一种大跨度穹顶支撑龙骨模架连接系统及施工方法与流程

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种大跨度穹顶支撑龙骨模架连接系统及施工方法。

背景技术：

目前钢筋混凝土穹顶施工，主要采用钢筋桁架加固施工方法。包括以下步骤：准备工作-现场测量放样-穹顶轴线、标高定位-钢筋桁架下料-穹顶桁架拼装、焊接-钢筋桁架吊装定位-龙骨投线定位-次龙骨绑扎、固定-穹顶底层模板安装施工-穹顶钢筋绑扎-穹顶盖板加固施工。当椭圆曲面弧形角度变化较大，对于模架加固施工带来很大的困难。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大跨度穹顶支撑龙骨模架连接系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大跨度穹顶支撑龙骨模架连接系统，包括支撑系统、龙骨系统和面板系统；支撑系统包括混凝土垫层和轮扣式模架；龙骨系统包括弧形主龙骨与次龙骨；面板系统包括板厚控制器和用于混凝土浇筑的竹胶板模具。

进一步的，弧形主龙骨与次龙骨连接处设置l50角钢连结构件，角钢与弧形主龙骨使用合金头自攻钉垂直固定连接。

进一步的，板厚控制器包括止水螺杆，止水螺杆成梅花形布置，止水螺杆与模板内外侧连接位置焊接固定螺帽。

一种大跨度穹顶支撑龙骨模架连接系统施工方法，包括以下步骤：

第一步，控制混凝土垫层平整度，操作方式如下：

（1）、混凝土垫层施工前，先在地面上制作灰饼，灰饼纵横间距2m，并使用水准仪超平控制；

（2）、提前在浇筑区域四周混凝土柱及砖墙上弹出500mm控制线，并对工人进行技术交底；

（3）、混凝土浇筑时，使用拉线控制垫层平整度；

第二步，对模型检测控制，操作方式如下：

（1）、模架每搭设一层，项目部派专人做检测控制点，并记录原始数据；

（2）、模架施工每加设一次荷载后，派专人进行监测，直至模架拆除；

第三步，加工弧形钢管，操作方式如下：

（1）、根据预先cad软件计算出的弧形大样进行现场放样，在现场混凝土地面上弹出纵横向主控线轴线尺寸，再弹出小线，在每一个小节点上钉上钢钉，利用14#铁丝贴紧钢钉画穹顶弧线，根据模板厚度、次龙骨高度、主龙骨截面依次画出穹顶弧形大样线，最后弹出梁及梁模板外轮廓线，计算出弧形钢管尺寸；

（2）、在主龙骨钢管里外线两侧间距300mm将250mm长直径为12mm的钢筋头打入混凝土150mm深，根据cad大样尺寸将对应长度的钢管弯出第一根弧形钢管做对比模板；

（3）、再将其他钢管放入液压钢管弯曲机设备中，从一端向一端使用物理方法慢慢弯曲成形，弯曲成形后用盒尺测量弧形钢管两端直线尺寸，保证弧形钢管两端直线尺寸与图纸大样弦长相吻合；

（4）、若弧度不能满足要求，使用简易弯曲设备进行校正；

第四步，弧形龙骨与次龙骨连接，操作方式如下：

（1）、由于弧形钢管龙骨与次龙骨连接时不稳定，容易滑落，因此在主龙骨与次龙骨连接处加设l50角钢连结构件；

（2）、先在预先放好的弧形墨线大样上，将次龙骨中心位置标记出来，次龙骨间距200mm，垂直弧形龙骨设置；

（3）、将弧形钢管端部与弧形墨线位置对应摆放，使用马克笔对准墨线标记位置，在钢管上依次做好次龙骨中心位置记号；

（4）、将角钢下料切割成10cm小段，将角钢与弧形龙骨使用15mm平头合金头自攻钉垂直固定连接；

（5）、角钢固定安装好以后，检查角钢间距位置是否准确，确定无误后在角钢背部与弧形钢管再点焊一下，确保角钢与钢管连接牢固；

第五步，树杈型模架安装，操作方式如下：

（1）、穹顶模板支架采用轮扣式满堂脚手架，立杆间距为900mm×900mm，在标高19.00m至标高26.7m段水平杆布距加密，间距0.6m；

（2）、在标高21.0-26.7m靠近穹顶处增加小横杆和斜撑杆，以加固弧形主龙骨，小横杆应至少与两根满堂架的立杆连接，由于弧形主龙骨钢管与立杆之间容易滑动，因此主龙骨钢管之间必须用一根拉杆通常拉设，拉杆与横向水平杆之间使用扣件拉设；

