六瓣莲花屋面造型钢结构制作及安装技术

六瓣莲花 屋面造型钢结构制作 及安装 技术

阴会荣

九冶建设有限公司 陕西咸阳 712042

摘要：首先介绍六角花瓣屋面造型钢结构概况，随后依据屋面结构的构成，重量等多方面对六角花瓣屋面造型钢结构的制作、运输、安装进行分析，阐述了钢结构具体的分块制作、施工现场拼装以及具体吊装过程，对后期有类似工程可以提供重要的借鉴意义。

关键词：六瓣莲花；钢结构；制作；安装技术

引言

近年来,随着钢材的发展性能越来越好，钢结构在建筑中的使用也是越来越广泛，因其良好强度、塑性、韧性，自重轻、抗震性能好、结构安全性高、制作简单等特点，使得钢结构在新世纪的应用越来越广泛。更多的设计构想和理念被应用到建筑中，多样的造型在建筑中得以实现，我公司承接了一个六角花瓣造屋面的钢结构工程。

1、工程概况

启点·科技城项目A2区会议中心，本工程地下室为车库、设备用房，地上为钢结构五层会议中心。屋面造型为双层结构，底层为六个偏心六角花瓣组成的环形结构，从环形中间伸出一个六角花瓣结构，覆盖环形中间区域，形成一个双层结构，每一个六角花瓣结构由六个柱子支撑，下层环形结构与上层六角花瓣周边六个柱子共用，共计13根承载柱子与12根平衡柱子组成，下层造型内接与直径为73.6米的圆，每一个六角花瓣重量为49吨，中间厚度为3米，边缘上下两层重合为一，每个六角花瓣以中心承重柱子为中心，从里向外辐射六根主骨架和四个次骨架，从中心至边缘布置四道环形梁，主骨架长达16米，成三角形桁架。从核心柱子生根延伸至边缘，次骨架从核心向外第一道环形桁架梁生根延伸至边缘。上层六角花瓣结构内接于直径35米的园内，重量为52吨，从中心柱向六个角柱辐射六根主骨架，骨架长度16.3米，两个骨架与边梁形成一个投影为等边三角形的三角椎体，三角椎体被内部次梁分割为四个投影相同大小的等边三角形。

屋面造型下层环形结构 屋面造型上层结构

屋面造型整体结构

 2、工程重点及难点
  2.1构件定位安装精度高

本会议中六角花瓣设计酷似莲花，下层为六个莲花花瓣，上层为莲蓬设计。其下层六瓣莲花相互连接、内厚外薄，每个花瓣由七根柱子支撑，每个花瓣与相邻花瓣交接处存在两根共享立柱和一根共享边梁，上层边柱与下层花瓣交接处的柱子形成共享，一个柱子需同时满足下层两个花瓣以及上层莲蓬边缘三个定位，这样的结构精确定位难度大，施工安装困难。

2.2 相贯线连接，吊装难度大
        每根主柱弧形半径不同，柱与柱之间又要相互联系在一起，这样对于相贯线连接带来较大难度，构件空中相贯线连接就位难度大，上下两层结构吊装时会相互干涉，难以吊装。

2.3 空间立体概念强，制作工艺复杂

六角花瓣屋面造型所有杆件为空间曲面布局，六角花瓣屋面造型对立体概念和立体空间剖面概念要求高，相贯线展开复杂，所有节点均为相贯线连接，节点复杂，几乎无重复，每个杆件、节点均需放样展开。

3. 六角花瓣屋面造型施工工艺

3.1施工流程

3.2施工方案

考虑安装高度在屋顶，柱子底部高度大于20米，会议中四周可用空间以及吊车站位、起吊能力等原理，综合考虑将六边形花瓣进行分片加工，运输至施工现场后吊至拼装区域，在屋顶拼装平台上进行拼装，拼装成六边形花瓣后，从屋面拼装平台上二次起吊，吊装就位后进行固定，依次完成六个六边形花瓣拼装。共享区域以及柱子相贯区域进行临时固定，保证运输以及吊装过程中构件的稳定。

3.3深化设计

本工程采用Tekla深化设计软件进行深化，根据设计计算图纸进行深化设计，确定每个构件的空间位置、尺寸、节点。按照造型结构的特点结合施工需求进行划分，将结构划分为柱子、花瓣结构，柱子长度12米，单重为4.325吨，无需分段，直接吊装，花瓣尺寸为最大的为17.5米半径，弦长为17.5米三角形，无法进行运输，需要划分为更细的骨架以及次梁，进行现场拼装，其中最长的骨架为上部结构骨架，尺寸长为16.4米，宽度为3米的等腰三角形桁架，重量为2.334吨，最终的骨架为下层结构骨架，尺寸长度为14米，宽度为2.8米的等腰三角形，重量为3.258吨，以上分段长度、重量均满足运输和吊车要求。

