专利名称：钢结构穹顶及制作安装方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑屋顶组合构件，特别是一种钢结构穹顶及其制作安装方法。
背景技术：
已有的建筑物穹顶是与固定建筑物上面固定连接的帽状壳体，穹顶的轴线是垂直线，母线是曲线、直线、折线或组合线形。建筑物穹顶施工技术大多为混凝土湿做业，需要制成拱形模板，然后进行钢筋绑扎，再浇混凝土，经过28天养生后拆去模板，再搭内外脚手架进行内外模灰。此法施工周期长，大量浪费模板和人工。成活后多有雨水渗漏，造型粗糙，造价偏高，自重较大，不利于抗震。另有球形网架做穹顶的骨架，穹顶壳面板镶嵌拱面装饰，占据了大量穹顶内部空间，影响了正常使用功能，且造价特高。也有用木制桁架做主体结构的穹顶，其缺陷是占据建筑物内部空间大，造价较高。
技术内容本发明的目的是提供一种钢结构穹顶及制作安装方法，解决现有穹顶自重较大、施工周期长、造价偏高、骨架占据建筑物内部空间大的技术问题。
本发明钢结构穹顶的技术方案是与固定建筑物上面固定连接的帽状壳体，其特征在于帽状壳体内面由经向环形均匀布置的钢曲梁作骨架，钢曲梁与帽状穹顶壳面板相固连。
上述钢曲梁的下端嵌固在建筑物圈梁上，钢曲梁上端固连在帽状壳体顶部的主顶中心环梁或节点板上。
上述钢制钢曲梁是弧形梁、直梁，折线梁或组合形梁。
上述钢曲梁的横截面有至少一个脊板和至少一个翼板。
上述钢曲梁的外面与装饰脊线相固连。
上述两条相邻钢曲梁之间连接有纬向筋。
上述穹顶壳面板是铁制直形瓦垅板、弧形板、双曲球面板、梯形板、鱼鳞板、玻璃钢板、GRC板、PVC耐力板、阳光板、玻璃板、不锈钢板、钛合金板、铜板、铝板或彩钢板。
上述帽状壳体顶部与副顶、顶缨、避雷针相固连。
上述帽状穹顶壳面板的外面与装饰老虎窗相固连。
这种钢结构穹顶的制作安装方法，其特征在于施工方法如下a、将包括钢曲梁、穹顶壳面板、主顶中心环梁、纬向筋的装配件在工厂加工、表面除锈和防腐处理；b、在穹顶安装位置放线，找出中心点和各钢曲梁与建筑物连接点的准确位置，然后将钢曲梁的下端固定在建筑物的主体上，将钢曲梁的上端汇交固定于帽状壳体顶部；c、将穹顶壳面板固定于钢曲梁上；d、将副顶固定于顶部中心环梁或钢曲梁上部，顶缨和避雷针固定于副顶上，老虎窗固定于穹顶壳面板上，装饰脊线固定于钢曲梁上，最后进行嵌缝和表面处理。
有益效果本发明钢结构穹顶可以形成工厂化、标准配件的加工，大幅度的缩短现场施工周期；与现有穹顶施工技术相比，内部空旷、增加了建筑物的空间利用率；结构明确便于计算，安全可靠，具有抗震优势；节省材料，节省人工，大幅度降低了造价；大幅度的降低了穹顶的自身荷载，相对增加了建筑物的结构抗震力；安装速度快、造型美观，对新建筑工程和旧楼改造工程均适用。
图1是本发明的下部结构示意图；图2是本发明的中部结构示意图；图3是图2的A-A剖面图；图4是本发明的上部结构示意图；图5是铁制瓦垅板穹顶；图6是带老虎窗的铁制瓦垅板穹顶；图7是铁制鱼鳞瓦板面穹顶；图8是铁制光面板壳穹顶；图9是棱台式瓦垅板穹顶；图10是铁制无梁壳体式穹顶；图11是梯形不锈钢、钛合金、铜板、铅板、彩钢板等面板装饰穹顶；
