的起重設備，構件就位難度很大，安裝精度無法 保證。
[0008] 高空散裝法和單元吊裝法在過去許多中小型樹狀結(jié)構項目取得了較好的技術和 經(jīng)濟效果。然而對于大型樹狀結(jié)構，這兩種方法存在局限性。當樹狀結(jié)構投影面積較大、樹 枝位置較高時采用高空散裝法，搭設滿堂腳手架費時費工。當施工周邊場地復雜時，單元吊 裝法因大型起重機械難以入場而無法應用。為此，本發(fā)明欲提出一種適用于大型樹狀結(jié)構 施工的旋轉(zhuǎn)提升法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種無需搭設滿堂腳手架，且避免大型起重機 械入場、適用于在已施工完成的樓板面上進行施工的大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法， 施工操作簡便且構件就位精準快捷。
[0010] 為實現(xiàn)上述技術效果，本發(fā)明公開了一種大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法，包 括步驟：
[0011] 于基礎面上安裝大型樹狀結(jié)構的樹干部分；
[0012] 于所述樹干部分上搭設提升塔架，并于所述提升塔架上安裝提升設備；
[0013] 將大型樹狀結(jié)構的樹枝部分吊起至待提升位置，將所述樹枝部分與所述樹干部分 相鉸接，并于所述樹枝部分與所述提升設備之間拉設提升索裝置；
[0014] 啟動所述提升設備，所述提升索裝置向上提升所述樹枝部分，使所述樹枝部分繞 鉸接位置旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上；
[0015] 待所述樹枝部分旋轉(zhuǎn)提升到位后，對所述樹枝部分及所述樹干部分進行固定。
[0016] 所述大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法進一步的改進在于，在將大型樹狀結(jié)構的 樹枝部分吊起至待提升位置前，預先將大型樹狀結(jié)構的樹枝部分劃分為多組提升單元，每 組所述提升單元包括位于所述樹干部分兩側(cè)的第一樹枝及第二樹枝；
[0017] 在將大型樹狀結(jié)構的樹枝部分吊起至待提升位置時，依次吊起每組所述提升單元 的所述第一樹枝及所述第二樹枝，利用所述提升設備及所述提升索裝置依次將每組所述提 升單元的所述第一樹枝及所述第二樹枝旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上。
[0018] 所述大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法進一步的改進在于，所述提升設備包括設 于所述提升塔架頂部兩側(cè)的第一提升器及第二提升器，所述提升索裝置包括連接所述第一 提升器的第一提升索及連接所述第二提升器的第二提升索。
[0019] 所述大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法進一步的改進在于，通過以下步驟利用所 述提升設備及所述提升索裝置將每一組所述提升單元的所述第一樹枝及所述第二樹枝旋 轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上：
[0020] 吊起所述提升單元的所述第一樹枝，將所述第一樹枝的第一端與所述樹干部分相 鉸接，并于所述第一樹枝的第二端與所述第一提升器之間拉設所述第一提升索；
[0021] 吊起所述提升單元的所述第二樹枝，將所述第二樹枝的第一端與所述樹干部分相 鉸接，并于所述第二樹枝的第二端與所述第二提升器之間拉設所述第二提升索；
[0022] 啟動所述第一提升器，所述第一提升索向上提升所述第一樹枝的第二端，將所述 第一樹枝旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上；
[0023] 啟動所述第二提升器，所述第二提升索向上提升所述第二樹枝的第二端，將所述 第二樹枝旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上。
[0024] 所述大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法進一步的改進在于，所述第一樹枝的重量 等于所述第二樹枝的重量;在啟動所述第一提升器及所述第二提升器時，同步啟動所述第 一提升器及所述第二提升器，將所述第一樹枝及所述第二樹枝同步旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部 分上。
