屋顶反光器的施工方法.pdf

本发明涉及建筑工程施工技术领域，具体是一种屋顶反光器的施工方法，屋顶反光器包括下部支撑结构、支撑框架、屋顶反光器主体结构和钢索,屋顶反光器主体结构包括内部构架和外部构架，其中内部构架又包括内部上构架和内部下构架，该屋顶反光器的施工方法步骤如下：a.制作反光器钢结构；b.钢结构分段；c.自下而上逐段安装屋顶反光器主体结构；d.钢桁架计算；e.预埋件计算。本发明的施工方法保证钢结构施工的安全、质量、经济、合理、快捷、方便，满足结构设计的要求，结构强度牢固，克服了结构制作及安装难度大的问题，提供了安全可靠且实用的屋顶反光器的施工方法，方案合理可行，保证了该结构施工的安全性。

1.  一种屋顶反光器的施工方法，其特征在于所述的屋顶反光器包括下部支撑结构、支撑框架、屋顶反光器主体结构和钢索,屋顶反光器主体结构包括内部构架和外部构架，其中内部构架又包括内部上构架和内部下构架，该屋顶反光器的施工方法步骤如下：
a.制作反光器钢结构：通过三维软件实际模拟放样出钢结构并切割，钢管相贯面切割采用数控切割；
b.钢结构分段；
c.自下而上逐段安装屋顶反光器主体结构；
d.钢桁架计算；
e.预埋件计算，包括预埋件强度验算和预埋件构造验算。

2.  如权利要求1所述的屋顶反光器的施工方法，其特征在于在步骤a中，当切割的钢管管径为300mm、管壁≥10mm、半径≥12m以上或当钢管管径为350mm、管壁≥10mm、半径≥16m或当钢管管径为400mm、管壁为16mm以上且半径为20米以上或当钢管管径为500mm、管壁≥16mm、半径≥20m或当钢管管径为600mm、管壁≥20mm、半径≥20m时，钢管弯曲采用液压冷弯技术；当切割的钢管管径或管壁不满足上述要求时，钢管弯曲采用热弯技术。

3.  如权利要求1所述的屋顶反光器的施工方法，其特征在于在步骤c中的自下而上逐段安装屋顶反光器具体步骤为：
a.首先安装临时桁架及工作平台；
b.将分段的内部下构架组装并安装在临时桁架的工作平台上，用揽风绳将其固定防止倾倒；
c.将下部支撑结构及支撑框架与内部下构架连接；
d.将内部上构架与支撑框架连接，将内部上构架通过缆风绳与屋顶反光器主体结构固定以防止失稳倾倒；
e.安装外部构架及外部构建与内部构架的拉杆；
f.安装拉锁使屋顶反光器主体结构涨紧直至临时工作吊起。

4.  如权利要求1所述的屋顶反光器的施工方法，其特征在于在步骤d中，采用有限元分析软件MIDAS/GEN V 7.0.2，其中荷载取集中荷载，活载按检修荷载取值，得到桁架计算恒载图和桁架计算活载图，通过有限元分析软件MIDAS/GEN V7.0.2进行变形分析，得到变形计算结果，并得出集中力作用在桁架上时，在恒载、活荷作用下结构整体得最大竖向变形值以及桁架允许最大挠度，由此判定桁架的变形是否满足《钢结构设计规范GB50017-2003》第3.5.1条要求，计算在载荷作用下各构件稳定验算最大应力比是否满足《钢结构设计规范GB50017-2003》4.2.3条稳定设计要求。

5.  如权利要求1所述的屋顶反光器的施工方法，其特征在于在步骤e中的预埋件强度验算为：首先记录预埋件锚筋的初始参数，包括型号、排列方式、尺寸、基材混凝土、基材厚度，接着计算预埋件的X向上的剪力、弯矩，Y向上的剪力、弯矩，锚板上锚筋总个数，锚筋总面积，预埋件抗拉强度，X、Y方向上的锚筋排数的影响系数，锚筋的受剪承载力系数，锚板的弯曲变形折减系数，沿X、Y向最外层锚筋的中心间距，然后通过《混凝土结构设计规范2002版》中的公式10.9.1-1和10.9.1-2得出锚筋的截面面积并计算出截面实际产生的承载力和实际允许的承载力，当截面实际产生的承载力小于实际允许的承载力时，则满足设计要求。

