CN113882574B - 一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，其中屋面网壳结构包含第一半幅和第二半幅，设置由连接谷、第一半幅峰、第一半幅谷，第二半幅峰和第二半幅谷；第一半幅谷在屋面网壳短向通长斜向布置，第一幅谷、连接谷和第二半幅谷三者呈X形布置；施工时，通过将屋面网壳进行两幅划分可分别进行独立施工，且根据房屋网壳峰、谷和封边的划分，利于进一步便捷施工；通过对主梁的分段，可有效的简化施工提高施工效率，且通过临时支撑的设置，可有效保证安装时的安全性和便捷操作性；通过监测装置的布设和应用，可有效的监控施工过程指导施工；通过有序的卸荷工法，利于屋面网壳形成整体性的均匀受力。

Description

一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，特别涉及一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法。

背景技术

随着经济的发展，对于大型活动场馆、艺术馆以及体育馆等娱乐休闲设置的要求越来越高，由此产生的建筑样式也愈加丰富多彩。对于屋面网壳应用双曲率制作时，其造型复杂，施工工序和分区划分的选择对能够成功完成屋面造型有很大的决定作用；且屋面钢构架没有连接成整体之前，下部支撑钢柱无法受力支撑，如何通过临时支撑整个屋面壳架，保证焊接顺序是保证屋面钢架应力传递的先决条件；在屋面网壳中杆件多样，数量多，如何测量定位，使钢屋架能够整体契合是难点之一；屋面成型之后，支撑架卸载，钢柱受力支撑整个屋面钢架，受力形式发生改变，如何卸载且卸载过程和之后变形控制是重点之一。

发明内容

本发明提供了一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，用以解决双曲率大型屋面网壳结构的分区安装、临时支撑、过程监测以及卸荷成型等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，屋面网壳结构包含第一半幅和第二半幅，第一半幅和第二半幅在相接处设置为连接谷、第一半幅包含第一半幅峰和第一半幅谷，且第一半幅峰为双峰，双峰高度不同且双峰之间的第一半幅谷与连接谷相连；所述第二半幅包含第二半幅峰和第二半幅谷，第二半幅峰为双峰，双峰高度不同且双峰之间的第二半幅谷与连接谷相连；

所述第一半幅谷在屋面网壳短向通长斜向布置，第一半幅谷、连接谷和第二半幅谷三者呈X形布置；

所述屋面网壳包含四周连接的一组封梁、连接于封梁之间的封连梁、连接于封梁内部第一半幅上的第一半幅主梁和第一半幅次梁、以及连接于封梁内部第二半幅上的第二半幅主梁和第二半幅次梁；所述第一半幅主梁和第一半幅次梁组成第一半幅峰和第一半幅谷，所述第二半幅主梁和第二半幅次梁组成第二半幅峰和第二半幅谷；

所述封梁垂向上和水平向上均呈波浪式设置；

屋面网壳结构的施工方法，具体步骤如下：

步骤一、进行屋面网壳的图纸深化，确定封梁、封连梁、第一半幅主梁、第一半幅次梁、第二半幅主梁和第二半幅次梁的空间和平面位置，并将屋面网壳下方连接柱体点位进行网格深化明确；

步骤二、将屋面网壳在平面的投影划分为第一半幅和第二半幅，其中，划分第一半幅和第二半幅根据连接谷位置对应划分；将第一半幅中第一半幅主梁和第一半幅次梁根据跨度、用钢量、吊装位置及重量进行划分；而后将封梁和封连梁组成的封边再进行细致划分；其中将第一半幅中短向边和两个半长向边均进行划分；

步骤三、现场施工时，将下部立柱根据编号进行安装，并将柱头上预安装与梁体连接的预连件；而后先安装第一半幅和第二半幅的封梁和封连梁；封梁和封连梁从连接谷处向两侧安装；其中第一半幅从屋面网壳长向中部向一侧依次安装，第二半幅从屋面网壳长向中部斜向至第二半幅对角处安装然后向两侧对称依次安装；

