CN115450368A - 一种球面双曲屋面板的预制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑施工技术领域，公开一种球面双曲屋面板的预制方法。球面双曲屋面板的预制方法包括：建立屋面板模型，并将屋面板模型拆分成多个拼接碎片，拼接碎片包括四角碎片、三角碎片和双面坡碎片；根据拼接碎片的形状分别预制不同尺寸的平面四角模板、平面三角模板和双面坡模板；根据预制的模板的不同组合浇筑混凝土得到拼接碎片；对屋面板模型仿真分析，确定拼接碎片的组装顺序以及不同区域的拼接碎片的拼接区的组装方式；对拼接后的屋面板进行变形监测，并根据监测数据计算位移载荷，如果位移载荷不在正常范围内，则对拼接的屋面板进行局部改造。该球面双曲屋面板的预制方法，以增加模板的周转次数，减少建造成本，降低安装定位的难度。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种球面双曲屋面板的预制方法。
背景技术
在建设体育场时，屋顶采用大跨度、大截面的型钢结构。如图1所示，屋顶为空间组合体，具有球面和双曲面的双重特点，局部多为非规则形体，预制放样、安装定位难度大。如果按照传统的模具设计制作方法，需要的模具种类和尺寸繁多，且每种模具周转次数不多，增加建造成本。
因此，亟需提供一种球面双曲屋面板的预制方法，以解决上述问题。
发明内容
基于以上，本发明的目的在于提供一种球面双曲屋面板的预制方法，。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种球面双曲屋面板的预制方法，包括以下步骤：
建立屋面板模型，并将屋面板模型拆分成多个拼接碎片，拼接碎片包括四角碎片、三角碎片和双面坡碎片；
根据拼接碎片的形状分别预制不同尺寸的平面四角模板、平面三角模板和双面坡模板；
根据预制的模板的不同组合浇筑混凝土得到拼接碎片；
对屋面板模型进行仿真分析，确定拼接碎片的组装顺序以及不同区域的拼接碎片的拼接区的组装方式；
对拼接后的屋面板进行变形监测，并根据监测数据计算位移载荷，如果位移载荷不在正常范围内，则对拼接的屋面板进行局部改造。
进一步地，双面坡模板包括底板、内侧双面坡模板和外侧双面坡模板，底板能够倾斜设置，内侧双面坡模板和外侧双面坡模板均设置于底板上，内侧双面坡模板设置于外侧双面坡模板内，内侧双面坡模板由钢板制成，外侧双面坡模板由木板制成。
进一步地，双面坡模板还包括垫板，垫板具有倾斜度可调的斜面，底板设置于斜面上。
进一步地，双面坡模板还包括盖板，盖板盖设于内侧双面坡模板上。
进一步地，拼接碎片的组装顺序为由外向里的逐步对称安装。
进一步地，对同一工况下不同组装进度的屋面板模型进行仿真分析，得到不同组装进度下屋面板模型的应力分布以及承受最大应力的拼接区，并根据仿真结果确定不同区域拼接碎片的拼接区的组装方式。
进一步地，根据仿真结果得到存在危险系数的特定组装进度，并在该组装进度下对承受最大应力的区域的拼接碎片的拼接区进行加固处理。
进一步地，当屋面板模型承受的最大应力超过屋面板本身材料强度的80％时，认定屋面板存在危险系数。
进一步地，根据对组装好的屋面板模型的仿真结果，在屋面板应力集中以及最大应力的区域进行变形监测。
本发明的有益效果为：
本发明提供的球面双曲屋面板的预制方法包括以下步骤：建立屋面板模型，并将屋面板模型拆分成多个拼接碎片，拼接碎片包括四角碎片、三角碎片和双面坡碎片；根据拼接碎片的形状分别预制不同尺寸的平面四角模板、平面三角模板和双面坡模板；根据预制的模板的不同组合浇筑混凝土得到拼接碎片；对屋面板模型进行仿真分析，确定拼接碎片的组装顺序以及不同区域的拼接碎片的拼接区的组装方式；对拼接后的屋面板进行变形监测，并根据监测数据计算位移载荷，如果位移载荷不在正常范围内，则对拼接的屋面板进行局部改造。该球面双曲屋面板的预制方法，以增加预制模板的周转次数，减少建造成本，降低安装定位的难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明具体实施方式提供的屋面板的立体图；
图2是本发明具体实施方式提供的屋面板分体的仿真模型的拆分图；
图3是本发明具体实施方式提供的平面四角模板的结构示意图；
图4是本发明具体实施方式提供的平面三角模板的结构示意图；