3.4 构件加工

根据深化图纸，将各个构件进行编号，利用tekla模型输出对应零件的放样图纸，按照放样图纸对零件进行端部相贯线切割，放样切割时保证左右两边相贯线的相对关系，切割完成后做好相应的方向标记，防止零件方向用反。按照构件图纸进行放样，按照地样进行零件组拼。组拼完成后进行专项检查，符合图纸尺寸后进行焊接。焊接完成后进行校正防腐。

3.5 安装工艺

3.5.1 现场组拼

现场搭建临时拼装平台，将工厂加工的构件按照图纸进行尺寸、编号核对，确认无误后，按照安装图纸进行局部拼装，将本拼装区域拼装完后和图纸进行核对，确认无误后进行焊接。安装吊装位置加装相应的吊点，对部分公共位置进行临时加固，保证吊装过程中结构的稳定性和安全性。加固时注意避开连接位置，防止因为加固件影响局部结构的相互拼装。

3.5.2 立柱安装

根据施工图纸，对地脚螺栓的位置进行验收，测量地脚螺栓标高、中心线等尺寸确保无误后，安装调平螺母。核对柱子编号、尺寸数据，无误后进行吊装，吊装过程中注意柱子方向，避免出现方向错误。柱子吊装完成后进行标高检查调高、确保柱子标高准确。

3.5.3 上层结构吊装

根据施工方案中吊车的站位检查吊车基础是否满足需要，满足需求后进行吊车设立，核查吊车的起吊能力福否满足方案要求，吊车设立完成后进行空车进行试车，检查站位的吊车提升高度和工作半径是否满足需求，吊装过程中是否存在障碍以及需要注意事项。检查拼装完成的上层结构是否满足要求，按照方案将吊装绳索固定到吊点上，固定牢固后进行起吊，构件离地20cm后停留10min，检查吊点是否牢固，结构是否存在变形需要加固情况，都没有问题后进行吊装就位。吊装就位后进行整体找正，结构高度以及支撑柱垂直度确认无误后进行焊接，柱子底部使用灌浆料进行二次灌浆，保证柱子底板密实无空鼓。

3.5.4 下层构件吊装

上部结构吊装完成后，继续进行屋面组装，万兆上叙步骤进行吊车设置、试吊，确认吊装过程中是否存在障碍以及需要注意事项。按照下层结构分区域吊装顺序进行依次吊装。设置吊点时注意避让上层结构以及上层结构的支撑柱子，起吊前检查吊点是否牢靠，检查确认无误后进行吊装，起吊过程中注意上层结构以及对应的柱子，吊装就位后进行固定，固定后进行找正，找正完成后进行柱底板二次灌浆，连接位置进行焊接。按照区域进行逐一吊装，直至下层结构吊装完成。

3.  焊接
            焊接作为钢结构施工的重要工序，应选用与母材同一强等级的焊条或焊丝，同时考虑钢材的焊接性能、焊接结构形状等条件。焊接用的衬板材质，应与母材用相一致，衬板应选择厚度大于等于6mm，防止焊接时烧穿，长度应该大于焊缝长度20mm以上，两边各预留10mm以上用于焊接引收弧。宜先焊梁的下翼缘板，再焊其上翼缘板。先焊梁的一端，待其焊缝冷却至常温后，再焊另一端，不宜对一根梁的两端同时施焊。焊接完成后需要进行检测，缝检测需要有外观检验和无损检测；外观检测可配合放大镜进行目检，无损检测可以采取超声波探伤检查的方式进行检测。

4. 结束语

随着我国年钢产总量在世界上居首位，钢材在建筑中的应用已经不局限在建筑结构上，而是逐渐被广泛运用于建筑的各个部分。钢结构具有自重轻、强度高等优点，因此在大跨度结构和复杂结构造型中被大量应用，以钢为材料的钢结构形式得到高速发展和广泛应用，具有明显的技术经济和社会效益。
        参考文献：
        [1] 徐攀,苏智刚,龚俊,冯豪.花篮造型钢结构制作安装施工技术[J]，建筑细部2019,(9)

[2] 王小忠.钢结构施工技术探讨[J].建筑工程技术与设计，2018,(34):547.

[3]杜月胜.建筑工程中钢结构安装焊接施工技术应用[J].建材与装饰, 2019(34):28-29.