一种异形曲面钢膜结构雨棚的施工方法及结构与流程

本发明属于钢结构建筑领域，更具体地，涉及一种异形曲面钢膜结构雨棚的施工方法及结构。

背景技术：

1、近年来，随着城市经济与文化的发展，人们对桥梁景观的要求也逐渐提升，钢结构桥梁愈来愈多，钢结构桥梁因其多样的变化性被广泛使用，特别在钢结构桥梁施工中常设有相应雨棚来满足使用功能，普通雨棚设计单一且景观效果差，普通雨棚多采用与主桥焊接成型的方式，常体现为四方形态景观效果较差，并且较多雨棚顶棚采用玻璃材料，使用材料不够新颖且难以维护，因此有必要进行一个新的钢膜结构雨棚的施工技术研究，本发明在钢结构景观桥提供一种异形曲面钢膜结构雨棚，可适用于具有一定曲型及长度较大的钢结构桥梁，通过设置单独的独立基础，在满足雨棚挡雨功能及采光功能情况下，采用轻钢结构配合etfe膜结构材料进行施工，且优化施工工艺保证施工安全，做到绿色环保且避免材料浪费，具有较好的使用前景。

2、中国专利cn111424821a公开了一种斜靠式拱架预应力张拉膜结构，其包括底部钢结构支架和若干组顶架结构；相邻顶架结构之间设有间距，所述顶架结构包括相互对称向中间倾斜设置的两个斜靠拱肋和设在两个斜靠拱肋之间的若干连接横梁；若干组所述顶架结构顶面铺设有张拉膜，所述相邻两组顶架结构之间的张拉膜上方均设有横向顶面拉锁，所述横向顶面拉锁前后两端各设有两根支链拉锁。该结构主要解决现有钢结构存在的防腐成本高、空间利用率一般、拆除成本高、不适宜安装膜材、结构不稳定等技术问题。但是，未能体现异形曲面钢膜结构施工过程中节点控制。中国专利cn114961280a公开了一种钢结构建筑中气枕膜结构安装施工方法，其对膜结构支架的安装以及后期的验收，能够将气枕膜稳定的安装在钢结构上，同时安装时保证了工人的安全性以及对气枕膜的保护，施工方法明确，能够保证气枕膜有序的安装。但该方法未考虑张拉膜施工工况下的施工问题。

3、基于上述缺陷和不足，本领域亟需提出一种异形曲面钢膜结构雨棚的施工方法，采取最优工艺进行施工，使之更加安全且施工便利，采用钢结构施工，彰显绿色环保的优点，采用新颖张拉膜结构施工来满足采光要求，提供较好的景观效果。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种异形曲面钢膜结构雨棚的施工方法及结构，其通过设置雨棚基础，雨棚基础提前预埋螺栓底座，配合预留预制式主钢结构框架的螺栓孔，通过整体吊装主框架后使用高强螺栓进行紧密连接，对混凝土基础及钢结构主体进行有效拼装连接，部分隐蔽位置采用混凝土包封的方式进行保护，有效避免氧化效应。随后，逐一焊接一定曲率的圆钢管形成主体钢结构，形成总体框架；每根圆柱形钢管上均焊接“t”型带孔膜钢结构框架，施工过程保证焊缝饱满度来满足强度要求，最后使用提前预留孔洞的膜单元进行张拉及安装，安装完成后检查水密性，及螺栓位置进行补漆处理氧化作用，最后形成异形曲面钢膜结构雨棚，雨棚具备一定景观效果，采用轻钢及膜结构施工彰显绿色环保，优化施工工艺在一定程度上增加施工效率，缩短了施工工期，对钢结构桥梁施工工程具有重要意义。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种异形曲面钢膜结构雨棚的施工方法，包括以下步骤：

3、步骤一，浇筑混凝土基础，其中，在浇筑过程中预埋带螺杆底座；

4、步骤二，制作异形曲面模板板片，并根据模板板片制作异形曲面钢框架结构，该异形曲面钢框架结构包括主体钢结构外框架和主钢结构内部钢结构框架；

5、步骤三，将主体钢结构外框架采用吊装定位的方式与带螺杆底座连接，然后将主钢结构内部钢结构框架与主体钢结构外框架逐一焊接成型；

6、步骤四，沿异形曲面的垂直线在主体钢结构外框架和主钢结构内部钢结构框架上焊接用于安装膜钢的t型钢，以形成固定于主体钢结构外框架上的膜结构框架；

7、步骤五，根据膜结构框架制备膜单元，并将对应的膜单元逐一安装至膜结构框架上。

8、作为进一步优选的，步骤一中，根据设计参数构建异形曲面钢膜结构雨棚的三维模型，并根基该三维模型估算异形曲面钢膜结构雨棚的重量信息，根据该重量信息设计混凝土基础的体积、埋深以及预埋带螺杆底座的强度。