图5是本发明具体实施方式提供的双面坡模板的结构示意图；
图6是本发明具体实施方式提供的双面坡模板另一角度的结构示意图；
图7是本发明具体实施方式提供的屋面板组装第一步的组装示意图；
图8是本发明具体实施方式提供的屋面板组装第二步的组装示意图；
图9是本发明具体实施方式提供的屋面板组装第三步的组装示意图；
图10是本发明具体实施方式提供的屋面板组装第四步的组装示意图；
图11是本发明具体实施方式提供的屋面板组装第五步的组装示意图；
图12是本发明具体实施方式提供的屋面板组装第六步的组装示意图；
图13是本发明具体实施方式提供的屋面板组装第一步时屋面板的应力分布图；
图14是本发明具体实施方式提供的屋面板组装第二步时屋面板的应力分布图；
图15是本发明具体实施方式提供的屋面板组装第三步时屋面板的应力分布图；
图16是本发明具体实施方式提供的屋面板组装第四步时屋面板的应力分布图；
图17是本发明具体实施方式提供的屋面板组装第五步时屋面板的应力分布图；
图18是本发明具体实施方式提供的屋面板组装第六步时屋面板的应力分布图；
图19是本发明具体实施方式提供的屋面板加固前局部结构的示意图；
图20是本发明具体实施方式提供的屋面板加固后局部结构的示意图；
图21是本发明具体实施方式提供的屋面板变形监测的示意图。
图中：
1-屋面板；2-屋面板分体；3-变形监测组件；4-平面四角模板；5-平面三角模板；6-双面坡模板；
11-球面；12-双曲面；21-主拱；22-环梁；23-肋梁；24-拼接碎片；25-加强板；31-监测点；32-监测装置；41-内侧四角模板；42-外侧四角模板；51-内侧三角模板；52-外侧三角模板；61-内侧双面坡模板；62-外侧双面坡模板；63-底板；64-垫板；
241-四角碎片；242-三角碎片；243-双面坡碎片。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，屋面板1为空间组合体，具有球面11和双曲面12的双重特点，局部多为非规则形体，预制放样、安装定位难度大。本实施方式提供一种球面双曲屋面板的预制方法，以增加预制模板的周转次数，减少建造成本，降低安装定位的难度。
如图2所示，由于屋面板1的对称性质，现取屋面板1的四分之一的部分作为屋面板分体2进行分析，以降低后续的拆分和仿真的工作量。
具体地，屋面板分体2包括主拱21、环梁22和肋梁23，主拱21和环梁22平行设置，肋梁23设置于主拱21和环梁22之间，三者之间围成的区域内浇筑混凝土材料，主拱21、环梁22和肋梁23均为钢结构，主拱21、环梁22和肋梁23对屋面板分体2起到良好的加固和支撑作用。
本实施方式提供的球面双曲屋面板的预制方法，包括以下步骤：
建立屋面板模型，并将屋面板模型拆分成多个拼接碎片24，拼接碎片24包括四角碎片241、三角碎片242和双面坡碎片243；
根据拼接碎片24的形状分别预制不同尺寸的平面四角模板4、平面三角模板5和双面坡模板6；
根据预制的模板的不同组合浇筑混凝土得到拼接碎片24；
对屋面板模型进行仿真分析，确定拼接碎片24的组装顺序以及不同区域的拼接碎片24的拼接区的组装方式；
对拼接后的屋面板1进行变形监测，并根据监测数据计算位移载荷，如果位移载荷不在正常范围内，则对拼接的屋面板1进行局部改造。拼接碎片24的设置，能够增加模板的周转次数，减少建造成本，降低安装定位的难度。
具体地，屋面板模型是依据屋面板分体2的尺寸和形状而建立的。
如图2所示，肋梁23为曲线形，而预制屋面板1的钢支撑梁是以曲代直设计的，因此肋梁23按直线形设计，肋梁23分割的单块预制板段按平板预制。为了解决肋梁23和钢支撑梁的安装缝隙，预制板段安装到位后，钢支撑梁和肋梁23的缝隙加临时垫板，然后用干硬性水泥砂浆嵌缝，最后绑扎钢筋浇筑混凝土，保证屋面板1与钢支撑梁密贴，形成受力整体。同时为了达到设计外形要求，在保温防水一体面层施工时，局部进行棱角修整以达到设计外形要求。
进一步地，主拱21与环梁22两侧的拼接碎片为三角碎片242和双面坡碎片243，预制难度大，施工时可采用吊模现浇，方便组织施工。
如图3所示，平面四角模板4包括内侧四角模板41和外侧四角模板42，外侧四角模板42采用出胡子筋的木模板，内侧四角模板41采用模块化设计加工，用0.3～1.5米的五种通用直线段，加专用角模组合出平面四角模板4，内侧四角模板41上带木模托点，即内侧四角模板41安装于外侧四角模板42内。采用钢木结合的方式，减少平面四角模板4的重量，便于四角碎片241的浇筑成形。具体地，四角碎片241可由不同尺寸的平面四角模板4和平面三角模板5组合形成。