6.  如权利要求1所述的屋顶反光器的施工方法，其特征在于在步骤e中的预埋件构造验算为：锚固长度按照《混凝土结构设计规范2010版》公式9.3.1-1来取，可得钢筋的外形系数、钢筋的抗拉强度设计值、钢筋的公称直径、混凝土轴心抗拉强度设计值和锚固长度限值，钢筋采用机械锚固方式，取包括锚固端头在内的锚固长度为锚固长度限值0.7倍，由于锚固长度为350，大于包括锚固端头在内的锚固长度，故满足设计要求；锚板的厚度限值计算方法为：取锚板厚度为锚筋直径的0.6倍，锚筋的间距取列间距的1/8，由此得出锚板厚度限值，锚板厚度限值小于锚板厚度则符合设计要求；同理将锚板行间距、列间距、行边距、列边距分别与其最小限值比较得出是否符合相应的设计要求。

7.  如权利要求1所述的屋顶反光器的施工方法，其特征在于所述的钢索包括内部构架的竖向支撑钢索、内部构架与外部构架之间的水平支撑钢索以及天窗交叉钢索；其中主索为8组，每组为双索结构，钢索表面均采用混合稀土合金镀层处理；拉索的安装穿插在钢构件的安装过程中，对应部分的钢结构安装完成后就可以进行拉索的安装，安装时保证主索对称张紧，张紧值通过设计提供的轴力计算其应变位移，张紧通过锚具调节杆，使其长度达到理论值，先安装四组长索，再安装四组短索；主索安装完毕钢平台卸载后，通过应力测试索的受力以使其保证受力符合设计要求。