图12是梯形带老虎窗不锈钢、钛合金、铜板、铅板、彩钢板等面板装饰穹顶；图13是玻璃钢面板穹顶；图14是带老虎窗玻璃钢面板穹顶；图15是钢筋网架水平瓦垅式水泥抹面穹顶；图16是钢筋网架压光式水泥抹面穹顶；图17是钢曲梁横截面的实施例，由两条脊板与翼板垂直焊接；图18是钢曲梁横截面的实施例，由一条脊板与翼板垂直焊接；图19是钢曲梁横截面的实施例，两条钢角板背对连接；图20是钢曲梁横截面的实施例，两条钢角板背对连接，中间夹连板；图21是钢曲梁横截面的实施例，由一条角钢制成的钢曲梁，纵边做脊板，横边做翼板；图22是钢曲梁横截面的实施例，脊板为半围合状，连带弯折翼板；图23是钢曲梁横截面的实施例，是两条钢角板背对，上部半圆弧梁顶连接为一体；图24是钢曲梁横截面的实施例，是两条钢脊板背对，两侧连接翼板，上部半圆弧梁顶连接为一体；图25是穹顶立面图；图26是穹顶剖面图。
图中1-建筑物圈梁、2-预埋铁件、3-钢曲梁、4-主顶中心环梁或节点板、5-穹顶壳面板、6-老虎窗、7-装饰脊线、8-副顶(宝顶)、9-顶缨、10-避雷针、11-脊板、12-翼板、13-半圆弧梁顶、14-纬向筋。
具体实施例方式
实施例如图5-16所示钢结构穹顶制作安装步骤如下根据外观效果和原建筑结构确定采用若干条弧形钢曲梁，再根据穹顶恒荷载、活荷载最大风力和建筑物的自震频率和地震烈度计算出钢制弧形钢曲梁的截面尺寸，根据外观造型最佳比例，确定主顶矢跨比及其它部位的尺寸比例。根据各相关条件确定设计图纸。将钢结构的钢曲梁3、纬向筋14、穹顶壳面板5、老虎窗6、副顶8、顶缨9在工厂进行切割、压型、焊接和糊制等制作成穹顶装配件，钢材配件进行除锈防腐处理。
运至施工现场进行放线、组装；先找出中心点，在设计高度将主顶中心环梁4用钢管架支起，然后将弧形钢曲梁3就位，将上、下端分别与主顶中心环梁4和建筑物圈梁1的预埋铁件2焊牢，钢曲梁的外面与装饰脊线7相固连。并用纬向筋调整弧形钢曲梁的间距。
再自下而上在两弧形钢曲梁3间铺设穹顶壳面板5，焊于弧形钢曲梁的下翼缘。
再将副顶(宝顶)8焊于穹顶顶部的弧形钢曲梁3上，再将顶缨9和避雷针10焊于宝顶上方。将虎头窗6分别焊于八个方向的两弧形钢曲梁间的穹顶壳面板5上，再进行表面密封嵌缝，在表面进行喷涂两遍灰色氟碳漆，再安装副顶窗户和老虎窗上的宝石蓝玻璃，再撤掉穹顶内部支架进行内部装饰和聚氨酯发泡保温处理。
具体结构如图1、2、3、4、25、26所示钢结构穹顶与建筑物圈梁1或屋面板固定连接，其圈梁上预埋铁件2，预埋铁件与圈梁固定连接，圈梁与环形均布的钢曲梁3下端固定连接，相邻钢制曲梁之间由穹顶壳面板5固连，钢曲梁的外面与装饰脊线7相固连。钢曲梁3上端与副顶8底面连接。上述钢曲梁与拱壳面板可以是焊接、对接螺栓固连或拉铆钉固定连接。上述钢曲梁上端可以与宝顶底面的主顶中心环梁4或钢曲梁上部固连。上述两条相邻钢曲梁之间可以连接钢制纬向筋14。上述钢曲梁是弧形钢曲梁或直梁。