本發(fā)明屬于大跨度工業(yè)與民用建筑建造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于大跨度輕型屋蓋承重的格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段和大跨度格構(gòu)式鋼梁及其制作安裝方法。

背景技術(shù)：

民用建筑中的影劇院、體育館、展覽館、大會堂、航空港候機大廳及其他大型公共建筑，工業(yè)建筑中的大跨度廠房、飛機裝配車間和大型倉庫等存在一些橫向跨越30米以上空間的各類大跨度結(jié)構(gòu)。常用的大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)主要包括平面桁架、空間桁架、平板網(wǎng)架、空間網(wǎng)殼、索膜結(jié)構(gòu)等。其中，平面桁架結(jié)構(gòu)受力明確，設(shè)計簡單，施工簡便，通常適用于18m～60m跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)；空間管桁架結(jié)構(gòu)外形簡單流暢，節(jié)點形式簡單，節(jié)省材料，施工簡便，適用于18m～60m跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)；平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)空間受力，結(jié)構(gòu)自重輕，剛度大，抗震性能好，適用于20m～120m跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)；空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)空間受力，跨越能力強，造型豐富，制作與安裝方便。

蜂窩梁是一種由工字鋼經(jīng)切割、焊接而成的空腹梁。由于切割焊接而成的蜂窩梁的截面高度H擴張為原梁截面髙度h的1.2～1.7倍，大大增大了截面慣性矩和截面模量，提高了梁的剛度和承載能力,不僅使鋼梁適用跨度大大提高，而且減輕了結(jié)構(gòu)自重，節(jié)省了鋼材用量。由于具有上述優(yōu)勢，蜂窩梁日益廣泛地被應(yīng)用于橋梁、廠房、辦公樓、吊車橋架等工程結(jié)構(gòu)中，隨著軋制寬翼緣鋼材的出現(xiàn)，蜂窩梁已成為很有發(fā)展前途的一種構(gòu)件形式。然而，對于大跨度及超大跨度的結(jié)構(gòu)，與空間桁架、平板網(wǎng)架、空間網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)相比，傳統(tǒng)的蜂窩梁結(jié)構(gòu)難以體現(xiàn)出經(jīng)濟性和適用性的優(yōu)勢。分析其原因，主要存在以下三點：(1)對于大跨度簡支構(gòu)件，橫截面的彎矩從跨中向支座成拋物線式遞減，整個跨度范圍內(nèi)采用這種由實腹式的工字鋼切割、焊接而成等高截面蜂窩梁是不經(jīng)濟的，同時也增大了風(fēng)荷載對建筑物產(chǎn)生的不利影響；(2)對于大跨度簡支構(gòu)件，傳統(tǒng)的蜂窩梁適用性有限，隨著跨越空間的增大，跨中所需要的梁高也越來越大，普通規(guī)格的熱軋型鋼往往不能滿足要求，需要采用鋼板焊接制造加工成本較高，且存在局部穩(wěn)定等問題；(3)對于大跨度結(jié)構(gòu)，蜂窩梁剪切變形對構(gòu)件撓曲變形的影響非常顯著，相同規(guī)格蜂窩梁的撓度比普通的實腹式構(gòu)件明顯增大，在大跨度結(jié)構(gòu)的靠近支座剪力較大的區(qū)域采用蜂窩式的腹板對控制結(jié)構(gòu)的整體變形較為不利。

為了充分發(fā)揮蜂窩式受彎構(gòu)件剛度大、承載能力高、結(jié)構(gòu)自重輕、用鋼量省等優(yōu)勢，拓展蜂窩梁的適用跨度，克服彎剪區(qū)剪切變形對蜂窩式構(gòu)件撓曲變形的不利影響，亟需研發(fā)一種新的適用于大跨度及超大跨度的蜂窩鋼梁。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種能夠克服普通規(guī)格的熱軋型鋼制作蜂窩梁高度的限制的格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段，以及建筑造型美觀，結(jié)構(gòu)布置合理，用鋼量節(jié)省，工廠制作質(zhì)量可靠，現(xiàn)場焊接作業(yè)量較小的大跨度格構(gòu)式鋼梁和制作安裝方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段，包括蜂窩梁本體，所述蜂窩梁本體由多個結(jié)構(gòu)相同的工字型節(jié)間單元焊接而成，所述工字型節(jié)間單元包括焊接在豎向腹桿上下兩端的上弦桿、下弦桿，所述上弦桿和下弦桿的兩端與豎向腹桿之間分別通過角部斜向腹桿焊接，相鄰所述工字型節(jié)間單元的上弦桿和上弦桿端部焊接形成上弦、下弦桿和下弦桿端部焊接形成下弦，焊接后相鄰工字型節(jié)間單元的角部斜向腹桿和豎向腹桿形成六邊形。

