[发明专利]空间曲面钢结构管桁架屋盖安装施工工法

权利要求书

1.一种空间曲面钢结构管桁架屋盖安装施工工法，其特征在于包括如下步骤：

第一步：施工方案评估：

正式施工前用MIDAS软件对施工方案进行了非线性施工阶段的有限元模拟，通过模拟考察施工过程中各构件的应力和应变，评估施工方案的安全性；模拟评估确认施工方案安全后方可进入施工阶段；施工阶段应根据模拟分析结果，对主要构件进行应力应变监测；

第二步：施工准备：

平整道路和安装场地，吊机行驶道路采用垫钢质路基箱或道木平整坚实，以保证吊机负荷行驶中安全；

第三步：测量放线：

选用Topcon电子全站仪和J2光学经纬仪、SD3水准仪，配合钢尺，角尺采用极坐标法进行管桁架柱脚、中间支座和格构柱的放样工作；在主桁架柱脚底板上标好主桁架上下弦杆的就位圆尺寸，在中间支座底板上弹出就位轴线位置，方便主桁架安装就位；

第四步：整理预埋铁件：

根据测量放线，复核管桁架柱脚、中间支座以及施工钢构柱的砼基础或看台上相应位置的预埋铁件位置；对轴线位置和标高不满足要求的铁件进行整理，使其偏差值在允许范围内；

第五步：安装钢构柱：

根据设计的钢结构主桁架悬臂端下弦杆下口至±0.000处的高度做好每榀主桁架的格构柱并进行标号处理。安装时，选用Topcon电子全站仪和J2光学经纬仪、SD3水准仪对格构柱的标高、角度、垂直度进行校正，校正后拉好揽风绳；

第六步：搭设满堂脚手架：

脚手架的搭设根据安装钢桁架的需求，搭设成阶梯形，第一层至7.5米标高搭设平台，第二层至11.5米标高搭设平台，第三层至15.2米标高搭设平台，第四层至17米标高搭设平台，最后搭设至标高20.6m，脚手架立杆纵横间距1000mm，步距1800mm；脚手架在弦形主桁架就位处应留出位置；

第七步：验收主、次桁架：

根据设计要求以及焊接质量验收的相应规范对主次桁架进行验收，通过验收方可进行吊装；

第八步：安装主、次桁架：

先进行两榀主桁架的安装，之后进行环形次桁架的分段安装，然后以打圈的方式逐榀安装主桁架并逐段进行环形次桁架的安装；在正式吊装前进行试吊，以确保吊装的安全；

第九步：安装棱条以及应变片：

验收合格后再进行檩条及屋面等安装；钢棱条分为主棱条和次棱条，型号分别为C250×80×20×3.0、C250×70×20×2.5，材质均为Q345B；

在监测过程中，应变测点传感器的安装将随着桁架安装的进度同步进行；为了避免应变仪的损坏，应变传感器的安装需要在各榀桁架的主檩条安装完成之后进行；振弦传感器采用AB胶粘贴方法固定在测点表面，为粘贴牢固，提高粘结力，钢结构表面需要先用磨光机磨平，然后用AB胶粘结，粘结时要求表面干燥，5～7min后即可牢固附着在结构表面，传递相应的局部变形；同时，为了防止在现场恶劣的自然条件对胶水性能的不利影响，在AB胶的外部使用硅胶与外部环境隔离；各测点的数据线需要集中捆绑，沿钢架表面而下，置于便于量测的位置，以便于集中读数，加快测试进程；

第十步：整体卸载：

格构式钢柱(以下简称钢构柱)采用整体卸载法撤除；钢结构管桁架的卸载方法：统一指挥12台液压千斤顶同时顶升，每次顶升高度为1mm，可以千斤顶活塞上的标志为依据。应在正式顶升前即主桁架悬臂端下千斤顶脱空时试验两次，以获得同步顶升的经验；第一次顶升1mm后，应检查千斤顶、垫片、钢构柱等情况是否良好；如发现千斤顶偏斜和基础沉降变形及其它异常情况，必须经处理后才能继续顶升工作；如发现基础沉降变形，可以加楔形垫铁处理；千斤顶分三次同步顶升，每次同步顶升1mm，累计顶升3mm即完成顶升工作，即每顶升1mm，应观察12榀主桁架的中间砼柱顶焊缝和次桁架与主桁架焊缝情况，防止焊缝拉裂破坏；第二次同步顶升后，发现钢管主桁架的下弦已脱离基座垫铁，则无需第三次同步顶升；

卸载过程中注意各检测点的应力应变值，如卸载过程中发现某监测点应力应变超过正常值，应立即停止卸载，检查相应部位的构件以及焊缝情况，分析应力应变超常原因，采取相应措施使得应力应变达到正常范围内后方可继续卸载；