[0025] 所述大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法進一步的改進在于，所述第一樹枝的重量 大于所述第二樹枝的重量；
[0026] 在啟動所述第一提升器及所述第二提升器前，預先于所述第二樹枝的第二端與所 述樹干部分的底部之間拉設背索；
[0027] 在啟動所述第一提升器及所述第二提升器時，先啟動所述第一提升器，所述第一 提升索向上提升所述第一樹枝的第二端，將所述第一樹枝旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上;再 啟動所述第二提升器，在所述背索的作用下，所述第二提升索向上提升所述第二樹枝的第 二端，將所述第二樹枝旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上。
[0028] 所述大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法進一步的改進在于，待所述樹枝部分旋轉(zhuǎn) 提升到位后，對所述樹枝部分及所述樹干部分進行固定的步驟包括：
[0029] 在每組所述提升單元的所述第一樹枝旋轉(zhuǎn)提升到位后，將所述第一樹枝與所述樹 干部分進行對接，并于所述第一樹枝的下方支設第一支撐胎架進行支撐；
[0030] 在每組所述提升單元的所述第二樹枝旋轉(zhuǎn)提升到位后，將所述第二樹枝與所述樹 干部分進行對接，并于所述第二樹枝的下方支設第二支撐胎架進行支撐。
[0031] 所述大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法進一步的改進在于，所述提升塔架采用兩 端鉸接的軸心受壓梭形柱，所述提升塔架底部的弦桿匯交于一點，且于匯交點處設置球鉸 支座，所述提升塔架通過所述球鉸支座與所述樹干部分的頂部連接。
[0032] 所述大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法進一步的改進在于，于所述樹干部分上搭 設提升塔架時，還包括于所述基礎面與所述提升塔架之間拉設纜風索。
[0033]所述大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法進一步的改進在于，所述基礎面為已施工 完成的樓板面，采用輕型吊車將所述樹枝部分吊起至待提升位置。
[0034] 本發(fā)明由于采用了以上技術方案，使其具有以下有益效果：
[0035] (1)常規(guī)的高空散裝法和單元吊裝法不適用于復雜大型樹狀結(jié)構，采用旋轉(zhuǎn)提升 法可以取得較好的技術經(jīng)濟效果;主要通過在大型樹狀結(jié)構的樹干部分上設置提升塔架及 提升設備來旋轉(zhuǎn)提升樹枝部分，無需額外搭設腳手架或采用大型起重機械來安裝樹枝部 分，節(jié)省了施工工序也節(jié)約了施工成本，而且現(xiàn)場只需采用輕型吊車來吊運樹枝部分，對施 工場地造成的荷載較小，適用于在已施工完成的樓板面，如地下室頂板上的施工；
[0036] (2)將樹枝部分劃分為多組提升單元，每組提升單元中包含位于樹干部分兩側(cè)的 第一樹枝及第二樹枝，當?shù)谝粯渲εc第二樹枝的重量相當時，采用同步提升的方案，快速便 捷地提升每組提升單元，且能保證樹干部分受力均衡、穩(wěn)定；當?shù)谝粯渲εc第二樹枝不等重 且重量相差較大時，采用不同步提升的方案，采用先提升重量較大的第一樹枝，同時采用背 索固定重量較小的第二樹枝，待第一樹枝提升到位后，再提升第二樹枝，克服在雙枝不等重 情況下索力不平衡、纜風索索力過大及提升塔架設計困難等缺陷，確保提升過程的安全。
[0037] (3)采用旋轉(zhuǎn)提升法時若雙枝不等重，將提升塔架調(diào)整為兩端鉸接的軸心受壓梭 形柱，可以避免不等重提升產(chǎn)生的傾覆力矩，大大降低塔架應力。
[0038] (4)提升塔架設計方案調(diào)整后，對其進行整體穩(wěn)定數(shù)值分析，并將分析結(jié)果與規(guī)范 計算結(jié)果對比，結(jié)果表明數(shù)值計算結(jié)果與規(guī)范計算結(jié)果較為接近，均滿足穩(wěn)定設計要求，數(shù) 值承載力稍低的原因是整體與分肢長細比接近造成的穩(wěn)定相互作用。
【附圖說明】
[0039] 圖1為樹狀結(jié)構的受力體系簡圖。
[0040] 圖2為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的示意圖。
[0041 ]圖3為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的立面示意圖。