步骤四、第一半幅和第二半幅安装中均先对第一半幅主梁和第二半幅主梁进行安装，而后插入第一半幅次梁和第二半幅次梁的安装；安装各梁体时均通过测量控制其安装精度；

步骤五、逐步完成对封梁和封连梁形成的框架，过程中和完成后均对框架在垂向和水平向的位置进行校核；分区作业对第一半幅和第二半幅进行安装并进行过程中的监测和实时调整；由此完成屋面网壳的吊装施工；

步骤六、安装封梁、封连梁、第一半幅主梁、第一半幅次梁、第二半幅主梁和第二半幅次梁时，设置有临时支撑；待完成屋面网壳的吊装施工后，从中间向两端依次卸载，卸荷顺序与安装顺序相同；边卸荷边监测各构件的位移量，在满足设计要求下，逐步完成屋面网壳的安装施工。

进一步的，对于步骤一中，第一半幅主梁和第二半幅主梁均根据其弯曲程度和重量进行分段，至少分为两段；部分第一半幅主梁和第二半幅主梁弯曲位置，以双曲调节段代替，多划分一段；分段长度不得少于2倍截面高度。

进一步的，所述第一半幅主梁和第二半幅主梁在各自分区的房屋网壳短向通长且间隔平行设置，在相邻的第一半幅主梁间连接第一半幅次梁，相邻第一半幅次梁之间相互平行且与第一半幅主梁呈菱形布置，第一半幅主梁和第一半幅次梁之间还连接有加强斜梁；

在相邻的第二半幅主梁间连接第二半幅次梁，相邻第二半幅次梁之间相互平行且与第二半幅主梁呈菱形布置。

进一步的，每组封梁至少设置有平行的三根，且三根封梁之间连接有斜向和垂向的封连梁，垂向的封连梁与封梁呈田字设置，斜向的封连梁与封梁呈米字连接设置；三根封梁由外向内依次是边梁、幕墙承重梁和柱间梁。

进一步的，对于步骤二处，根据屋面网壳的长向长度对封梁在每跨上均分为一段，且封梁在弯曲段对接处设置有加强连板。

进一步的，对于步骤四中，每根第一半幅主梁和第二半幅主梁进行精确定位，使用现有基准点进行测量时，首先要将后视点转移至预先打设的满堂脚手架上；同时，为保证每个第一半幅主梁和第二半幅主梁的精确定位，需先对临时支撑进行定位。

进一步的，根据已有基准点，在脚手架最高点布设一点，为全站仪设立点：搭设测量平台，测量平台四周使用钢管设计栏杆，测量平台设置在脚手架最高点位置，且测量平台在房屋网壳网格中伸出。

进一步的，对于步骤六中，根据施工顺序，卸载顺序从中间向两边分级卸载，卸载前，卸载部位及相邻区域应焊接并探伤完成；根据卸载顺序在从中间向两边依次卸载时，相邻区域未卸载，支撑还在受力，当全部卸载完成后，壳结构下挠值最大，保证此时挠度值符合设计要求。

进一步的，所述临时支撑包含脚手架和可调节连接于脚手架上的可调节件，可调节件至少包含与脚手架连接的可调杆件以及可调杆件顶部连接的弧形托件，所述弧形托件弧度对应第一半幅主梁和第二半幅主梁的弧度。

进一步的，还连接有监测装置，所述监测装置包含位移传感器、压力传感器以及应变式传感器，将各传感器与控制平台连接实时进行监控；其中各传感器至少设置在封梁、第一半幅主梁和第二半幅主梁的分段连接两侧和曲率变化大处，且在连接谷、第一半幅和第二半幅谷处加密布置。

