新金属拱形波纹屋盖料棚施工技术说明

金属拱形波纹屋盖料棚施工技术说明

（张斌斌）

（洛阳飞彩金建拱形屋顶工程有限公司）

[摘要]：金属拱形波纹屋盖最早起源于美国。1955年，美国首先将这种结构应用于军事，后来转向民用。该结构自90 年代初期传入我国，因其用钢量小、造价低廉、施工速度快，而具有良好的经济效益和应用前景。本文以大量的实地施工经验为基础，总结先进可靠的施工方法，并对该结构的施工工艺进行了全面的阐述，提出了相应合理的措施和建议。

1．屋盖板的轧制

金属拱形波纹屋盖板轧制分三步：一是成型机组的运输、定位、调试，二是直板的下料长度，三是屋盖曲板曲率的控制。

1.1 成型机组的运输、定位、调试和主机水平调整

拱形屋盖成型机组目前国内通行两种机型：U 形和V 形。外形尺寸为2.3m×6. 8m×1.2m，功率22kw，有液压传动和电机传动两种，设备重8.8t，配件1.6t，可由一辆10t 载重汽车运输，16t 汽车式起重机辅助装卸。汽车式起重机的主要用途是现场生产过程中屋盖单元板组的吊装。

拱形屋顶成型机组进场前必须具备“三通一平”的场地。机组进场后,确定成型机组及其附件的摆放位置。首先必须满足轧板要求，同时还应做到统筹兼顾，为后继轧板生产、材料运输、车辆进出以及屋盖单元板组吊装等创造便利条件，应避免或杜绝机组在生产过程中二次定位，影响生产效率。

主机定位和机组直板、曲板托架调整后，接通电源调试电机空试转动系统，并调整直板轧辊的间隙，确定轧制钢板得厚度，厚度可用塞尺来测量。

主机水平调整通过分设在成型机组四角的四台油压千斤顶调控，调控行程0～20 0mm。主机水平调整后，还应检查和调整入料口、入料口导板和切刀的运转是否正常，以确保屋盖板正常顺利地轧制。

1.2 直板的下料长度

屋盖直板的下料长度S与屋盖跨度L、拱矢高H和拱内半径R有关。直板轧制过程中，限位器自动控制，加工精度都较高。下料长度S公式如下：常用的拱矢高（H）与跨度（L）一般取H=（1/5—1/2）L

1.3 屋盖曲板的轧制

拱形波纹屋盖曲板轧制主要是曲率控制问题。屋盖板曲率通过齿轮的咬合深度来控制。齿轮的咬合深度决定了屋盖板波纹的深度，也就决定了屋盖板的曲率。而拱内夹角的半角与屋盖板的曲率一致，拱内夹角的公式为：

曲板的波纹深度应均匀一致，波纹对结构受力性能的影响巨大，它使屋盖板的受力状态变得非常复杂。曲板轧制时应根拱内夹角的半角调整齿轮的咬合深度，直至符

合屋盖板曲率的要求。轧制过程中，为了保证曲板的轧制质量，轧制的线速度宜控制

在20m/min 左右。

1.4 屋盖板的咬合

轧制成型后的曲板称为单元板。我们常将3或5 榀单元板在地面组合，作为一

个单位吊装，以加快施工速度和保证吊装安装工程质量。

单元板咬合封边时，先用大力钳临时固定，再用封边机咬合封边，两块板的内外翻边要咬合紧密。咬合封边时应专人把持，以免由于自重，平地时造成板倾斜，缝隙

过大；高空作业时，则易造成封边不紧和脱扣；同时也易发生划伤彩色钢板的涂层，

影响彩板的防腐能力。

2．屋盖板的吊装、就位和固定

金属拱形波纹屋盖属于超薄壁轻型钢结构，对初始缺陷非常敏感。如果在吊装、就位中，

起吊形式或者吊点布置不当，单元板的受力状态不合理，则有可能导致屋盖曲板起吊

过程中

发生各种施工问题，例如：

⑴ 屋盖单元板的折屈或强度破坏；

⑵ 屋盖单元板变形过大，造成安装困难；

⑶ 吊装过程中由于施工方法不当等其他因素造成初始缺陷，将导致结构承载力

低等，都会给屋盖结构的施工和使用埋下许多潜在的不安全因素。

2.1 单元板组在吊装过程中的受力分析模型

屋盖单元板在吊装过程中，单元板组在空中的受力模式如右图所示，我们可将单元板组看成简支曲梁进行受力分析。波纹对于单元板组截面横方向的局部稳定性是有

利的，单元板截面强度此时成为主要控制因素。

2.2 吊装工艺

吊具主要由吊杆、钢丝绳、卡具及连接件组成。起重设备的选择主要由吊装构件的尺寸和吊装高度控制。起吊过程中，屋盖单元板组由水平放置状态向垂直状态过渡，因此，单元板组的应力分布和变形是决定吊装成败的重要因素，同时又受到吊装形式、吊点位置的影响。屋盖单元板组的吊装形式通常有三种：两点、三点和四点起吊，如图，为确保吊装安全，应选择适当的吊装形式。

为使单元板组在吊装过程中保持平衡，吊点应沿拱的轴线对称布置。工程中起吊的单元板组U 形板每组是5或7 榀；V 形3 或5 榀。这样既可以避免起吊过程中

由于重力偏心使板倾斜，也方便现场施工操作。

2.3 金属拱形波纹屋盖单元板组的吊点布置

吊点位置决定着吊杆的有效长度，主要由下列几个方面的因素控制。

2.3.1 重力偏心

吊点布置时，应使两吊点的水平连接线位于单元板组重心的上方。一方面可以避免起吊时拱脚先离地，另一方面也可以避免起吊后单元板组在空中绕吊点连线翻身。

当拱矢高H=1/5 时，ywc=0.650L；拱矢高H=1/4 时，ywc=0.534L。

重心处弦长，H=1/5 时为0.641L；H=1/4 时0.650L。当吊杆有效长度小于0.6 41 L 时，则可以保证吊点水平连线位于单元板组的重心上方，单元板组就不会因重

力偏心丧失平衡。

2.3.2 弯矩分布最小原则

重力偏心条件只是保证单元板组正常起吊的最基本要求，为了保证单元板组起吊过程中

的安全合理，还应考虑单元板组所受弯矩的合理分布。当吊点位置由外向内移动时，

单元板组的弯矩分布将如图6 所示发生变化。为防止单元板组由于弯矩过大而发生强度破坏或折屈破可得：

其中θ已知，我们可用数值解法求出，当吊点间距离lab = 2R sinθ1时，单元板组弯矩分布相对较为合理；此时，吊点位置在重心稍偏上处。当吊点位置内移时，弯矩值急剧增大。同理,我们也可以得出三个和四个吊点相对合理的位置。

2.3.3 单元板组起吊阶段的安全

起吊阶段是指单元板组从起吊开始到完全吊离地面的过程。这期间单元板组由水平状态向垂直状态过渡，受力和变形非常复杂，极易发生弯扭失稳破坏或造成初始缺陷。因此相邻吊点的水平距离不宜过大，吊点以偏上布置为宜。对于中大跨度的单元

板组，吊点宜布置在S/3 附近。如条件许可，最好能对单元板组施加向上的压力，以防板组破坏。

经过大量计算和施工经验，我们得出，两相邻吊点的水平距离不宜大于L/3，为防止中大跨度的单元板组起吊阶段发生破坏，宜优先选用三点或四点吊装，其受力和

变形分析与两吊点同理。三种吊装形式的适用范围如表2 所列。

2.4 吊杆设计