[0042]圖4為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法的流程圖。
[0043]圖5~9為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法中單組提升單元的施工原理 圖。
[0044] 圖10為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法中樹枝部分的提升平面布置圖。
[0045] 圖11~12為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法的第一種實施方案的示意 圖。
[0046] 圖13~14為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法的第二種實施方案的示意 圖。
[0047]圖15~20為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法的各施工階段的分析模型。
[0048] 圖21為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法中提升各階段施工過程中提升 索索力變化圖。
[0049] 圖22為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法中異步提升方案全過程的背索 索力變化圖。
[0050] 圖23為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法中提升過程中攬風索最大索力 變化圖。
[0051] 圖24為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法中提升過程中提升塔架頂部最 大位移變化圖。
[0052]圖25為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法中提升塔架的第1~4階屈曲模 態(tài)圖。
[0053] 圖26為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法中提升塔架的彈性荷載位移曲 線圖。
[0054] 圖27為本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法中提升塔架的彈塑性荷載位移 曲線圖。
【具體實施方式】
[0055] 下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0056] 樹枝結(jié)構具有空間三維的形態(tài)和受力特性，節(jié)點一般由多根鋼管以不同的空間角 度匯交而成。樹狀結(jié)構每個構件的安裝都需要嚴格控制其幾何位置和空間角度，任何構件 安裝失誤都可能影響整個結(jié)構的順利安裝。樹狀結(jié)構雖然體量較大，但大型鋼結(jié)構安裝方 法中常用的整體吊裝法、頂升法、滑移法等均無法滿足樹狀結(jié)構施工的要求。高空散裝法和 單元吊裝法在過去許多中小型樹狀結(jié)構項目取得了較好的技術和經(jīng)濟效果。然而對于大型 樹狀結(jié)構，這兩種方法存在局限性。當樹狀結(jié)構投影面積較大、樹枝位置較高時采用高空散 裝法，搭設滿堂腳手架費時費工。當施工周邊場地復雜時，單元吊裝法因大型起重機械難以 入場而無法應用。為此，本發(fā)明提出一種適用于大型樹狀結(jié)構施工的旋轉(zhuǎn)提升法。
[0057] 配合圖2和圖3所示，大型樹枝結(jié)構主要由樹干部分10及樹枝部分兩部分13組成， 樹干部分10-般為鋼管混凝土柱，設于基礎面上;而樹枝部分13-般都為鋼結(jié)構，材質(zhì)可為 Q355NHCZ25,設于樹干部分的頂部，其中，樹枝部分13進一步由多個樹枝組成，以樹干部分 10為中心向四面福射開來，每個樹枝在一定標高再分成兩個小樹枝，構成仿樹狀結(jié)構。本發(fā) 明中的樹枝為八邊形鋼管變截面，樹狀結(jié)構的節(jié)點主要有樹干部分頂部的球節(jié)點、樹枝部 分中各樹枝的分叉節(jié)點，以及樹枝部分的頂部與網(wǎng)殼的連接節(jié)點。