本发明的有益效果体现在：

1）本发明通过将屋面网壳进行两幅划分可分别进行独立施工，且根据房屋网壳峰、谷和封边的划分，利于进一步便捷施工；

2）本发明通过对主梁的分段，可有效的简化施工提高施工效率，且通过临时支撑的设置，可有效保证安装时的安全性和便捷操作性；

3）本发明通过监测装置的布设和应用，可有效的监控施工过程指导施工；通过有序的卸荷工法，利于屋面网壳形成整体性的均匀受力；

本发明针对性的对双曲箱型大曲率屋面结构进行分区、分类、划段、监测、支撑以及卸荷，可有效的保证施工质量和精度；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

图1是双曲箱型大曲率屋面网壳立体结构示意图；

图2是双曲箱型大曲率屋面网壳结构平面示意图；

图3是双曲箱型大曲率屋面网壳结构位移云图；

图4是双曲箱型大曲率屋面网壳结构应力云图。

附图标记：1-屋面网壳、11-封梁、12-封连梁、13-第一半幅主梁、14-第一半幅次梁、15-第二半幅主梁、16-第二半幅次梁、2-第一半幅峰、3-第一半幅谷、4-连接谷、5-第二半幅峰、6-第二半幅谷。

具体实施方式

以某工程为例，如图1所示，本工程屋架为单层壳结构，构构件为双曲面箱型构件，屋面整体为双大曲率设置，周圈为悬挑结构，支撑下部玻璃幕墙。悬挑结构由箱型组合成“米”字结构；屋面像一个在空中飘浮的丝绢，整体造型灵动、样式优美。

如图1和图2所示，屋面网壳结构包含第一半幅和第二半幅，第一半幅和第二半幅在相接处设置为连接谷4、第一半幅包含第一半幅峰2和第一半幅谷3，且第一半幅峰2为双峰，双峰高度不同且双峰之间的第一半幅谷3与连接谷4相连；所述第二半幅包含第二半幅峰5和第二半幅谷6，第二半幅峰5为双峰，双峰高度不同且双峰之间的第二半幅谷6与连接谷4相连。第一半幅谷3在屋面网壳1短向通长斜向布置，第一半幅谷3、连接谷4和第二半幅谷6三者呈X形布置。

本实施例中，屋面网壳1包含四周连接的一组封梁11、连接于封梁11之间的封连梁12、连接于封梁11内部第一半幅上的第一半幅主梁13和第一半幅次梁14、以及连接于封梁11内部第二半幅上的第二半幅主梁15和第二半幅次梁16；所述第一半幅主梁13和第一半幅次梁14组成第一半幅峰2和第一半幅谷3，所述第二半幅主梁15和第二半幅次梁16组成第二半幅峰5和第二半幅谷6；所述封梁11垂向上和水平向上均呈波浪式设置。

本实施例中，屋面网壳1分为东西两幅，东侧由双曲箱型构件相互交叉为三角形单元格，西侧由双曲箱型构件相互交叉为矩形单元格，屋架由壳结构交叉梁、柱间曲梁、幕墙承重梁和封边管壳结构组成，第一半幅主梁13和第二半幅主梁15的截面为RHS750×200×10，第二半幅次梁16和第二半幅次梁16的截面为RHS700×200×10；封边梁分别通过截面为RHS600×250×8和PD350×8，以上其材质全部为Q355B。

本实施例中，第一半幅主梁13和第二半幅主梁15在各自分区的房屋网壳短向通长且间隔平行设置，在相邻的第一半幅主梁13间连接第一半幅次梁14，相邻第一半幅次梁14之间相互平行且与第一半幅主梁13呈菱形布置，第一半幅主梁13和第一半幅次梁14之间还连接有加强斜梁；在相邻的第二半幅主梁15间连接第二半幅次梁16，相邻第二半幅次梁16之间相互平行且与第二半幅主梁15呈菱形布置。

本实施例中，每组封梁11至少设置有平行的三根，且三根封梁11之间连接有斜向和垂向的封连梁12，垂向的封连梁12与封梁11呈田字设置，斜向的封连梁12与封梁11呈米字连接设置；三根封梁11由外向内依次是边梁、幕墙承重梁和柱间梁，边梁、幕墙承重梁和柱间梁三者的截面尺寸和材质根据设计而定。

