一种双曲面金属屋面及其搭建方法与流程

本发明属于建筑工程技术领域，尤其是一种双曲面金属屋面及其搭建方法。

背景技术：

随着人们精神文明和生态意识的不断提高，大型公共建筑设计越来越多地采用仿生异型结构形式，该类建筑三维形体空间变化多，产生多种弧线、曲面、扇型连接接点。双曲面拱形屋面工艺复杂，体量大，拱顶层高；工期一般需要较长，施工难度大，空间结构复杂，拱形结构安装测量和定位困难，如何设计双曲面屋面的连接固定结构以保证折线平滑，以及如何实现双曲面金属屋面的搭建是非常大的难点，而传统的、标准归一的连接方法不能满足现代建筑施工的需要，通过公开专利检索，发现如下公开专利：

一种双曲面吊顶的施工方法(cn105133840b)公开了一种双曲面吊顶的施工方法，该方法通过无棱镜全站仪测量点数据，通过点数据构造双曲面模型，再将双曲面模型作为模板制备双曲面板以及作为后续的施工蓝图，在整个过程中，对模型进行多次处理，根据测量成果、实际偏差修正初步模型，建立最终的面板模型，然后通过现场施工精度的控制将理论模型转化成最终的双曲面吊顶。

经分析，上述公开专利与本方案在结构、功能及连接搭建效果等方面均不相同，因此不影响本方案的新颖性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种双曲面金属屋面及其搭建方法，该双曲面金属屋面可保证工程质量，实现双曲面根据建筑曲率要求而实现对应的连接结构调整，可保证表面连接平缓，强度要求达标；本方案中的搭建方法，可由拱梁顶部向其两侧释放公差及焊接产生的残余应力，保证端头封板的连接质量及强度。

一种双曲面金属屋面，包括多个依次排列的拱梁以及固定连接相邻两个拱梁的压型板连接单元；压型板连接单元包括若干个条形的压型板，还包括用于首尾连接并沿拱梁排列方向连接若干个压型板的固定支架，其中压型板上制有多个折弯，且压型板的两侧均固装有封堵在压型板折弯处的端头封板；固定支架的两侧均与多个端头封板固定连接。

本发明优选的技术方案为：固定支架的底部固装有曲率适应块，该曲率适应块的底部制有与拱梁顶部弧度相适配并与拱梁顶部固定连接的弯折面。

本发明优选的技术方案为：端头封板的底部与拱梁顶面固定连接，该端头封板及固定支架上均制有用于固定连接的螺栓孔；端头封板包括水平封板及曲率封板，其中水平封板的底部为平面；曲率封板的顶部制有v字型应力槽，且曲率封板上的螺栓孔的排布方向与v字型应力槽的两侧壁延伸方向相同。

一种双曲面金属屋面的搭建方法，包括以下步骤，

步骤一：采用冲压加工设备冲压加工平直钢板，在平直钢板上冲压出多个折弯，且每个折弯的峰高为120mm，制成压型板基材；

步骤二：根据拱梁的曲率以及依次排列的多个拱梁的高度变化，冲压、剪裁并弯折压型板基材，制成曲率及形变量与相邻的两个拱梁配合固定的条形的压型板；

步骤三：根据拱梁的曲率制作曲率适应块，曲率适应块的顶部焊接钢板制成固定支架，而后空间测量定位，先在拱梁顶部最高处焊接第一个固定支架，而后沿拱梁两端的弯折方向等间距焊接其余固定支架；

步骤四：根据拱梁的曲率制作水平封板及曲率封板，其中拱梁上的大曲率区域采用曲率封板，拱梁上的小曲率区域采用水平封板；

步骤五：吊装、摆放压型板至安装位置，先由拱梁的中间向两边依次在压型板上焊接端头封板，再在固定支架的一侧螺栓固接两段压型板的端头封板，制成多个压型板首尾固接且曲率与拱梁顶部的曲率相同的条形压型板组；

步骤六：沿拱梁的依次排列方向拼接并固装多个条形压型板组，且条形压型板组的两侧均与固定支架螺栓固接，由此依次拼接制成双曲面金属屋面。

本发明的优点和技术效果是：

本发明的压型板通过多个折弯，实现沿拱梁排列方向的抗弯折结构强化；通过端头盖板强化压型板弯折出的结构强度，同时通过端头盖板在固定支架一侧的连接方式，实现多个压型板的首尾拼接固定，制成条形压型板组，最后通过端头盖板在固定支架两侧的连接方式，实现多个条形压型板组的拼接固定，从而实现由单一的压型板拼接制成双曲面金属屋面；另外，本发明通过设计水平封头及水平的曲率适应块，从而适应小曲率拱梁上固定支架、压型板及拱梁的连接固定，通过设计曲率风头及带有安慰你这面的曲率适应块，从而适应大曲率拱梁上固定支架、压型板及拱梁的连接固定，最大程度上降低端头封板的连接应力，提高了整体屋面的抗变形结构强度，同时提高了搭建不同曲率及设计要求屋面的适应性。