（3）、由于弧形板必须考虑折算厚度，为了防止弧形钢管下挠，在两个立杆之间加设树杈形斜撑，斜撑钢管尽量与立杆成45-60°夹角，斜撑与弧形钢管边线垂直相切，保证模架体系相对稳固，将竖向剪切力通过斜撑与顶丝传递至立杆上；

（4）、斜撑钢管必须与立杆及水平杆之间用扣件连接，且最下端一道连接后，增加一个保险扣件，防止扣件滑移；

（5）、每个扣件安装后，必须使用扭矩扳手检查扣件扭矩值，保证扣件扭矩值到位；

第六步，制作板厚控制器，操作方式如下：

（1）、由于箱型模具板面容易与板钢筋接触，因此模具设置时必须有控制混凝土板厚以及混凝土表面保护层厚度两项功能；

（2）、在止水螺杆与混凝土接触面部位焊接两个15mm螺帽，即可以控制混凝土板厚，也能防止混凝土漏筋问题；

（3）、焊接螺帽前必须检查两个螺母之间的距离是否为100mm，允许偏差（-5，+8）mm；

（4）、箱型模具拆除时，由于混凝土中对拉丝杆不拆除，因此在对拉螺杆上增加止水钢板，防止混凝土顶板漏水；

第七步，箱型模具设计施工，操作方式如下：

（1）、材料选用；模板选用12mm厚竹胶板，规格1800x900x12mm，内竖楞、弧形分别采用35×70mm方木和φ48×3.0mm钢管；木模板采用环保型脱模剂；

（2）、模板设计及浇筑施工；箱型模具有弧形底板系统与弧形盖板系统及止水螺杆连接；弧形底板系统与弧形盖板系统相同，由弧形竹胶板、木方、弧形钢管组成；箱型模具通过对拉止水螺杆连接；箱型模具从穹顶两侧从下往上安装，每个箱型模沿穹顶进深通常设置有弧度方向间距900mm预留300mm宽混凝土浇筑口，便于混凝土浇筑时振动棒可以快速插入混凝土模板内完成振捣工作，保证混凝土密实度，箱型模具混凝土浇筑完成后，对预留洞口进行浇筑封堵，这样依次施工直至穹顶最顶端；第九施工段坡度平缓，按顶板模板设计，只支设底模；

（3）、浇筑时两侧对称浇筑，封口处混凝土塌落度较小，使用定型盖板封口，定型盖板提前根据洞口大小统一下料施工，浇筑口混凝土浇筑满，使用铁模子对浇筑口进行收面，控制在2mm方位内。

本发明的技术效果如下：采用混凝土垫层，费用低，工作量少，遇水不影响；采用轮扣式模架，节点连接简单，施工速度快，费用较低；采用钢管作为弧形龙骨，单米重量较轻，惯性矩较大，弹性模量大，受力好，可以同时操作施工，定型化生产；采用角钢撑托，抗滑移性能好，龙骨传力可靠，施工效率高，连接件可周转；次龙骨装置采用堆叠平放，稳定性好，与面板可以有效连接，施工速度快，与等截面立放比较，与模板连接受力面大，钉子容易固定，后期混凝土外观观感好；板厚控制器利用螺帽调节高度，起到止水与控制板厚的效果，止水及保护层效果均良好，施工方便快捷；箱型模具采用竹胶板材质，经济性好，节点连接简单，可靠，受环境影响小，吸水性好，易弯曲、造价低，使用寿命高。