结合图1至图4，进一步的说明屋面网壳结构的施工方法，具体步骤如下：

步骤一、进行屋面网壳1的图纸深化，确定封梁11、封连梁12、第一半幅主梁13、第一半幅次梁14、第二半幅主梁15和第二半幅次梁16的空间和平面位置，并将屋面网壳1下方连接柱体点位进行网格深化明确。

对于步骤一中，第一半幅主梁13和第二半幅主梁15均根据其弯曲程度和重量进行分段，至少分为两段；部分第一半幅主梁13和第二半幅主梁15弯曲位置，以双曲调节段代替，多划分一段；分段长度不得少于2倍截面高度。

步骤二、将屋面网壳1在平面的投影划分为第一半幅和第二半幅，其中，划分第一半幅和第二半幅根据连接谷4位置对应划分；将第一半幅中第一半幅主梁13和第一半幅次梁14根据跨度、用钢量、吊装位置及重量进行划分；而后将封梁11和封连梁12组成的封边再进行细致划分；其中将第一半幅中短向边和两个半长向边均进行划分。

对于步骤二处，根据屋面网壳1的长向长度对封梁11在每跨上均分为一段，且封梁11在弯曲段对接处设置有加强连板。

步骤三、现场施工时，将下部立柱根据编号进行安装，并将柱头上预安装与梁体连接的预连件；而后先安装第一半幅和第二半幅的封梁11和封连梁12；封梁11和封连梁12从连接谷4处向两侧安装；其中第一半幅从屋面网壳1长向中部向一侧依次安装，第二半幅从屋面网壳1长向中部斜向至第二半幅对角处安装然后向两侧对称依次安装。

步骤四、第一半幅和第二半幅安装中均先对第一半幅主梁13和第二半幅主梁15进行安装，而后插入第一半幅次梁14和第二半幅次梁16的安装；安装各梁体时均通过测量控制其安装精度。

对于步骤四中，每根第一半幅主梁13和第二半幅主梁15进行精确定位，使用现有基准点进行测量时，首先要将后视点转移至预先打设的满堂脚手架上；同时，为保证每个第一半幅主梁13和第二半幅主梁15的精确定位，需先对临时支撑进行定位。

根据已有基准点，在脚手架最高点布设一点，为全站仪设立点：搭设测量平台，测量平台四周使用钢管设计栏杆，测量平台设置在脚手架最高点位置，且测量平台在房屋网壳网格中伸出。

步骤五、逐步完成对封梁11和封连梁12形成的框架，过程中和完成后均对框架在垂向和水平向的位置进行校核；分区作业对第一半幅和第二半幅进行安装并进行过程中的监测和实时调整；由此完成屋面网壳1的吊装施工。

其中，监测装置包含位移传感器、压力传感器以及应变式传感器，将各传感器与控制平台连接实时进行监控；其中各传感器至少设置在封梁11、第一半幅主梁13和第二半幅主梁15的分段连接两侧和曲率变化大处，且在连接谷4、第一半幅和第二半幅谷6处加密布置。

步骤六、安装封梁11、封连梁12、第一半幅主梁13、第一半幅次梁14、第二半幅主梁15和第二半幅次梁16时，设置有临时支撑；待完成屋面网壳1的吊装施工后，从中间向两端依次卸载，卸荷顺序与安装顺序相同；边卸荷边监测各构件的位移量，在满足设计要求下，逐步完成屋面网壳1的安装施工。

对于步骤六中，根据施工顺序，卸载顺序从中间向两边分级卸载，卸载前，卸载部位及相邻区域应焊接并探伤完成；根据卸载顺序在从中间向两边依次卸载时，相邻区域未卸载，支撑还在受力，当全部卸载完成后，壳结构下挠值最大，保证此时挠度值符合设计要求。如图3和图4中，位移云图中最大位移为22mm，应力云图中最大应力为92Mpa；验算结果，最大下挠值为22mm，小于L/400,即32.2m/400=80.5mm；起拱值设为22mm；由此，位移、应力和起拱值均符合设计要求。