弧形钢曲梁或直梁使用铁板或型钢经过加工和现场组拼形成的，它的截面呈多种形式，但必须存在不同方向两块板面的连接，起到在轴向受力状态下的稳定作用。穹顶上方的宝顶8、顶缨9、避雷针10，穹顶拱壳上的老虎窗6、装饰脊线7及其它装配件的形状可根据不同的造型要求，穹顶壳面板5可以选择钢制水平直形瓦垅板、弧形板、双曲球面板、梯形板、鱼鳞板、玻璃钢、GRC板、不锈钢板、钛合金板、铜板、铝板或彩钢板。连接的方法是焊接，螺丝联接，铆接等紧固件联接，直接或间接的将各种荷载传递到以弧形钢曲梁或直梁为主要受力杆件的钢结构主体受力骨架上。穹顶外表面的处理根据穹顶拱壳所选用的不同面层材料情况和颜色要求，在面层安装前或安装后用氟碳漆涂刷或热合处理；玻璃钢装饰配件可在环氧树脂内加进染料，一次糊制成形，不再处理；不锈钢、氟化铝板、铜板、钛合金板面材可不再进行表面处理；可在钢结构穹顶的表面进行粘贴金箔、银箔、铜箔。
实施例二如图5、6、8、9、13、14、15、16所示梁板式钢结构穹顶的钢制钢曲梁下端与建筑物的圈梁(含折线梁)固连，上端汇交于一点与钢制主顶中心环梁或节点板固连。可以在每两相邻钢曲梁间设置纬向筋，钢曲梁与穹顶壳面板焊接固连、贴合螺栓固连、拉铆钉固连，等紧固件连接。钢曲梁是弧形钢曲梁、直梁、折线梁或是三种形式的组合钢曲梁。钢曲梁截面是两个或两个以上方向的铁板组合连接或压制成型的。穹顶壳面板是铁制直形瓦垅板、水平弧形板、双曲球面板、梯形板、鱼鳞状板、玻璃钢、GRC板、PVC耐力板，阳光板、玻璃板、不锈钢板、钛合金板、铜板、铝板或彩钢板。梁板式穹顶每两相邻钢曲梁间在必要时设置钢制水平纬向筋与每两钢曲梁相固连。梁板式穹顶的副顶与主顶中心环梁或钢曲梁相固连。老虎窗通过穹顶壳面板与主体结构相固连。梁板式穹顶的装饰脊线与钢曲梁相固连，顶缨、避雷针与副顶相固连。
如图7、11、12所示，由经向钢曲梁3和纬向筋14组成钢筋网架式钢结构穹顶，用若干条建筑钢筋制成统一的弧形，在竖向下端均匀分布嵌固于建筑物的圈梁上，上端汇交焊接在铁制主顶中心环梁或节点板上，再将不同直径的环形钢筋依次在各自的水平面内等距离地固连于每根竖向钢筋的内侧或外侧，形成钢筋网架结构，然后进行挂网抹灰或裱糊玻璃钢。钢筋网架穹顶上部的副顶、侧面老虎窗、装饰脊线、分别安装在钢筋网架穹顶的上部、侧面及其它不同部位。钢筋网架穹顶的顶缨、避雷针安装在副顶上。
如图10所示，无梁壳体式钢结构穹顶是将铁板制成所需的双曲球面板后进行组拼焊接，形成无梁壳体结构；装饰脊线、顶缨和避雷针等分别固定于穹顶主体结构的上部、侧面和其它相应部位。无梁钢制壳体穹顶的下端与屋面环梁或屋面板相固连。无梁钢制壳体穹顶的副顶、老虎窗、装饰脊线与无梁壳体相固连，顶缨、避雷针与副顶相固连。
钢制钢曲梁的不同截面形式如图17～24所示图17的钢曲梁由两条脊板11与底部的翼板12垂直焊接，脊板之间可连接肋板；图18的钢曲梁由一条脊板11与翼板12垂直焊接；图19的钢曲梁由两条钢角板背对连接，纵边做脊板11，横边做翼板12；图20的钢曲梁由两条钢角板背对连接，中间夹连板；图21的钢曲梁由一条角钢制成的钢曲梁，纵边做脊板，横边做翼板；图22的钢曲梁由脊板为半围合状，连带弯折翼板；图23的钢曲梁是两条钢角板背对，上部半圆弧梁顶13连接为一体；图24的钢曲梁是两条钢脊板背对，两侧连接翼板，上部半圆弧梁顶13连接为一体；