所述蜂窩梁本體的上弦由根據(jù)設(shè)計要求進行端部切割成能夠平順對接的斜面的多根上弦桿首尾焊接成折線形或預(yù)彎曲的多根上弦桿首尾焊接成曲線形構(gòu)成。

所述豎向腹桿與所述角部斜向腹桿的夾角為30°-70°。

所述上弦桿和下弦桿采用寬翼緣熱軋H型鋼，所述豎向腹桿選用熱軋普通工字鋼或熱軋輕型工字鋼，所述角部斜向腹桿選用方鋼管或圓鋼管。

一種大跨度格構(gòu)式鋼梁，包括格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段和桁架梁節(jié)段，所述格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的兩端通過過渡節(jié)段與桁架梁節(jié)段連接后再焊接形成變高度格構(gòu)式鋼梁，所述變高度格構(gòu)式鋼梁通過桁架梁節(jié)段的支點安裝在支座上。

所述過渡節(jié)段包括焊接在桁架梁節(jié)段和格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段相互連接處的臨時固定連接板，所述桁架梁節(jié)段的臨時固定連接板和格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的臨時固定連接板通過螺栓連接。

所述格構(gòu)式蜂窩梁段、桁架梁節(jié)段及過渡節(jié)段的節(jié)間間距為3m-6m。

一種大跨度格構(gòu)式鋼梁的制作安裝方法，包括如下步驟：

a、鋼材桿件的下料、切角與調(diào)直；

步驟a中，首先進行鋼材桿件的號料，以桿件形心軸控制下料長度，繪出切割面的輪廓線；然后將桿件采用配套的模架固定，再選用切面較為平整的數(shù)控鋸床或砂輪鋸下料，下料過程中控制切割面的平面度，下料完成后，按照設(shè)計要求進行刨邊銑邊處理，最后進行桿件的調(diào)直。采用折線形上弦時應(yīng)該將上弦桿件端部按設(shè)計要求切割成能夠平順對接的斜面；采用曲線形上弦時則根據(jù)設(shè)計要求進行上弦桿的預(yù)彎曲，控制節(jié)點連接處的彎曲程度，保證上弦桿之間能平順對接；

b、支座附近的桁架梁節(jié)段的工廠焊接；

步驟b中，首先逐一核對桁架梁節(jié)段的上弦桿、下弦桿、豎向腹桿、斜向腹桿等桿件的尺寸及加工程度，將這些桿件從跨中向支座逐根桿件放置到裝配胎架對應(yīng)的位置上，標(biāo)識對應(yīng)的連接位置，然后從跨中向支座逐個節(jié)間進行焊接作業(yè)，焊接完成且焊縫質(zhì)量檢驗合格后，在上弦桿、下弦桿和豎向腹桿的連接處焊接加勁肋；

c、跨中格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的工廠焊接；

步驟c中，首先逐一核對格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的上弦桿、下弦桿、豎向腹桿、角部斜向腹桿等桿件的尺寸及加工程度，將這些桿件從跨中向支座逐根桿件放置到裝配胎架對應(yīng)的位置上，標(biāo)識對應(yīng)的連接位置；再將蜂窩梁從跨中向支座各個節(jié)間的豎向腹桿與上、下弦桿進行焊接，然后逐個節(jié)間焊接角部斜向腹桿形成一個個工字型節(jié)間單元，接著從跨中向支座將各個工字型節(jié)間單元的上弦桿與上弦桿、下弦桿和下弦桿焊接拼裝成跨中格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段，焊接完成且焊縫質(zhì)量檢驗合格后，在上弦桿、下弦桿和豎向腹桿的連接處焊接加勁肋；