第十一步：主体安装完成后验收：

自检合格后请监测单位、监理单位及业主按照相应验收标准对主体结构进行验收；各监测点的应力应变数值以及主桁架悬臂端的挠度数据作为验收依据之一；

第十二步：安装屋面板：

12.1、利用AUTOCAD、PRO-E软件，分别对椭圆型半球体的屋面板进行深化及分解，对得出的扇形板上下口尺寸进行比较确定，得出最终的扇形板上下口尺寸；

12.2、根据扇形板上下口尺寸确定购买屋面彩钢板的宽度尺寸，为了保证屋面板的内外观感一致，所有彩钢板都进行了双面贴膜；

12.3、待屋面板材料运至工地后，切割前，对屋面板加工进行了安全技术交底，采用屋面板自动分条机，把一块屋面板分成两块长度相等的扇形板材料；

12.4、把自动分条机加工好的屋面板材料放入屋面压型板成型机内，成型好屋面板；

12.5、先对压制好的屋面板进行试验局部滚圆，每局部滚圆一遍，复核一次屋面板的局部滚圆圆弧尺寸，并逐步调整好滚圆机滚圆尺寸，直到正确的屋面板局部滚圆尺寸后，复核无误后，固定好滚圆机的滚圆尺寸，然后进行大批量的滚圆；

12.6、为了保证屋面板的内外观感，制作和安装时，在各个环节中的尽量采取保护措施，保护好已经为成品的屋面板；

第十三步：整体验收：

屋面板安装完毕后读取各个屋盖体系安装完毕后先由施工单位进行自检，自检合格后请监测单位、监理单位及业主按照相应验收标准进行整体验收；各监测点的应力应变数值以及主桁架悬臂端的挠度数据作为验收依据之一。

2.根据权利要求1所述的空间曲面钢结构管桁架屋盖安装施工工法，其特征在于上述第八步安装主、次桁架包括如下步骤：

8.1验算主桁架的吊装稳定性：

主桁架截面均为三角形，主桁架上、下弦杆的最小截面φ299×10的截面惯性矩I＝9490cm⁴，绑扎吊点在桁架上任何位置均能满足主桁架在平面的吊装稳定性要求；

8.2安装第一榀主桁架：

吊机就位后试吊一次弧形主桁架，应用4吊点起吊弧形主桁架，控制好主桁架不翻转，试吊时宜将主桁架吊离地面50cm左右；吊装过程中，通过控制使主桁架先满足格构柱顶端的标高，再满足主桁架柱脚处的标高，最后满足中间支座的标高；主桁架就位后，用全站仪测量标高、角度，用屋架校正器校正垂直度等各项指标；

8.3临时固定：

采用在主桁架两侧各设置两道缆风绳作为临时固定，用缆风绳将桁架作三角形状拉牢以避免桁架向两边倾斜，旋紧预埋螺栓螺母，然后吊车脱钩，主桁架安装完成；

8.4安装第二榀主桁架：

第二榀主桁架安装同第一榀主桁架安装程序相同，应在二榀主桁架之间安装好次桁架，吊钩方可脱钩；

8.5分段吊装环形次桁架：

第二榀主桁架安装完成后，为了保证结构的稳定性，立即进行环形次桁架的安装；由于次桁架是一榀变截面三角环形桁架，三根弦管两端都是一个相贯面U型切割口，主桁架安装完成呈倒V型，上面小下面大，所以为了方便安装，环形次桁架吊装按先上后下的顺序，即先安装上面一榀，后安装下面一榀；

8.6焊接：

吊装环形次桁架就位后焊接固定，依次进行；根据现场的焊接检验报告，施工中通过选择适当的焊接工艺流程、作业方式和作业顺序，并不断地调整工艺参数；

8.7超声波探伤：

焊接完毕后，待冷却至常温后进行超声波探伤检验；经探伤检验的焊缝接头质量须符合所有杆件对接焊缝为I级，支座II级，其它焊缝为III级质量标准；

8.8测量已安装结构空间坐标：

选用Topcon电子全站仪和J2光学经纬仪、SD3水准仪对已经安装的主次桁架关键点空间坐标进行测量，主要测量主桁架悬挑端、主次桁架焊接结点的空间坐标，并与设计值进行比对，得出施工误差；

8.9根据施工误差进行设计调整：

根据实际施工过程中的误差，用PRO-E软件对未安装构件重新进行深化设计，并根据新的深化设计图进行下料、焊接，使得主次桁架能够顺利拼装；

8.10依次进行其余主次桁架安装：

按照上述步骤进行其余主次桁架的安装；为了减小温度应力对结构的影响，选择傍晚安装最后几榀环形次桁架，实现屋盖管桁架钢结构体系的整体合拢。