[0058] 本發(fā)明中的基礎面為大型已施工完成的樓板面，如地下室頂板，在大型樹狀結(jié)構 施工前就已經(jīng)施工完成，最大只允許上75T汽車吊。樹狀結(jié)構和周邊建筑及山體都很靠近， 部分樹枝難以平躺;樹狀結(jié)構投影面積較大，樹枝位置較高，搭設滿堂腳手架費時費工，樹 狀結(jié)構常用的高空散裝法和分單元安裝法都不適用。因此，本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提 升施工方法提出了一種旋轉(zhuǎn)提升施工方法，并將其首次應用于大型樹狀結(jié)構工程中。針對 工程中出現(xiàn)的雙枝不等重難點，又在同步提升方案的基礎上提出了非同步提升的優(yōu)化方 案。本發(fā)明對同步提升及非同步提升兩種方案都進行施工全過程跟蹤分析，并對提升塔架 進行了整體穩(wěn)定分析。
[0059] 參閱圖4所示，本發(fā)明大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法主要包括如下步驟：
[0060] S001.于基礎面上安裝大型樹狀結(jié)構的樹干部分；
[0061] S002.于樹干部分上搭設提升塔架，并于提升塔架上安裝提升設備；
[0062] S003.將大型樹狀結(jié)構的樹枝部分吊起至待提升位置，將樹枝部分與樹干部分相 鉸接，并于樹枝部分與提升設備之間拉設提升索裝置；
[0063] S004.啟動提升設備，提升索裝置向上提升樹枝部分，使樹枝部分繞鉸接位置旋轉(zhuǎn) 提升至所述樹干部分上；
[0064] S005.待樹枝部分旋轉(zhuǎn)提升到位后，對所述樹枝部分及所述樹干部分進行固定。 [0065]在步驟S001.于基礎面上安裝大型樹狀結(jié)構的樹干部分10時，還包括于基礎面與 提升塔架11之間拉設纜風索16,對提升塔架進行支護。
[0066] 其中，配合圖5~9所示，提升設備包括設于提升塔架11頂部兩側(cè)的第一提升器111 及第二提升器112,提升索裝置包括連接于第一提升器111上的第一提升索121及連接于第 二提升器112上的第二提升索122。在本發(fā)明中，第一提升索121與第二提升索122分別采用 鋼絞線，第一提升器111與第二提升器112為液壓油缸。
[0067] 本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)提升法同樣需要劃分單元，需要對大型樹狀結(jié)構的樹枝部分進行 合理劃分，因此，在將大型樹狀結(jié)構的樹枝部分吊起至待提升位置前，預先根據(jù)大型樹狀結(jié) 構的幾何特征和現(xiàn)場條件，將大型樹狀結(jié)構的樹枝部分劃分為多組提升單元，并使每組提 升單元中至少包含位于樹干部分10兩側(cè)的第一樹枝131及第二樹枝132,對應第一樹枝131 及第二樹枝132的待提升位置，在基礎面上設置地面胎架21來拼裝和焊接各組提升單元的 第一樹枝131及第二樹枝132,如圖5所示，待拼裝、焊接完成后，直接采用輕型吊車14就地吊 起第一樹枝131及第二樹枝132至待提升位置，如圖6所示，避免現(xiàn)場搭設滿堂腳手架及大型 起重設備入場。
[0068]在步驟S003.將大型樹狀結(jié)構的樹枝部分吊起至待提升位置時，依次吊起每組提 升單元的第一樹枝131及第二樹枝132,利用第一提升器111、第二提升器112、第一提升索 121及第二提升索122依次將每組提升單元的第一樹枝131及第二樹枝132旋轉(zhuǎn)提升至大型 樹狀結(jié)構的樹干部分10上。其中，具體可通過以下步驟利用第一提升器111、第二提升器 112、第一提升索121及第二提升索122將每一組提升單元的第一樹枝131及第二樹枝132旋 轉(zhuǎn)提升至樹干部分10上：
[0069] 吊起當前組提升單元的第一樹枝131，將該第一樹枝131的第一端與樹干部分10相 鉸接，并于該第一樹枝131的第二端與第一提升器111之間拉設第一提升索121，如圖6所示；
[0070] 吊起當前組提升單元的第二樹枝132,將該第二樹枝132的第一端與樹干部分10相 鉸接，并于該第二樹枝132的第二端與第二提升器112之間拉設第二提升索122,如圖6所示；
[0071] 啟動第一提升器111，第一提升索121向上提升第一樹枝131的第二端，使第一樹枝 131繞鉸接點旋轉(zhuǎn)提升，直至將第一樹枝131旋轉(zhuǎn)提升至樹干部分10上，如圖7和圖8所示； [0072]啟動第二提升器112,第二提升索122向上提升第二樹枝132的第二端，使第二樹枝 132繞鉸接點旋轉(zhuǎn)提升，直至將第二樹枝132旋轉(zhuǎn)提升至樹干部分10上，如圖7和圖8所示。
[0073] 進一步的，待當前組提升單元的第一樹枝131及第二樹枝132旋轉(zhuǎn)提升到位后，需 要對提升到位的提升單元的第一樹枝131及第二樹枝132與樹干部分10進行固定，具體包括 步驟：