屋顶反光器的施工方法
[技术领域]
本发明涉及建筑工程施工技术领域，具体是一种屋顶反光器的施工方法。
[背景技术]
屋顶反光器是一种新的建筑结构，可使建筑造型美观。但是屋顶反光器的 造型美观同时，结构形式非常复杂，主结构为钢管桁架，所有竖向荷载均由八 组索承担，结构制作难度大，而且由于大多是安装在高层建筑或超高层建筑的 顶层，因此标高大，施工及安装的难度系数高。
[发明内容]
本发明就是为了解决现有技术中屋顶反光器施工困难等不足和缺陷，提供 一种施工方法新颖，安全可靠，施工效率高且结构强度高的屋顶反光器的施工 方法，其特征在于所述的屋顶反光器包括下部支撑结构、支撑框架、屋顶反光 器主体结构和钢索,屋顶反光器主体结构包括内部构架和外部构架，其中内部构 架又包括内部上构架和内部下构架，该屋顶反光器的施工方法步骤如下：
a.制作反光器钢结构：通过三维软件实际模拟放样出钢结构并切割，钢管 相贯面切割采用数控切割；
b.钢结构分段；
c.自下而上逐段安装屋顶反光器主体结构；
d.钢桁架计算；
e.预埋件计算，包括预埋件强度验算和预埋件构造验算。
在步骤a中，当切割的钢管管径为300mm、管壁≥10mm、半径≥12m以上或 当钢管管径为350mm、管壁≥10mm、半径≥16m或当钢管管径为400mm、管壁为 16mm以上且半径为20米以上或当钢管管径为500mm、管壁≥16mm、半径≥20m 或当钢管管径为600mm、管壁≥20mm、半径≥20m时，钢管弯曲采用液压冷弯技 术；当切割的钢管管径或管壁不满足上述要求时，钢管弯曲采用热弯技术。
在步骤c中的自下而上逐段安装屋顶反光器具体步骤为：
a.首先安装临时桁架及工作平台；
b.将分段的内部下构架组装并安装在临时桁架的工作平台上，用揽风绳将其 固定防止倾倒；
c.将下部支撑结构及支撑框架与内部下构架连接；
d.将内部上构架与支撑框架连接，将内部上构架通过缆风绳与屋顶反光器主 体结构固定以防止失稳倾倒；
e.安装外部构架及外部构建与内部构架的拉杆；
f.安装拉锁使屋顶反光器主体结构涨紧直至临时工作吊起；
在步骤d中，采用有限元分析软件MIDAS/GEN V 7.0.2，其中荷载取集中荷 载，活载按检修荷载取值，得到桁架计算恒载图和桁架计算活载图，通过有限 元分析软件MIDAS/GEN V 7.0.2进行变形分析，得到变形计算结果，并得出集 中力作用在桁架上时，在恒载、活荷作用下结构整体得最大竖向变形值以及桁 架允许最大挠度，由此判定桁架的变形是否满足《钢结构设计规范 GB50017-2003》第3.5.1条要求，计算在载荷作用下各构件稳定验算最大应力 比是否满足《钢结构设计规范GB50017-2003》4.2.3条稳定设计要求。
在步骤e中的预埋件强度验算为：首先记录预埋件锚筋的初始参数，包括型 号、排列方式、尺寸、基材混凝土、基材厚度，接着计算预埋件的X向上的剪 力、弯矩，Y向上的剪力、弯矩，锚板上锚筋总个数，锚筋总面积，预埋件抗拉 强度，X、Y方向上的锚筋排数的影响系数，锚筋的受剪承载力系数，锚板的弯 曲变形折减系数，沿X、Y向最外层锚筋的中心间距，然后通过《混凝土结构设 计规范2002版》中的公式10.9.1-1和10.9.1-2得出锚筋的截面面积并计算出 截面实际产生的承载力和实际允许的承载力，当截面实际产生的承载力小于实 际允许的承载力时，则满足设计要求。
在步骤e中的预埋件构造验算为：锚固长度按照《混凝土结构设计规范》 2002版公式9.3.1-1来取，可得钢筋的外形系数、钢筋的抗拉强度设计值、钢 筋的公称直径、混凝土轴心抗拉强度设计值和锚固长度限值，钢筋采用机械锚 固方式，取包括锚固端头在内的锚固长度为锚固长度限值0.7倍，由于锚固长 度为350，大于包括锚固端头在内的锚固长度，故满足设计要求；锚板的厚度限 值计算方法为：取锚板厚度为锚筋直径的0.6倍，锚筋的间距取列间距的1/8， 由此得出锚板厚度限值，锚板厚度限值小于锚板厚度则符合设计要求；同理将 锚板行间距、列间距、行边距、列边距分别与其最小限值比较得出是否符合相 应的设计要求。
所述的钢索包括内部构架的竖向支撑钢索、内部构架与外部构架之间的水 平支撑钢索以及天窗交叉钢索；其中主索为8组，每组为双索结构，钢索表面 均采用混合稀土合金镀层处理；拉索的安装穿插在钢构件的安装过程中，对应 部分的钢结构安装完成后就可以进行拉索的安装，安装时保证主索对称张紧， 张紧值通过设计提供的轴力计算其应变位移，张紧通过锚具调节杆，使其长度 达到理论值，先安装四组长索，再安装四组短索；主索安装完毕钢平台卸载后， 通过应力测试索的受力以使其保证受力符合设计要求。