d、桁架梁節(jié)段、格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的運輸；

步驟d中，將桁架梁節(jié)段和格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段在工廠預(yù)拼裝，并在桁架梁節(jié)段和格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段對應(yīng)連接處焊接臨時固定連接板，驗收合格后，采用大型的運輸車輛將桁架梁節(jié)段、格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，準(zhǔn)備現(xiàn)場的吊裝作業(yè)；

e、支座附近的桁架梁節(jié)段的吊裝；

步驟e中，將格構(gòu)式鋼梁的支座及跨中臨時支墩就位，進行桁架梁節(jié)段的吊裝作業(yè)，并按照設(shè)計要求在臨時支墩處設(shè)置一定的預(yù)拱度，吊裝就位后，將相鄰的桁架梁節(jié)段采用縱向聯(lián)系構(gòu)件連接形成整體，然后將桁架梁節(jié)段兩側(cè)的支點分別與支座和支墩臨時固結(jié)，并安裝桁架梁節(jié)段的縱橫向水平支撐及垂直支撐體系；

f、跨中格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的吊裝；

步驟f中，將格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段吊裝到在兩桁架梁節(jié)段之間，吊裝就位后，將格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段和桁架梁節(jié)段通過臨時固定連接板和螺栓進行臨時固定，然后將格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段和桁架梁節(jié)段的上、下弦桿件現(xiàn)場焊接形成格構(gòu)式鋼梁，焊接完成后，及時安裝蜂窩梁節(jié)段的縱橫向水平支撐體系。

g、檁條及屋面板的安裝；

步驟g中，對支點處螺栓進行終擰，拆除跨中臨時支墩。各個柱間的格構(gòu)式鋼梁及支撐體系安裝驗收合格，采用標(biāo)準(zhǔn)方法進行屋面檁條及屋面板安裝。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明采用型鋼、冷彎薄壁型鋼或鋼管等桿件焊接成跨中的格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段，從而能夠克服普通規(guī)格的熱軋型鋼制作蜂窩梁高度的限制，充分發(fā)揮蜂窩式受彎構(gòu)件剛度大、承載能力高、結(jié)構(gòu)自重輕、用鋼量省等優(yōu)點，大大拓展了蜂窩梁的適用跨度，格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段通過多個工字型節(jié)間單元焊接而成，大大節(jié)約了現(xiàn)場焊接作業(yè)的時間、保證了焊接的質(zhì)量，同時方便地實現(xiàn)格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的上弦根據(jù)建筑設(shè)計要求焊接成折線形或曲線形；本發(fā)明的大跨度格構(gòu)式鋼梁采用桁架梁節(jié)段與格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段焊接，在支座附近采用桁架梁節(jié)段，克服了剪切變形對蜂窩梁撓曲變形的不利影響，跨中格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段、支座附近的桁架梁節(jié)段通過現(xiàn)場拼接形成了一種上弦為折線形或曲線形、下弦水平的變高度格構(gòu)式鋼梁，建筑造型美觀，結(jié)構(gòu)布置合理；在制作安裝方法方面，桁架梁節(jié)段與格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段采用節(jié)段工廠制作、現(xiàn)場大節(jié)段拼裝的方式進行施工，工廠焊接質(zhì)量可靠，現(xiàn)場焊接作業(yè)量較小，施工速度快，機械化程度高，工期較短，綜合工程造價低，可廣泛適用于工業(yè)與民用建筑的大中型跨度輕型屋蓋結(jié)構(gòu)。

綜上所述，本發(fā)明提出了一種采用熱軋型鋼、冷彎薄壁型鋼或鋼管等桿件焊接而成的格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段和桁架梁節(jié)段，通過現(xiàn)場拼接形成了一種上弦為折線形或曲線形、下弦水平的變高度格構(gòu)式鋼梁，經(jīng)過合理的設(shè)計和施工組織時，采用本發(fā)明能夠克服普通規(guī)格的熱軋型鋼制作蜂窩梁高度的限制，綜合造價可比平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更有市場競爭力。