附图说明

图1为实施例中混凝土垫层地基处理图；

图2为实施例中穹顶模架立面图；

图3为实施例中主次龙骨连接系统图；

图4为实施例中次龙骨平放堆叠图；

图5为实施例中板厚控制器设计图；

图6为实施例中箱型模具设计图；

图7为实施例中穹顶弧形龙骨拉结工序示意图；

图8为实施例中穹顶箱形模具混凝土浇筑顺序图。

附图标记：1、混凝土垫层；2、三七灰土；3、素土回填；4、合金头自攻钉；5、角钢；6、钢管；7、竹胶板；8、止水钢板；9、螺帽；10、混凝土浇筑口；11、弧形钢管龙骨；12、止水螺杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-8所示，一种大跨度穹顶支撑龙骨模架连接系统，包括支撑系统、龙骨系统和面板系统；支撑系统包括混凝土垫层1和轮扣式模架；龙骨系统包括弧形主龙骨与次龙骨；面板系统包括板厚控制器和用于混凝土浇筑的竹胶板模具。

弧形主龙骨与次龙骨连接处设置l50角钢连结构件，角钢与弧形主龙骨使用合金头自攻钉垂直固定连接。板厚控制器包括止水螺杆12，止水螺杆12成梅花形布置，止水螺杆12与模板内外侧连接位置焊接固定螺帽9。

地基处理为500厚三七灰土2、200mmc15混凝土垫层1、素土回填3。三七灰土2分三层碾压施工，每层施工完成后必须环刀取样，合格后进行下一层施工，混凝土浇筑一次浇筑完成。

支撑系统为轮扣式脚手架支撑，立杆纵横向间距0.9m，顶部加u型顶托；距地0.35m处设一道纵横向扫地杆，往上1.2m设第一道纵横向大横杆连接，上部每隔1.2m设纵横向大横杆连接，在19.6m标高处每隔600mm设纵横向大横杆连接。

安装流程为：混凝土垫层浇筑→模架及龙骨放样、加工制作→模架测量放线→模架及外架立杆排布搭设→立杆垂直度校正→板底主龙骨定位→板模板固定安装→板厚限位器安装→弧形梁板顶面盖板从下到上依次安装加固→第一段混凝土对称浇筑→浇筑口封堵加固→共九段依次进行浇筑。

一种大跨度穹顶支撑龙骨模架连接系统施工方法，包括以下步骤：

第一步，控制混凝土垫层平整度，操作方式如下：

（1）、混凝土垫层施工前，先在地面上制作灰饼，灰饼纵横间距2m，并使用水准仪超平控制；

（2）、提前在浇筑区域四周混凝土柱及砖墙上弹出500mm控制线，并对工人进行技术交底；

（3）、混凝土浇筑时，使用拉线控制垫层平整度；

第二步，对模型检测控制，操作方式如下：

（1）、模架每搭设一层，项目部派专人做检测控制点，并记录原始数据；

（2）、模架施工每加设一次荷载后，派专人进行监测，直至模架拆除；

第三步，加工弧形钢管，操作方式如下：

（1）、根据预先cad软件计算出的弧形大样进行现场放样，在现场混凝土地面上弹出纵横向主控线轴线尺寸，再弹出小线，在每一个小节点上钉上钢钉，利用14#铁丝贴紧钢钉画穹顶弧线，根据模板厚度、次龙骨高度、主龙骨截面依次画出穹顶弧形大样线，最后弹出梁及梁模板外轮廓线，计算出弧形钢管尺寸；

（2）、在主龙骨钢管里外线两侧间距300mm将250mm长直径为12mm的钢筋头打入混凝土150mm深，根据cad大样尺寸将提前租赁对应长度的钢管弯出第一根弧形钢管做对比模板；

（3）、再将其他钢管放入液压钢管弯曲机设备中，从一端向一端使用物理方法慢慢弯曲成形，弯曲成形后用盒尺测量弧形钢管两端直线尺寸，保证弧形钢管两端直线尺寸与图纸大样弦长相吻合；