本发明的施工方法保证钢结构施工的安全、质量、经济、合理、快捷、方 便，满足结构设计的要求。采用本施工方法制造出的屋顶反光器造型还原度高， 结构强度牢固，克服了结构制作及安装难度大的问题，提供了安全可靠且实用 的屋顶反光器的施工方法，方案合理可行，保证了该结构施工的安全性。
[附图说明]
图1是本发明实施例中屋顶反光器的集合形状剖面图；
图2是本发明实施例中安装临时桁架及工作平台的示意图；
图3是本发明实施例中将分段的内部构架组装并安装在临时桁架工作平台 上的示意图；
图4是本发明实施例中将下部支撑结构及支撑框架与内部下构架连接的示 意图；
图5是本发明实施例中将内部上构架与支撑框架连接示意图；
图6是本发明实施例中安装外部构架及外部构建与内部构架的拉杆示意图；
图7是本发明实施例中安装拉锁使屋顶反光器主体结构涨紧直至临时工作 吊起示意图；
图8是本发明实施例中桁架计算恒载图；
图9是本发明实施例中桁架计算活载图；
图10(a)是本发明实施例中的锚筋布置平面图；
图10(b)是本发明实施例中的锚筋布置另一角度平面图；
图11是本发明实施例中在有限元分析软件中杆件截面计算结果界面截图；
1.内部构架2.结构斜撑圆钢管3.竖向结构圆钢管4.水平钢索5.水 平结构圆钢管6.外部构架8.天窗结构径向主钢管9.塔楼中心轴线10. 支撑框架11.临时吊装桁架及工作平台12.核心筒墙13.下部支撑结构 14.内部上构架15.预应拉锁；
指定图1为本发明的摘要附图。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的 人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发 明，并不用于限定本发明。
本发明为一种屋顶反光器的施工方法，为详细说明计算过程，拟定一规格 为如下参数的屋顶反光器作为实施例举例说明：反光器结构为空间悬索结构形 式，主要受力构件采用钢管相贯连接，钢材材质Q345C，管径为等；所有荷载均有八组索承担，主索为双索，钢索直径为材质为1670Mpa，索表面应采用GALFAN，即混合稀土合金镀层处理。该 屋顶反光器主要包括下部支撑结构、支撑框架、屋顶反光器主体结构和钢索,屋 顶反光器主体结构包括内部构架和外部构架，其中内部构架又包括内部上构架 和内部下构架。
本发明的施工方法步骤为：
1.制作反光器钢结构。反光器钢结构为钢管桁架，相交管数量多，管径品种 多，钢结构深化采用三维软件实际模拟放样，钢管相贯面切割采用数控切割技 术，力求做到精确无误。对于管径小，管壁薄的钢管，弯曲采用液压冷弯技术， 管径大，管壁厚的钢管，弯曲采用热弯技术。
2.钢结构分段。分段原则：现场塔机起重性能≯10.9吨大件运输高度不大于 4.8米，含汽车自身的高度。反光器表面要求热镀锌，热镀锌槽要求构件最大外 形尺寸长宽高分别为：16x4x2，单位：米。
3.根据反光器结构形式特点，要求所有荷载均由八组索承担，施工时自下而 上逐段安装，且水平钢管环天窗径向管先铰后刚的技术要 求，制定了以下的安装顺序：
第一步：安装临时桁架及工作平台，如图2所示。
第二步：将分段的花蕊下部分用塔机转入建筑的一半高度左右楼层，现场 组装成内部下构架，安装在临时桁架的工作平台上，用揽风绳将其主结构固定 以防倾倒，如图3所示。
第三步：将下部支撑结构及支撑框架与内部下构架连接，如图4所示。
第四步：将内部上构架与支撑框架连接，将内部上构架通过揽风绳与主体 固定以防失稳倾倒，如图5所示。
第五步：安装内部构架及外部构架与内部构架的拉杆，如图6所示。
第六步：安装拉索使其涨紧直至临时工作吊起，如图7所示。
4.钢桁架计算。如图8～图9所示，临时钢平台采用两榀桁架作为主要受力 构件，桁架长1100mm，两榀桁架间距为2000mm,分析软件采用有限元分析软 件MIDAS/GEN V 7.0.2，恒载取集中荷载375KN，活载按检修荷载1KN取值， 自重系数1.1。在有限元分析软件MIDAS/GEN V 7.0.2中可看出变形结果，由变 形计算结果可知，集中力作用在桁架上时，在恒载、活荷作用下结构整体最大 竖向变形为-5.02mm，桁架允许最大挠度为11000/400＝27.5mm，桁架的变形满 足钢结构规范要求。由计算结果可知，集中力作用在桁架连梁，在荷载作用下 各构件稳定验算最大应力比为0.75<1.0，满足钢结构设计规范稳定设计要求。由 有限元分析软件MIDAS/GEN V 7.0.2分析得出反力包络图 (FX＝658.39KN,FZ＝494.57KN,MX＝42.03KN.MM,MZ＝164KN.MM)。杆件截面 计算结果文件如图11所示。