其中，临时支撑包含脚手架和可调节连接于脚手架上的可调节件，可调节件至少包含与脚手架连接的可调杆件以及可调杆件顶部连接的弧形托件，所述弧形托件弧度对应第一半幅主梁13和第二半幅主梁15的弧度。

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。

Claims (10)

1.一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，其特征在于，屋面网壳结构包含第一半幅和第二半幅，第一半幅和第二半幅在相接处设置为连接谷（4）、第一半幅包含第一半幅峰（2）和第一半幅谷（3），且第一半幅峰（2）为双峰，双峰高度不同且双峰之间的第一半幅谷（3）与连接谷（4）相连；所述第二半幅包含第二半幅峰（5）和第二半幅谷（6），第二半幅峰（5）为双峰，双峰高度不同且双峰之间的第二半幅谷（6）与连接谷（4）相连；

所述第一半幅谷（3）在屋面网壳（1）短向通长斜向布置，第一半幅谷（3）、连接谷（4）和第二半幅谷（6）三者呈X形布置；

所述屋面网壳（1）包含四周连接的一组封梁（11）、连接于封梁（11）之间的封连梁（12）、连接于封梁（11）内部第一半幅上的第一半幅主梁（13）和第一半幅次梁（14）、以及连接于封梁（11）内部第二半幅上的第二半幅主梁（15）和第二半幅次梁（16）；所述第一半幅主梁（13）和第一半幅次梁（14）组成第一半幅峰（2）和第一半幅谷（3），所述第二半幅主梁（15）和第二半幅次梁（16）组成第二半幅峰（5）和第二半幅谷（6）；

所述封梁（11）垂向上和水平向上均呈波浪式设置；

屋面网壳结构的施工方法，具体步骤如下：

步骤一、进行屋面网壳（1）的图纸深化，确定封梁（11）、封连梁（12）、第一半幅主梁（13）、第一半幅次梁（14）、第二半幅主梁（15）和第二半幅次梁（16）的空间和平面位置，并将屋面网壳（1）下方连接柱体点位进行网格深化明确；所述封梁（11）、封连梁（12）、第一半幅主梁（13）、第一半幅次梁（14）、第二半幅主梁（15）和第二半幅次梁（16）均为箱型梁；

步骤二、将屋面网壳（1）在平面的投影划分为第一半幅和第二半幅，其中，划分第一半幅和第二半幅根据连接谷（4）位置对应划分；将第一半幅中第一半幅主梁（13）和第一半幅次梁（14）根据跨度、用钢量、吊装位置及重量进行划分；而后将封梁（11）和封连梁（12）组成的封边再进行细致划分；其中将第一半幅中短向边和两个半长向边均进行划分；

步骤三、现场施工时，将下部立柱根据编号进行安装，并将柱头上预安装与梁体连接的预连件；而后先安装第一半幅和第二半幅的封梁（11）和封连梁（12）；封梁（11）和封连梁（12）从连接谷（4）处向两侧安装；其中第一半幅从屋面网壳（1）长向中部向一侧依次安装，第二半幅从屋面网壳（1）长向中部斜向至第二半幅对角处安装然后向两侧对称依次安装；

步骤四、第一半幅和第二半幅安装中均先对第一半幅主梁（13）和第二半幅主梁（15）进行安装，而后插入第一半幅次梁（14）和第二半幅次梁（16）的安装；安装各梁体时均通过测量控制其安装精度；

步骤五、逐步完成对封梁（11）和封连梁（12）形成的框架，过程中和完成后均对框架在垂向和水平向的位置进行校核；分区作业对第一半幅和第二半幅进行安装并进行过程中的监测和实时调整；由此完成屋面网壳（1）的吊装施工；