在浇筑成形四角碎片241时，先将不同尺寸的内侧四角模板41和内侧三角模板51组装在一起，并配切出与之相应的木模盖板，在振动平台钢底模上按施工图弹线放样，沿墨线贴双面泡沫胶带，将组好的内侧四角模板41和内侧三角模板51放到相应的格位上，用高强磁铁压紧到振动平台钢底模上，将相应的木模盖板盖在内侧四角模板41和内侧三角模板51上。在盖木模盖板前，最好在内侧四角模板41和内侧三角模板51中加设116mm高的中托点，将内侧四角模板41和内侧三角模板51分别与木模盖板的板缝中贴胶带密封后，可涂脱模剂，绑扎钢筋或将预绑扎的钢筋网片吊入，安装外侧四角模板42和外侧三角模板52，定位固定后即可进行混凝土浇注。
如图4所示，平面三角模板5包括内侧三角模板51和外侧三角模板52，外侧三角模板52采用出胡子筋的木模板，内侧三角模板51采用模块化设计加工，用0.3～1.5米的五种通用直线段，加专用角模组合出平面三角模板5，内侧三角模板51上带木模托点，即内侧三角模板51安装于外侧三角模板52内。采用钢木结合的方式，减少平面三角模板5的重量，便于三角碎片242的浇筑成形。具体地，三角碎片242可由不同尺寸的平面四角模板4和平面三角模板5组合形成。
在浇筑成形三角碎片242时，先将不同尺寸的内侧四角模板41和内侧三角模板51组装在一起，并配切出与之相应的木模盖板，在振动平台钢底模上按施工图弹线放样，沿墨线贴双面泡沫胶带，将组好的内侧四角模板41和内侧三角模板51放到相应的格位上，用高强磁铁压紧到振动平台钢底模上，将相应的木模盖板盖在内侧四角模板41和内侧三角模板51上。在盖木模盖板前，最好在内侧四角模板41和内侧三角模板51中加设116mm高的中托点，将内侧四角模板41和内侧三角模板51分别与木模盖板的板缝中贴胶带密封后，可涂脱模剂，绑扎钢筋或将预绑扎的钢筋网片吊入，安装外侧四角模板42和外侧三角模板52，定位固定后即可进行混凝土浇注。
如图5和图6所示，双面坡模板6包括底板63、内侧双面坡模板61和外侧双面坡模板62，底板63能够倾斜设置，内侧双面坡模板61和外侧双面坡模板62均设置于底板63上，内侧双面坡模板61设置于外侧双面坡模板62内，内侧双面坡模板61由钢板制成，外侧双面坡模板62由木板制成。具体地，内侧双面坡模板61呈鱼腹形状。
进一步地，双面坡模板6还包括垫板64，垫板64具有倾斜度可调的斜面，底板63设置于斜面上。
进一步地，双面坡模板6还包括盖板，盖板盖设于内侧双面坡模板61上。具体地，盖板为木模盖板。
进一步地，双面坡模板6采用底板63和内侧双面坡模板61一并加工的形式，底板63从一个平面开始，按各条鱼腹梁的标高，采用垫板64垫起底板63，内侧双面坡模板61则以此为基准拼焊成整体。这样只要保证双面坡模板6安装于平面振动台上，即为设计尺寸的模板腔形。
考虑在振动底平台上立模，所以底板63采用了鱼腹式切口肋板，将不同平面不同标高的底板63支撑到设计位置；底板63和内侧双面坡模板61一体成型后，将盖板放在内侧双面坡模板61托点上，配合外侧双面坡模板62，即可方便实现双面坡模板6的整体立模使用
如图7至图12所示，拼接碎片24的组装顺序为由外向里的逐步对称安装。也就是说，从屋面板1的四个角开始，逐渐向中心组装，四个角上的拼接碎片24同时安装。
如图13至图18所示，对同一工况下不同组装进度的屋面板模型进行仿真分析，得到不同组装进度下屋面板模型的应力分布以及承受最大应力的拼接区，并根据仿真结果确定不同区域拼接碎片的拼接区的组装方式。
进一步地，根据仿真结果得到存在危险系数的特定组装进度，并在该组装进度下对承受最大应力的区域的拼接碎片的拼接区进行加固处理。
进一步地，当屋面板模型承受的最大应力超过屋面板本身材料强度的80％时，认定屋面板存在危险系数。
由仿真结果知，屋面板1在六个不同安装进度下，屋面板模型承受的最大应力分别为70MPa、96MPa、124MPa、257MPa、301MPa和151MPa，屋面板1安装在第四步、第五步时，屋面板模型承受的应力较大，超过钢材设计强度值80％位置，采取加固处理。