（4）、若弧度不能满足要求，使用简易弯曲设备进行校正；

第四步，弧形龙骨与次龙骨连接，操作方式如下：

（1）、由于弧形钢管龙骨11与次龙骨连接时不稳定，容易滑落，因此在主龙骨与次龙骨连接处加设l50角钢5连结构件；

（2）、先在预先放好的弧形墨线大样上，将次龙骨中心位置标记出来，次龙骨间距200mm，垂直弧形龙骨设置；

（3）、将弧形钢管端部与弧形墨线位置对应摆放，使用马克笔对准墨线标记位置，在钢管上依次做好次龙骨中心位置记号；

（4）、将角钢下料切割成10cm小段，将角钢5与弧形龙骨使用15mm平头合金头自攻钉4垂直固定连接；

（5）、角钢5固定安装好以后，检查角钢5间距位置是否准确，确定无误后在角钢5背部与弧形钢管6再点焊一下，确保角钢5与钢管6连接牢固；

第五步，树杈型模架安装，操作方式如下：

（1）、穹顶模板支架采用轮扣式满堂脚手架，立杆间距为900mm×900mm，在标高19.00m至标高26.7m段水平杆布距加密，间距0.6m；

（2）、在标高21.0-26.7m靠近穹顶处增加小横杆和斜撑杆，以加固弧形主龙骨，小横杆应至少与两根满堂架的立杆连接，由于弧形主龙骨钢管与立杆之间容易滑动，因此主龙骨钢管之间必须用一根拉杆通常拉设，拉杆与横向水平杆之间使用扣件拉设；

（3）、由于弧形板必须考虑折算厚度，为了防止弧形钢管下挠，在两个立杆之间加设树杈形斜撑，斜撑钢管尽量与立杆成45-60°夹角，斜撑与弧形钢管边线垂直相切，保证模架体系相对稳固，将竖向剪切力通过斜撑与顶丝传递至立杆上；

（4）、斜撑钢管必须与立杆及水平杆之间用扣件连接，且最下端一道连接后，增加一个保险扣件，防止扣件滑移；

（5）、每个扣件安装后，必须使用扭矩扳手检查扣件扭矩值，保证扣件扭矩值到位；

第六步，制作板厚控制器，操作方式如下：

（1）、由于箱型模具板面容易与板钢筋接触，因此模具设置时必须有控制混凝土板厚以及混凝土表面保护层厚度两项功能；

（2）、在止水螺杆12与混凝土接触面部位焊接两个15mm螺帽9，即可以控制混凝土板厚，也能防止混凝土漏筋问题；

（3）、焊接螺帽9前必须检查两个螺母之间的距离是否为100mm，允许偏差（-5，+8）mm；

（4）、箱型模具拆除时，由于混凝土中对拉丝杆不拆除，因此在对拉螺杆上增加止水钢板8，防止混凝土顶板漏水；

第七步，箱型模具设计施工，操作方式如下：

（1）、材料选用；模板选用12mm厚竹胶板，规格1800x900x12mm，内竖楞、弧形分别采用35×70mm方木和φ48×3.0mm钢管；木模板采用环保型脱模剂；

（2）、模板设计及浇筑施工；箱型模具有弧形底板系统与弧形盖板系统及止水螺杆12连接；弧形底板系统与弧形盖板系统相同，由弧形竹胶板、木方、弧形钢管组成；箱型模具通过对拉止水螺杆12连接；箱型模具从穹顶两侧从下往上安装，每个箱型模沿穹顶进深通常设置有弧度方向间距900mm预留300mm宽混凝土浇筑口10，便于混凝土浇筑时振动棒可以快速插入混凝土模板内完成振捣工作，保证混凝土密实度，箱型模具混凝土浇筑完成后，对预留洞口进行浇筑封堵，这样依次施工直至穹顶最顶端；第九施工段坡度平缓，按顶板模板设计，只支设底模；

（3）、浇筑时两侧对称浇筑，封口处混凝土塌落度较小，使用定型盖板封口，定型盖板提前根据洞口大小统一下料施工，浇筑口混凝土浇筑满，使用铁模子对浇筑口进行收面，控制在2mm方位内；

穹顶为曲面弧形薄壳钢筋混凝土结构，从上到下整体为弧形结构；穹顶里面为椭圆形，柱梁板为弧形结构。穹顶弧度的多角度定位，由于弧形角度变化较大，必须提前考虑弧形龙骨如何分段设置与固定连接；弧形的准确定位是穹顶屋面施工精度的保证。由于穹顶受力复杂，必须考虑力的分解与组合，以及力的传递方向，保证模架支撑体系与力的方向相对应，所以模架弧度较大部位必须采用全面异型模架进行分解多角度合力产生的不稳定因素。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。