[0074] 待當前組提升單元的第一樹枝131旋轉(zhuǎn)提升到位后，將第一樹枝131與樹干部分10 的對接節(jié)點進行焊接，并于第一樹枝131的下方支設第一支撐胎架151進行支撐，并解除第 一提升索121與第一樹枝131的綁定，卸去第一提升索121及第一提升器111上的荷載，以供 下一組提升單元的第一樹枝使用，如圖9所示；
[0075] 待當前組提升單元的第二樹枝132旋轉(zhuǎn)提升到位后，將第二樹枝132與樹干部分10 的對接節(jié)點進行焊接，并于第二樹枝132的下方支設第二支撐胎架152進行支撐，并解除第 二提升索122與第二樹枝132的綁定，卸去第二提升索122及第二提升器112上的荷載，以供 下一組提升單元的第二樹枝使用，如圖9所示。
[0076] 作為本發(fā)明的較佳實施方式，當各組提升單元中的第一樹枝的重量等于第二樹枝 的重量時，在啟動第一提升器及第二提升器時，選擇同步啟動該第一提升器及該第二提升 器，將每一組提升單元中的第一樹枝及第二樹枝同步旋轉(zhuǎn)提升至樹干部分上。我們將上述 提升方法稱為雙枝等重的同步提升方法。
[0077] 但是，當各組提升單元中的第一樹枝與第二樹枝的重量不相等，且相差較大時，如 第一樹枝的重量大于第二樹枝的重量時;在啟動第一提升器及第二提升器前，要預先于第 二樹枝的第二端與所述樹干部分的底部之間拉設背索;在啟動第一提升器及所述第二提升 器時，選擇先啟動第一提升器，第一提升索向上提升第一樹枝的第二端，將第一樹枝旋轉(zhuǎn)提 升至樹干部分上;再啟動第二提升器，在背索的作用下，第二提升索向上提升第二樹枝的第 二端，將第二樹枝旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上。我們將上述提升方法稱為雙枝不等重的異 步提升方法。
[0078] 下面結(jié)合具體的實施例來進一步說明雙枝等重的同步提升方法及雙枝不等重的 異步提升方法。
[0079] 在本實施例中，樹枝部分由6組提升單元組成，每組提升單元中個具有2個樹枝:第 一樹枝與第二樹枝，且該第一樹枝與該第二樹枝位于樹干部分的兩側(cè)。將12個樹枝分為6組 進行提升，樹枝部分的分組和提升順序如圖10所示，"1-A"代表第一次提升的那一組提升單 元中的第一樹枝，"1-B"代表第一次提升的那一組提升單元中的第二樹枝，"2-A"代表第二 次提升的那一組提升單元中的第一樹枝，"2-B"代表第二次提升的那一組提升單元中的第 二樹枝，以此類推，且每組提升單元的提升流程都如上所述。纜風索16均布于提升塔架的四 周。每組提升單元的提升流程都如上所述。其中，樹枝1-A的重量約為69.54T，樹枝1-B的重 量約為15.47T，樹枝2-A的重量約為66.03T，樹枝2-B的重量約為17.26T，樹枝3-A的重量約 為65.41T，樹枝3-B的重量約為16.53T，樹枝4-A的重量約為35.81T，樹枝4-B的重量約為 26.48T，樹枝5-A的重量約為54.00T，樹枝5-B的重量約為26.27T，樹枝6-A的重量約為 29.98T，樹枝6-B的重量約為30.32T，從中可以發(fā)現(xiàn)本工程提升有個難點：每組提升單元為 雙枝不等重，如果同步提升一組提升單元中的兩個樹枝，在提升過程中會使得提升塔架左 右提升索力不平衡，不平衡索力一部分由攬風索16承受，剩下部分對提升塔架底部產(chǎn)生較 大傾覆力矩。這樣，不僅使得提升塔架與攬風索的設計都較為困難，而且提升過程中也存在 安全隱患。
[0080] 同步提升方案:
[0081] 將同時提升一組提升單元中的兩個樹枝的方案稱為同步提升方案。參閱圖11和圖 12所不，在旋轉(zhuǎn)提升過程中，第一樹枝131與第二樹枝132為機構運動，第一提升索121拉設 于第一樹枝131與提升塔架11之間，第二提升索122拉設于第二樹枝132與提升塔架11之間， 第一提升索121與第二提升索122的索力是不斷變化的，樹枝起吊就位階段和提升到位階段 的最大索力發(fā)生在樹枝起吊就位階段，為1209.99KN。然而此時第一提升索121和第二提升 索122的索力差異較大，第一提升索121的索力約為1209.99KN，第二提升索122的索力約為 218.547KN，左右不平衡力由提升塔架11和纜風索（圖中未顯示纜風索)來承受，纜風索最大 索力 1〇89·4ΚΝ。
[0082] 異步提升方案:
[0083] 從同步提升方案的分析中可以看出，提升單元的雙枝不等重造成提升索力不平 衡，又使得纜風索的索力過大。攬風索作為施工保障措施，一般不應承受太大的索力，同步 提升方案仍有優(yōu)化空間。因而本發(fā)明提出異步提升新方案。即每組提升單元中的兩個樹枝 不同步提升，先提升較重的一個，另一個仍需掛設提升索，在底部拉結(jié)一道背索。如圖13和 圖14所示，第一樹枝131的重量大于第二樹枝132的重量，第一提升索121拉設于第一樹枝 131與提升塔架11之間，第二提升索122拉設于第二樹枝132與提升塔架11之間，進一步的， 在第二提升索122與樹干部分10的底部之間拉設一道背索17。樹枝起吊就位階段和較重樹 枝提升到位階段，同步提升方案與異步提升方案兩方案中的第一提升索121與第一提升索 121的索力差對比如表1所示?？梢钥闯龅谝惶嵘?21最大索力仍為1209.99ΚΝ不變，但起 吊就位階段第一提升索121與第一提升索121的索力之差由原先的9 91.4 4 Κ Ν減小為 252.05ΚΝ，減小74.6%。提升到位階段第一提升索121與第一提升索121的索力之差由原先 的421.26ΚΝ減小為3.37ΚΝ，減小99.2 %。攬風索（圖中未顯示纜風索）的索力由原先的 1089.4ΚΝ減小為587.1ΚΝ，減小46.1 %。這些都說明了異步提升方案相對于同步提升方案具 有優(yōu)越性。
[0084]表1:兩方案提升索與纜風索力對比
[0085]
[0086] 本發(fā)明大型樹枝結(jié)構的施工方法的施工全過程進行了跟蹤分析，具體如下：
[0087] 為保障提升過程安全，本分別對上文所提的同步提升和異步提升兩個方案都進行 了施工全過程跟蹤分析，樹枝部分共有6組提升單元，因此劃分6大施工步，6大施工步中的 每個施工步又可分吊裝和提升兩個階段，因此，構成了 12個階段，12個階段的分析模型如圖 15~20所示。通過對兩方案的施工全過程跟蹤分析，本發(fā)明對各項計算結(jié)果進行了對比分 析。
[0088] 提升各階段施工過程中提升索索力變化如圖21所示，從圖中可以看出，兩提升方 案的第一提升索(A索)索力完全相同，而異步提升方案的第二提升索(B索)索力大于同步提 升方案，因此同步提升方案在整個提升過程中兩索索力之差都要大于異步提升方案。另外， 兩方案都在第1階段最不利，即提升索力之差最大。
[0089] 異步提升方案全過程的背索索力變化如圖22所示，從圖中可以看出異步提升方案 的背索索力較大，前3個施工步甚至大于最大提升索索力，后3個施工步背索索力減小的原 因是后3組樹枝的重量差異較小。
[0090] 提升過程中攬風索最大索力變化如圖23所示，從圖中可以看出，異步提升方案的 攬風索最大索力明顯小于同步提升方案，只在第4和第6兩個施工步兩方案接近，接近的原 因是該施工步中的兩個樹枝重量接近。
[0091] 提升過程中提升塔架頂部最大位移變化如圖24所示，從圖中可以看出，兩方案的 提升塔架塔頂位移都在第1施工步達到最大，在第6施工步達到最小。異步提升方案的塔頂 位移在提升各個階段都明顯小于同步方案，其中第4和6兩個施工步兩方案的塔頂位移比較 接近。
[0092] 以上對比分析表明，在主要施工階段，異步提升方案在多個方面均優(yōu)于同步提升 方案，因此最終方案對前5組樹枝的提升單元采用異步提升來進行施工。最后一組樹枝的提 升單元的提升因兩個樹枝總量幾乎完全相等，同步提升性能優(yōu)于異步提升，采用同步提升 方案。
[0093] 本發(fā)明大型樹枝結(jié)構的施工方法還對提升塔架的設計與整體穩(wěn)定進行了分析和 改進，具體如下：
[0094] 上文算例工程不等重的難點使得提升塔架底部傾覆力矩較大，提升塔架設計較為 困難，需進行方案調(diào)整。優(yōu)化方案為將提升塔架底部的4根弦桿由原先直立位置改為匯交于 一點，匯交點設球鉸支座并與樹干部分的頂部節(jié)點連接。這樣就將提升塔架由整體壓彎體 系變?yōu)榱艘桓S心受壓的梭形桅桿。經(jīng)分析，提升塔架最大應力比由原先的1.218下降為 0.428。
[0095]提升塔架為提升關鍵構件，需進行整體穩(wěn)定性分析。采用ANSYS建立塔架整體模 型，邊界條件為底部節(jié)點鉸接，頂部節(jié)點約束X和Y向平動自由度。單元采用BEAM188，每一節(jié) 塔架弦桿細分10個梁單元。塔架材料為Q235B，彈性模量206Gpa，本構模型采用雙線性隨動 強化模型BKIN。頂部加載值為1720KN。對結(jié)構進行屈曲分析，得到前4階屈曲模態(tài)如圖25所 示?？梢钥闯龅?階模態(tài)為Y向彎曲屈曲，第2階模態(tài)為X向彎曲屈曲，屈曲系數(shù)都為57.646， 屈曲荷載為99151.12KN。第3階和第4階模態(tài)都為弦桿局部失穩(wěn)，屈曲系數(shù)為78.762和 78.764〇
[0096]根據(jù)屈曲分析的結(jié)果，取第1階模態(tài)為缺陷分布，更新塔架幾何模型。最大缺陷值 為2H/1000 = 48mm。對帶缺陷模型進行幾何非線性彈性分析。計算得彈性荷載位移曲線如圖 26所示，看出帶缺陷整體穩(wěn)定承載力不斷趨近于屈曲荷載。取同樣的帶缺陷模型，考慮材料 非線性，進行雙非線性分析，計算得荷載位移曲線如圖27所示?？梢钥闯觯虞d到3.4倍荷載 之前，結(jié)構處于彈性階段，此后材料進入彈塑性，加載到4.1倍荷載時，結(jié)構達到承載力極限 狀態(tài)。