如图19和图20所示，由于肋梁23与环梁22连接处受弯应力较大，在肋梁23两侧增加两块加强板25，已增强该位置的抗弯能力。加固强后最大应力为169MPa，处于设计允许范围。
如图21所示，根据对组装好的屋面板模型的仿真结果，在屋面板1应力集中以及最大应力的区域进行变形监测。本实施方式中，采用变形监测组件3对组装好的屋面板1进行变形监测，变形监测组件3包括监测点31和监测装置32。
根据仿真结果，合理布置监测点31。布置原则为在施工过程中，监测点31布置在变形较大区域的外表面及施工关键节点处，本实施方式中共设置36个监测点31，同时其竖向变形为屋面板1变形的挠度值。
监测点31的具体做法在选定的监测点31上做好标记并贴上反射贴片，所有监测点31布置时，需便于观测者测量。在屋面板1安装完成后，采用全站对选定的变形监测点31进行观测并记录监测数据。
对监测数据进行处理，得到每个监测点31的位移载荷，如果位移载荷不在正常范围内，则对该拼接区域进行局部改造，并再次进行变形监测，直至位移载荷在正常范围内。
注意，上述仅为本发明的较佳实施方式及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施方式，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施方式对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施方式，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施方式，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种球面双曲屋面板的预制方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立屋面板模型，并将屋面板模型拆分成多个拼接碎片，拼接碎片包括四角碎片、三角碎片和双面坡碎片；
根据拼接碎片的形状分别预制不同尺寸的平面四角模板、平面三角模板和双面坡模板；
根据预制的模板的不同组合浇筑混凝土得到拼接碎片；
对屋面板模型进行仿真分析，确定拼接碎片的组装顺序以及不同区域的拼接碎片的拼接区的组装方式；
对拼接后的屋面板进行变形监测，并根据监测数据计算位移载荷，如果位移载荷不在正常范围内，则对拼接的屋面板进行局部改造。
2.根据权利要求1的球面双曲屋面板的预制方法，其特征在于，双面坡模板包括底板、内侧双面坡模板和外侧双面坡模板，底板能够倾斜设置，内侧双面坡模板和外侧双面坡模板均设置于底板上，内侧双面坡模板设置于外侧双面坡模板内，内侧双面坡模板由钢板制成，外侧双面坡模板由木板制成。
3.根据权利要求2的球面双曲屋面板的预制方法，其特征在于，双面坡模板还包括垫板，垫板具有倾斜度可调的斜面，底板设置于斜面上。
4.根据权利要求2的球面双曲屋面板的预制方法，其特征在于，双面坡模板还包括盖板，盖板盖设于内侧双面坡模板上。
5.根据权利要求1的球面双曲屋面板的预制方法，其特征在于，拼接碎片的组装顺序为由外向里的逐步对称安装。
6.根据权利要求1的球面双曲屋面板的预制方法，其特征在于，对同一工况下不同组装进度的屋面板模型进行仿真分析，得到不同组装进度下屋面板模型的应力分布以及承受最大应力的拼接区，并根据仿真结果确定不同区域拼接碎片的拼接区的组装方式。
7.根据权利要求6的球面双曲屋面板的预制方法，其特征在于，根据仿真结果得到存在危险系数的特定组装进度，并在该组装进度下对承受最大应力的区域的拼接碎片的拼接区进行加固处理。
8.根据权利要求7的球面双曲屋面板的预制方法，其特征在于，当屋面板模型承受的最大应力超过屋面板本身材料强度的80％时，认定屋面板存在危险系数。
9.根据权利要求1的球面双曲屋面板的预制方法，其特征在于，根据对组装好的屋面板模型的仿真结果，在屋面板应力集中以及最大应力的区域进行变形监测。
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2021
- 2021-06-09 CN CN202110642620.5A patent/CN115450368B/zh active Active
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