步骤六、安装封梁（11）、封连梁（12）、第一半幅主梁（13）、第一半幅次梁（14）、第二半幅主梁（15）和第二半幅次梁（16）时，设置有临时支撑；待完成屋面网壳（1）的吊装施工后，从中间向两端依次卸载，卸荷顺序与安装顺序相同；边卸荷边监测各构件的位移量，在满足设计要求下，逐步完成屋面网壳（1）的安装施工。

2.如权利要求1所述的一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，其特征在于，对于步骤一中，第一半幅主梁（13）和第二半幅主梁（15）均根据其弯曲程度和重量进行分段，至少分为两段；部分第一半幅主梁（13）和第二半幅主梁（15）弯曲位置，以双曲调节段代替，多划分一段；分段长度不得少于2倍截面高度。

3.如权利要求2所述的一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，其特征在于，所述第一半幅主梁（13）和第二半幅主梁（15）在各自分区的房屋网壳短向通长且间隔平行设置，在相邻的第一半幅主梁（13）间连接第一半幅次梁（14），相邻第一半幅次梁（14）之间相互平行且与第一半幅主梁（13）呈菱形布置，第一半幅主梁（13）和第一半幅次梁（14）之间还连接有加强斜梁；

在相邻的第二半幅主梁（15）间连接第二半幅次梁（16），相邻第二半幅次梁（16）之间相互平行且与第二半幅主梁（15）呈菱形布置。

4.如权利要求3所述的一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，其特征在于，每组封梁（11）至少设置有平行的三根，且三根封梁（11）之间连接有斜向和垂向的封连梁（12），垂向的封连梁（12）与封梁（11）呈田字设置，斜向的封连梁（12）与封梁（11）呈米字连接设置；三根封梁（11）由外向内依次是边梁、幕墙承重梁和柱间梁。

5.如权利要求3所述的一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，其特征在于，对于步骤二处，根据屋面网壳（1）的长向长度对封梁（11）在每跨上均分为一段，且封梁（11）在弯曲段对接处设置有加强连板。

6.如权利要求1所述的一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，其特征在于，对于步骤四中，每根第一半幅主梁（13）和第二半幅主梁（15）进行精确定位，使用现有基准点进行测量时，首先要将后视点转移至预先打设的满堂脚手架上；同时，为保证每个第一半幅主梁（13）和第二半幅主梁（15）的精确定位，需先对临时支撑进行定位。

7.如权利要求6所述的一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，其特征在于，根据已有基准点，在脚手架最高点布设一点，为全站仪设立点：搭设测量平台，测量平台四周使用钢管设计栏杆，测量平台设置在脚手架最高点位置，且测量平台在房屋网壳网格中伸出。

8.如权利要求1所述的一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，其特征在于，对于步骤六中，根据施工顺序，卸载顺序从中间向两边分级卸载，卸载前，卸载部位及相邻区域应焊接并探伤完成；根据卸载顺序在从中间向两边依次卸载时，相邻区域未卸载，支撑还在受力，当全部卸载完成后，壳结构下挠值最大，保证此时挠度值符合设计要求。

9.如权利要求8所述的一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，其特征在于，所述临时支撑包含脚手架和可调节连接于脚手架上的可调节件，可调节件至少包含与脚手架连接的可调杆件以及可调杆件顶部连接的弧形托件，所述弧形托件弧度对应第一半幅主梁（13）和第二半幅主梁（15）的弧度。

10.如权利要求8所述的一种双曲箱型大曲率屋面网壳结构的施工方法，其特征在于，还设置有监测装置，监测装置包含位移传感器、压力传感器以及应变式传感器，将各传感器与控制平台连接实时进行监控；其中各传感器至少设置在封梁（11）、第一半幅主梁（13）和第二半幅主梁（15）的分段连接两侧和曲率变化大处，且在连接谷（4）、第一半幅和第二半幅谷（6）处加密布置。

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