附圖說明

圖1為實施例中大跨度格構(gòu)式鋼梁立面布置示意圖。

圖2為實施例中跨中格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的單元組成示意圖。

圖3為實施例中格構(gòu)式鋼梁現(xiàn)場節(jié)段拼接的臨時固定示意圖。

圖中標(biāo)號：1、大跨度格構(gòu)式鋼梁；2、跨中格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段；3、支座附近桁架梁節(jié)段；4、過渡節(jié)段；5、上弦桿；6、下弦桿；7、豎向腹桿；8、角部斜向腹桿；9、臨時固定連接板；10、螺栓。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說明書附圖和較佳的實施例對本發(fā)明作更全面、細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體的實施例。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。

實施例

如圖1所示，圖示中的大跨度格構(gòu)式鋼梁1包括跨中的格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段2、支座附近的桁架梁節(jié)段3和過渡節(jié)段4，格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段2和桁架梁節(jié)段3與過渡節(jié)段4的兩端剛接，大跨度格構(gòu)式鋼梁的支點設(shè)置在桁架梁節(jié)段3的下弦節(jié)點處。

在本實施例中，大跨度格構(gòu)式鋼梁是采用熱軋型鋼、冷彎薄壁型鋼或鋼管等桿件焊接成跨中的格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段、支座附近的桁架梁節(jié)段和過渡節(jié)段，各節(jié)段通過現(xiàn)場節(jié)段拼接形成了一種上弦為折線形或曲線形、下弦水平的變高度格構(gòu)式鋼梁。其中格構(gòu)式蜂窩梁段包括上弦桿、下弦桿、豎向腹桿、角部斜向腹桿焊接而成，豎向腹桿和角部斜向腹桿圍成一個個六邊形蜂窩狀孔，弦桿與腹桿圍成一個個三角形孔，豎向腹桿與角部斜向腹桿的夾角為60°。格構(gòu)式蜂窩梁段的上弦桿、下弦桿選用寬翼緣熱軋H型鋼，豎向腹桿選用熱軋普通工字鋼或熱軋輕型工字鋼、角部斜向腹桿選用方鋼管或圓鋼管。

采用這種方法設(shè)計制作的大跨度格構(gòu)式鋼梁，建筑造型美觀，結(jié)構(gòu)布置合理，用鋼量節(jié)省，工廠制作質(zhì)量可靠，現(xiàn)場焊接作業(yè)量較小，施工速度快，其綜合造價可比空間管桁架、平板網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)更有市場競爭力。

制作圖1中的大跨度格構(gòu)式鋼梁主要包括以下幾個步驟：

(1)鋼材桿件的下料、銑邊與調(diào)直。

按照設(shè)計要求設(shè)置一定的預(yù)拱度。首先進行鋼材桿件的號料，以桿件形心軸控制下料長度，繪出切割面的輪廓線，采用折線形上弦時需要將上弦桿端部按照設(shè)計要求切割成能夠平順對接的斜面；然后將桿件采用配套的模架固定，再選用切面較為平整的數(shù)控鋸床或砂輪鋸下料，下料過程中控制切割面的平面度。下料完成后，按照設(shè)計要求進行刨邊銑邊處理，最后進行桿件的調(diào)直，采用曲線形上弦時則根據(jù)設(shè)計要求進行上弦桿的預(yù)彎曲，控制節(jié)點連接處的彎曲程度，保證上弦桿之間能夠平順連接。

(2)支座附近的桁架梁節(jié)段的工廠焊接。

支座附近的桁架梁節(jié)段工廠焊接時，首先逐一核對桁架梁節(jié)段的上弦桿、下弦桿、豎向腹桿、斜向腹桿等桿件的尺寸及加工程度，將這些桿件從跨中向支座逐根桿件放置到裝配胎架對應(yīng)的位置上，標(biāo)識對應(yīng)的連接位置，然后從跨中向支座逐個節(jié)間進行弦桿與腹桿的焊接作業(yè)，焊接完成且焊縫質(zhì)量檢驗合格后，在弦桿與腹桿的連接處焊接加勁肋。