本发明的双曲面金属屋面及其搭建方法，操作规范，质量有保证；采用曲率适应块连接固定支架及拱梁，有利于调整固定支架受力方向，释放应力，有利于构件受力均衡、系统稳固；采用带有v字型应力槽的曲率封板，可预防曲面焊接应力造成的变形，控制施工质量；采用从上到下、从中间到两边的对称施工方法，有利于建筑外形尺寸线条流畅，满足设计要求，同时便于释放连接公差及焊接应力。

附图说明

图1为本发明的总装示意图；

图2为本发明中拱梁的主视图；

图3为本发明中大曲率拱梁上固定支架与曲率封板的连接示意图；

图4为本发明中小曲率拱梁上固定支架与水平封板的连接示意图；

图5为本发明中的固定支架主视图(结构1)；

图6为本发明中的固定支架主视图(结构2)；

图7为本发明中的压型板基材结构示意图；

图中：1-压型板；2-拱梁；3-曲率封板；4-v字型应力槽；5-固定支架；6-螺栓孔；7-曲率适应块；8-水平封板；9-压型板基材；10-折弯；11-弯折面。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。

一种双曲面金属屋面，包括多个依次排列的拱梁2以及固定连接相邻两个拱梁的压型板连接单元；压型板连接单元包括若干个条形的压型板1，还包括用于首尾连接并沿拱梁排列方向连接若干个压型板的固定支架5，其中压型板上制有多个折弯10，且压型板的两侧均固装有封堵在压型板折弯处的端头封板；固定支架的两侧均与多个端头封板固定连接。

本发明优选的技术方案为：固定支架的底部固装有曲率适应块7，该曲率适应块的底部制有与拱梁顶部弧度相适配并与拱梁顶部固定连接的弯折面11。

本发明优选的技术方案为：端头封板的底部与拱梁顶面固定连接，该端头封板及固定支架上均制有用于固定连接的螺栓孔6；端头封板包括水平封板8及曲率封板3，其中水平封板的底部为平面；曲率封板的顶部制有v字型应力槽4，且曲率封板上的螺栓孔的排布方向与v字型应力槽的两侧壁延伸方向相同。

一种双曲面金属屋面的搭建方法，包括以下步骤，

步骤一：采用冲压加工设备冲压加工平直钢板，在平直钢板上冲压出多个折弯，且每个折弯的峰高为120mm，制成压型板基材9；

步骤二：根据拱梁的曲率以及依次排列的多个拱梁的高度变化，冲压、剪裁并弯折压型板基材，制成曲率及形变量与相邻的两个拱梁配合固定的条形的压型板；

步骤三：根据拱梁的曲率制作曲率适应块，曲率适应块的顶部焊接钢板制成固定支架，而后空间测量定位，先在拱梁顶部最高处焊接第一个固定支架，而后沿拱梁两端的弯折方向等间距焊接其余固定支架；

步骤四：根据拱梁的曲率制作水平封板及曲率封板，其中拱梁上的大曲率区域采用曲率封板，拱梁上的小曲率区域采用水平封板；

步骤五：吊装、摆放压型板至安装位置，先由拱梁的中间向两边依次在压型板上焊接端头封板，再在固定支架的一侧螺栓固接两段压型板的端头封板，制成多个压型板首尾固接且曲率与拱梁顶部的曲率相同的条形压型板组；

步骤六：沿拱梁的依次排列方向拼接并固装多个条形压型板组，且条形压型板组的两侧均与固定支架螺栓固接，由此依次拼接制成双曲面金属屋面。

另外，本发明优选的，固定支架包括两种结构，其中一种如图3及图5所示，固定支架上部的钢板为梯形结构，固定支架底部的曲率适应块根据拱梁的曲率要求加工适配的弯折面，该梯形结构的钢板上制有螺栓孔，且螺栓孔跨中对称设置，且靠近的梯形结构钢板两侧边螺栓孔的圆心连接线与梯形结构钢板的两侧边平行；同时如图3所示，曲率封板上同样制有跨中对称的螺栓孔，且曲率封板上的v字型应力槽可根据拱梁的曲率大小调节开设的夹角角度，从而达到固定支架与曲率封板的高强度连接，且最大程度上减小了连接应力及焊接残余应力。

另外本发明优选的，固定支架的另一种结构，如图4及图6所示，固定支架底部的曲率适应块为平面钢板，且固定支架上部的钢板为矩形结构，该固定支架上的螺栓孔同样跨中对称设置，且多个螺栓孔的孔心连接线均为水平或竖直状态；该连接结构便于小曲率拱梁的高适应性连接。

为了更清楚地描述本发明的具体实施方式，下面提供一种实施例：

如图1所示，本发明的双曲面金属屋面由单一的压型板首尾拼接制成条形压型板组，该条形压型板组的两端分别与固装在拱梁上的固定支架通过螺栓连接固定；同时通过多个条形压型板组连接依次排列的拱梁，从而实现双曲面金属屋面的搭建(即由压型块的块状结构首尾拼接形成单一截面的线性连接，同时通过线性连接的依次拼接实现屋面的双曲面结构)；该双曲面金属屋面具有连接平缓，根据不同曲率拱梁的连接适应性强，且无连接应力及焊接残余应力，能保证屋面压型钢板不变形、线条流畅，质量可控。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。