5.预埋件计算。采用锚筋：焊接焊板锚筋库_HRB335-Ф16；排列为非环形 布置，7行5列，其中行间距100mm，列间距75mm；锚板选用：SB20_Q235； 锚板尺寸：L*B＝400mm×700mm，T＝20(其中，L为埋板宽度，B为埋板长度， T为埋板厚度)；基材混凝土：C40基材厚度：400mm；锚筋布置平面图如图10 (a)及图10(b)所示。
预埋件的强度验算过程为：X向剪力：Vx＝658.39kN，Y向剪力：Vy＝494.57kN， Y方向的弯矩：My＝0.164kN·m，X方向的弯矩：Mx＝0.42kN·m，锚板上锚筋 总个数为35个，锚筋总面积：A＝35×π×(0.5×16)2/100＝70.372cm²，预埋 件抗拉强度：fy＝300N/mm²，X方向锚筋排数的影响系数：αrx＝0.85，Y方向锚 筋排数的影响系数：αry＝0.85，锚筋的受剪承载力系数 αv＝(4.0-0.08*d)*(fc/fy)0.5＝(4.0-0.08×16)×(19.1/300)0.5＝0.6863，锚 板的弯曲变形折减系数αb＝0.6+0.25×20/16＝0.9125，沿X向最外层锚筋中心间 距Zx＝300mm，沿Y向最外层锚筋中心间距Zy＝600mm，
按《混凝土结构设计规范2002版》公式10.9.1-1计算：
A1_min＝Vx/(αrx*αv*fy)+Vy/(αry*αv*fy)+Mx/(1.3*αry*αb*fy*Zy)+My/(1. 3*αrx*αb*fy*Zx)＝658.39/(0.85×0.6863×300)×10+494.57/(0.85×0.686 3×300)×10+0.42×10³/(1.3×0.85×0.9125×300×600)×10+0.164×10³/( 1.3×0.85×0.9125×300×300)×10＝65.921cm²
按《混凝土结构设计规范2002版》公式10.9.1-2计算：
A2min＝N/(0.8*αb*fy)+Mx/(0.4*αry*αb*fy*Zy)×10+My/(1.3*αrx*αb*fy *Zx)×10＝0.42×10³/(0.4×0.85×0.9125×300×600)×10+0.164×10³/(0.4 ×0.85×0.9125×300×300)×10＝0.1339cm²
故取锚筋截面面积为：Amax＝max(A1min，A2min)＝65.921cm²
则截面实际产生承载力为：
F＝65.921×10²×300＝1977615.935N＝1977.616kN
实际允许承载力值为：
Fu＝A*fy＝70.372×10²×300＝2111.15×10³N＝2111.15kN
则有：F<Fu，满足！
预埋件构造验算步骤为：锚固长度限值计算：锚固长度按《混凝土结构设 计规范》2002版公式9.3.1-1来取：钢筋的外形系数：α＝0.14，钢筋的抗拉强 度设计值：fy＝300，钢筋的公称直径d＝16mm，混凝土轴心抗拉强度设计值：
ft＝1.71N/mm²，锚固长度限值：la＝α*fy/ft*d＝0.14×300/1.71×16＝392.982 mm，钢筋采用机械锚固方式，取包括锚固端头在内的锚固长度为上述计算值的 0.7倍：la＝392.982×0.7＝275.088mm，锚固长度为350，最小限值为275.088， 满足！
锚板厚度限值计算：
按《混凝土结构设计规范2002版》10.9.6规定，锚板厚度宜大于锚筋直径 的0.6倍，故取锚板厚度限值：T＝0.6×d＝0.6×16＝9.6mm，锚筋间距b取为列间 距，b＝75mm，锚筋的间距：b＝75mm，按规范且有受拉和受弯预埋件的锚板厚度 尚宜大于b/8＝9.375mm,故取锚板厚度限值：T＝75/8＝9.6mm，锚板厚度为20，最 小限值为9.6，满足！行间距为100，最小限值为96，满足！列边距为75，最小 限值为48，满足！行边距为50，最小限值为32，满足！列边距为50，最小限值 为32，满足！
本工程索主要是外部构架的竖向支撑，钢索直径为外部构架与内部 构件的水平支撑，钢索直径为天窗交叉索，钢索直径为主索八组， 每组为双索，对称布置，钢索直径为索的材质均为1670Mpa，索表面均采 用GALFAN混合稀土合金镀层处理，所有索均无预应力要求；由于拉索和钢构件 都是结构中不可缺少的重要组成部分，因此拉索和钢构件的施工需要紧密配合， 以保证钢结构施工的安全、质量、经济、合理、快捷、方便，满足结构设计的 要求。拉索的安装穿插在钢构件的安装过程中，对应部分的钢结构安装完成后 就可以进行拉索的安装，安装时应保证主索对称张紧，张紧值通过设计提供的 轴力计算其应变位移，张紧通过锚具调节杆，使其长度达到理论值，先安装四 组长索，再安装四组短索；主索安装完毕钢平台卸载后，通过应力测试索的受 力以使其保证受力符合设计要求。