权利要求
1.一种钢结构穹顶，是与固定建筑物上面固定连接的帽状壳体，其特征在于帽状壳体内面由经向环形均匀布置的钢曲梁作骨架，钢曲梁与帽状穹顶壳面板相固连。
2.根据权利要求1所述的钢结构穹顶，其特征在于所述钢曲梁的下端嵌固在建筑物圈梁上，钢曲梁上端固连在帽状壳体顶部的主顶中心环梁或节点板上。
3.根据权利要求1所述的钢结构穹顶，其特征在于所述钢制钢曲梁是弧形梁、直梁，折线梁或组合形梁。
4.根据权利要求1所述的钢结构穹顶，其特征在于所述钢曲梁的横截面有至少一个脊板和至少一个翼板。
5.根据权利要求1所述的钢结构穹顶，其特征在于所述钢曲梁的外面与装饰脊线相固连。
6.根据权利要求1所述的钢结构穹顶，其特征在于所述两条相邻钢曲梁之间连接有纬向筋。
7.根据权利要求1所述的钢结构穹顶，其特征在于所述穹顶壳面板是铁制直形瓦垅板、弧形板、双曲球面板、梯形板、鱼鳞板、玻璃钢板、GRC板、PVC耐力板、阳光板、玻璃板、不锈钢板、钛合金板、铜板、铝板或彩钢板。
8.根据权利要求1所述的钢结构穹顶，其特征在于所述帽状壳体顶部与副顶、顶缨、避雷针相固连。
9.根据权利要求1所述的钢结构穹顶，其特征在于所述帽状穹顶壳面板的外面与装饰老虎窗相固连。
10.一种钢结构穹顶的制作安装方法，其特征在于施工方法如下a、将包括钢曲梁、穹顶壳面板、主顶中心环梁、纬向筋的装配件在工厂加工、表面除锈和防腐处理；b、在穹顶安装位置放线，找出中心点和各钢曲梁与建筑物连接点的准确位置，然后将钢曲梁的下端固定在建筑物的主体上，将钢曲梁的上端汇交固定于帽状壳体顶部；c、将穹顶壳面板固定于钢曲梁上；d、将副顶固定于顶部中心环梁或钢曲梁上部，顶缨和避雷针固定于副顶上，老虎窗固定于穹顶壳面板上，装饰脊线固定于钢曲梁上，最后进行嵌缝和表面处理。
全文摘要
一种钢结构穹顶及制作安装方法，帽状壳体与建筑物上面连接，其内面由经向环形均匀布置的钢曲梁作骨架，钢曲梁与帽状穹顶壳面板相固连，钢曲梁是弧形梁、直梁，折线梁或组合形梁，钢曲梁的横截面有至少一个脊板和至少一个翼板，其外面与装饰脊线相连，两条相邻钢曲梁之间可连有纬向筋。穹顶壳面板是铁制直形瓦垅板、弧形板、双曲球面板、梯形板、鱼鳞板、玻璃钢板、GRC板、PVC耐力板、阳光板、玻璃板、不锈钢板、钛合金板、铜板、铝板或彩钢板。本发明可以形成工厂化、标准配件的加工，大幅度的缩短了现场施工周期；穹顶内部空间利用率高；结构便于计算，安全可靠，具有抗震优势；节省材料和人工，降低自重和造价；适用于新、旧建筑工程。
文档编号E04B7/08GK1480602SQ0314616
公开日2004年3月10日 申请日期2003年7月25日 优先权日2003年7月25日
发明者张元禔, 张元祚, 张元 申请人:大连天座建筑艺术装饰工程有限公司