[0097]為驗證數(shù)值計算的正確性，采用《鋼結(jié)構設計規(guī)范》中格構柱設計公式對塔架的整 體和分支進行驗算，結(jié)果如表2所示。可以看出，整體和分肢長細比都較小，分肢穩(wěn)定承載力 略高于整體穩(wěn)定承載力。整體穩(wěn)定長細比雖高于分支穩(wěn)定長細比，但兩者長細比比較接近。 [0098]表2:規(guī)范公式穩(wěn)定計算
[0099]
[0100] 由于《鋼結(jié)構設計規(guī)范》采用的是以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，為了與 ANSYS計算結(jié)果對比，計算結(jié)果統(tǒng)一為安全系數(shù)法表示，如表3所示?？梢钥闯?，結(jié)果表明數(shù) 值計算結(jié)果與規(guī)范計算結(jié)果較為接近，而數(shù)值計算整體穩(wěn)定承載力稍低，原因是整體與分 肢長細比接近造成的穩(wěn)定相互作用，降低幅度與結(jié)果相符，計算結(jié)果可靠。規(guī)范公式與數(shù)值 分析結(jié)果均表明塔架滿足穩(wěn)定設計要求。
[0101] 表3:安全系數(shù)對比
[0102]
[0103] 樹狀結(jié)構具有空間三維的形態(tài)和受力特征，需要選擇適當?shù)氖┕し椒ǎ呖丈⒀b 法和單元吊裝法是樹狀結(jié)構常用的施工方法。本發(fā)明針對大型樹狀結(jié)構提出了旋轉(zhuǎn)提升 法，并將其應用于某大型樹狀結(jié)構工程中。根據(jù)實際工程中樹狀結(jié)構雙枝不等重的特點，本 文進行了不同步提升方案優(yōu)化、施工全過程跟蹤分析和提升塔架整體穩(wěn)定分析，得到結(jié)論 如下：
[0104] 1)常規(guī)的高空散裝法和單元吊裝法不適用于復雜大型樹狀結(jié)構，采用旋轉(zhuǎn)提升法 可以取得較好的技術經(jīng)濟效果。
[0105] 2)采用旋轉(zhuǎn)提升法時若雙枝等重，可以同步提升。若雙枝不等重，同步提升方案存 在左右索力不平衡、攬風索力過大和塔架設計困難等許多缺點，采用不同步提升加背索的 方案可以克服同步方案的缺點，保障提升過程安全。
[0106] 3)采用旋轉(zhuǎn)提升法時若雙枝不等重，將提升塔架調(diào)整為兩端鉸接的軸心受壓梭形 柱，可以避免不等重提升產(chǎn)生的傾覆力矩，大大降低塔架應力。
[0107] 4)塔架設計方案調(diào)整后，對其進行整體穩(wěn)定數(shù)值分析，并將分析結(jié)果與規(guī)范計算 結(jié)果對比。結(jié)果表明數(shù)值計算結(jié)果與規(guī)范計算結(jié)果較為接近，均滿足穩(wěn)定設計要求。數(shù)值承 載力稍低的原因是整體與分肢長細比接近造成的穩(wěn)定相互作用。
[0108]以上結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據(jù) 上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節(jié)不應構成對本發(fā)明的限定， 本發(fā)明將以所附權利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法，其特征在于，包括步驟： 于基礎面上安裝大型樹狀結(jié)構的樹干部分； 于所述樹干部分上搭設提升塔架，并于所述提升塔架上安裝提升設備； 將大型樹狀結(jié)構的樹枝部分吊起至待提升位置，將所述樹枝部分與所述樹干部分相鉸 接，并于所述樹枝部分與所述提升設備之間拉設提升索裝置； 啟動所述提升設備，所述提升索裝置向上提升所述樹枝部分，使所述樹枝部分繞鉸接 位置旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上； 待所述樹枝部分旋轉(zhuǎn)提升到位后，對所述樹枝部分及所述樹干部分進行固定。2. 如權利要求1所述的大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法，其特征在于，在將大型樹狀 結(jié)構的樹枝部分吊起至待提升位置前，預先將大型樹狀結(jié)構的樹枝部分劃分為多組提升單 元，每組所述提升單元包括位于所述樹干部分兩側(cè)的第一樹枝及第二樹枝； 在將大型樹狀結(jié)構的樹枝部分吊起至待提升位置時，依次吊起每組所述提升單元的所 述第一樹枝及所述第二樹枝，利用所述提升設備及所述提升索裝置依次將每組所述提升單 元的所述第一樹枝及所述第二樹枝旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上。