(3)跨中格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的工廠焊接。

跨中格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的工廠焊接時，首先逐一核對格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的上弦桿、下弦桿、豎向腹桿、角部斜向腹桿等桿件的尺寸及加工程度，將這些桿件從跨中向支座逐根桿件放置到裝配胎架對應(yīng)的位置上，標(biāo)識對應(yīng)的連接位置；再將蜂窩梁從跨中向支座各個節(jié)間的豎向腹桿與上、下弦桿進行焊接，然后逐個節(jié)間焊接角部斜向腹桿形成一個個節(jié)間單元，接著從跨中向支座將各個節(jié)間單元的上下弦桿焊接拼裝成跨中格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段，主要桿件焊接完成且焊縫質(zhì)量檢驗合格后，在桿件連接處焊接加勁肋予以加強。

(4)桁架梁節(jié)段、格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的運輸。

支座附近桁架梁節(jié)段、跨中格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段制作完成后，應(yīng)進行工廠預(yù)拼裝，并在節(jié)段連接處焊接臨時固定連接板。驗收合格后，采用大型的運輸車輛將桁架梁節(jié)段、格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，準(zhǔn)備現(xiàn)場的吊裝作業(yè)。

(5)支座附近的桁架梁節(jié)段的吊裝。

格構(gòu)式鋼梁的支座及跨中臨時支墩就位后，采用塔式起重機、履帶起重機或汽車起重機完成支座附近的桁架梁節(jié)段的吊裝作業(yè)，并按照設(shè)計要求在臨時支墩處設(shè)置一定的預(yù)拱度。吊裝就位后，采用系桿和水平撐等構(gòu)件與已安裝好的桁架梁節(jié)段臨時固定，采用螺栓將桁架梁節(jié)段兩側(cè)的支點分別與支座和支墩臨時固結(jié)，并及時安裝該節(jié)段的縱橫向水平支撐及垂直支撐體系，確保施工過程中桁架梁節(jié)段的平面外的穩(wěn)定性。

(6)跨中格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的吊裝。

采用塔式起重機、履帶起重機或汽車起重機完成跨中格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段的吊裝作業(yè)，吊裝就位后，格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段和桁架梁節(jié)段通過螺栓對兩者連接處焊接的臨時固定連接板進行臨時固定，然后進行的上下弦桿件現(xiàn)場焊接的拼裝作業(yè)。格構(gòu)式鋼梁合攏后，及時安裝該節(jié)段的縱橫向水平支撐體系，確保施工及使用階段格構(gòu)式鋼梁平面外的穩(wěn)定性。

(7)檁條及屋面板的安裝。

各個柱間的格構(gòu)式鋼梁吊裝作業(yè)完成后，對支點處螺栓進行終擰，拆除跨中臨時支墩。各個柱間的格構(gòu)式鋼梁及支撐體系安裝驗收合格，可采用標(biāo)準(zhǔn)方法進行屋面檁條及屋面板的安裝。

本發(fā)明采用型鋼、冷彎薄壁型鋼或鋼管等桿件焊接成一種上弦為折線形或曲線形、下弦水平的變高度格構(gòu)式鋼梁，跨中采用格構(gòu)式蜂窩梁節(jié)段，充分發(fā)揮蜂窩式受彎構(gòu)件剛度大、承載能力高、結(jié)構(gòu)自重輕、用鋼量省等優(yōu)點，支座附近采用桁架梁節(jié)段克服了剪切變形對蜂窩梁撓曲變形的不利影響。采用節(jié)段工廠制作、現(xiàn)場大節(jié)段拼裝的方式進行施工，工廠焊接質(zhì)量可靠，現(xiàn)場焊接作業(yè)量較小，施工速度快。這種結(jié)構(gòu)形式建筑造型美觀，結(jié)構(gòu)布置合理，施工簡便，綜合造價較低，在大跨度輕型屋蓋結(jié)構(gòu)中非常具有市場競爭力。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。