3. 如權利要求2所述的大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法，其特征在于:所述提升設備 包括設于所述提升塔架頂部兩側(cè)的第一提升器及第二提升器，所述提升索裝置包括連接所 述第一提升器的第一提升索及連接所述第二提升器的第二提升索。4. 如權利要求3所述的大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法，其特征在于，通過以下步驟 利用所述提升設備及所述提升索裝置將每一組所述提升單元的所述第一樹枝及所述第二 樹枝旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上： 吊起所述提升單元的所述第一樹枝，將所述第一樹枝的第一端與所述樹干部分相鉸 接，并于所述第一樹枝的第二端與所述第一提升器之間拉設所述第一提升索； 吊起所述提升單元的所述第二樹枝，將所述第二樹枝的第一端與所述樹干部分相鉸 接，并于所述第二樹枝的第二端與所述第二提升器之間拉設所述第二提升索； 啟動所述第一提升器，所述第一提升索向上提升所述第一樹枝的第二端，將所述第一 樹枝旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上； 啟動所述第二提升器，所述第二提升索向上提升所述第二樹枝的第二端，將所述第二 樹枝旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上。5. 如權利要求4所述的大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法，其特征在于:所述第一樹枝 的重量等于所述第二樹枝的重量;在啟動所述第一提升器及所述第二提升器時，同步啟動 所述第一提升器及所述第二提升器，將所述第一樹枝及所述第二樹枝同步旋轉(zhuǎn)提升至所述 樹干部分上。6. 如權利要求4所述的大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法，其特征在于:所述第一樹枝 的重量大于所述第二樹枝的重量； 在啟動所述第一提升器及所述第二提升器前，預先于所述第二樹枝的第二端與所述樹 干部分的底部之間拉設背索； 在啟動所述第一提升器及所述第二提升器時，先啟動所述第一提升器，所述第一提升 索向上提升所述第一樹枝的第二端，將所述第一樹枝旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上;再啟動 所述第二提升器，在所述背索的作用下，所述第二提升索向上提升所述第二樹枝的第二端， 將所述第二樹枝旋轉(zhuǎn)提升至所述樹干部分上。7. 如權利要求2所述的大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法，其特征在于，待所述樹枝部 分旋轉(zhuǎn)提升到位后，對所述樹枝部分及所述樹干部分進行固定的步驟包括： 在每組所述提升單元的所述第一樹枝旋轉(zhuǎn)提升到位后，將所述第一樹枝與所述樹干部 分進行對接，并于所述第一樹枝的下方支設第一支撐胎架進行支撐； 在每組所述提升單元的所述第二樹枝旋轉(zhuǎn)提升到位后，將所述第二樹枝與所述樹干部 分進行對接，并于所述第二樹枝的下方支設第二支撐胎架進行支撐。8. 如權利要求1所述的大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法，其特征在于:所述提升塔架 采用兩端鉸接的軸心受壓梭形柱，所述提升塔架底部的弦桿匯交于一點，且于匯交點處設 置球鉸支座，所述提升塔架通過所述球鉸支座與所述樹干部分的頂部連接。9. 如權利要求1所述的大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法，其特征在于:于所述樹干部 分上搭設提升塔架時，還包括于所述基礎面與所述提升塔架之間拉設纜風索。10. 如權利要求1所述的大型樹狀結(jié)構的旋轉(zhuǎn)提升施工方法，其特征在于:所述基礎面 為已施工完成的樓板面，采用輕型吊車將所述樹枝部分吊起至待提升位置。
【文檔編號】E04H12/34GK105952244SQ201610289860
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】陳海洲, 馬榮全, 張曉勇, 李赟, 任立港, 沈海松
【申請人】中國建筑第八工程局有限公司