9、作为进一步优选的，步骤二中，所述制作异形曲面模板板片包括以下步骤：

10、(21)根据异形曲面钢膜结构雨棚的三维模型进行异形曲面钢膜结构雨棚外表面曲率分析，根据分析结果对异形曲面钢框架结构的钢柱部分进行节段划分，生成多个钢柱节段；

11、(22)根据钢柱节段的柱空间曲面造型和模板板片尺寸，对模板板片进行模板分缝，生成模板分缝的异形曲面钢框架结构模型；

12、(23)根据钢柱节段、模板分缝的异形曲面钢框架结构模型，提取钢柱外表面网格曲面的几何数据，确定模板板片的空间几何形状和外轮廓尺寸，对每个钢柱节段进行模板板片的三维数字化设计；

13、(24)按施工节段对模板板片进行批量化整体组装，并对模板板片及分缝数量进行统计，通过bim技术对模板板片进行投影、剖切以及三维立体透视，生成模板板片施工图和加工图纸，并制备异形曲面模板板片。

14、作为进一步优选的，步骤二中，所述制作异形曲面模板板片还包括设置最小化模板板片材料用量模型，计算模板板片使用材料的最少数量，所述最小化模板板片材料用量模型为：

15、

16、其中，g为模板板片使用材料的最小数量，c′为材料密度，h(ti)为第i个模板板片的厚度，ti为第i个模板板片，n为模板板片的数量，a为第i个模板板片的表面积。

17、作为进一步优选的，步骤四具体包括以下步骤：

18、(41)将异形曲面钢膜结构雨棚外表面所在曲面沿其垂线方向平移指定位移，将钢柱节段两端点投影至平移后的曲面上，获取各个投影点的三维坐标点，将钢柱节段所在曲线作为第一放样曲线，将同一条曲线上的钢柱节段的投影点进行拟合，获取第二放样曲线；

19、(42)根据第一放样曲线和与其对应的第二放样曲线构建t型钢放样曲面，并根据放样曲面对t型钢进行放样处理；

20、(43)在主体钢结构外框架和主钢结构内部钢结构框架上焊接进行放样处理后的t型钢，使得t型钢与对应的主体钢结构外框架和主钢结构内部钢结构框架垂直，即t型钢的面板外表面所在曲面与异形曲面钢膜结构雨棚外表面所在曲面平行，以形成固定于主体钢结构外框架上的膜结构框架。

21、作为进一步优选的，所述步骤五具体包括以下步骤：

22、根据膜结构框架逐一制定膜单元，将膜单元定位点与膜附属框架的边界对正，再将膜单元拉至安装位置，安装时采用铝合金压边固定位置及起到保护作用，先对称将短边安装张拉到位，并由中部向两边依次安装膜附件及螺栓，最后安装长边螺栓并张拉完成，依次进行其他膜单元安装。

23、作为进一步优选的，所述步骤五还包括：

24、安装膜单元短边螺栓时，经过拧紧螺栓压平铝合金夹具逐步将膜单元张拉平整，膜单元安装张拉时，从长边的中心点开始逐步向两端安装和张拉，螺栓拧紧、膜片平整后即张拉安装到位，待所有膜单元安装完成后检查膜材料的张拉展开程度以确保满足原设计要求。

25、作为进一步优选的，还包括对外漏的钢结构和螺栓进行喷漆处理。

26、按照本发明的另一个方面，还提供了一种异形曲面钢膜结构雨棚，采用如上所述任一实施例涉及的的方法制备而成，包括：

27、混凝土基础，该混凝土基础内预埋有带螺杆底座；

28、异形曲面钢框架结构，设于所述混凝土基础上，且通过所述带螺杆底座与混凝土基础固定连接，该异形曲面钢框架结构包括主体钢结构外框架和主钢结构内部钢结构框架；

29、膜结构框架，沿所述异形曲面钢框架结构外表面设置；

30、膜单元，固定嵌设于所述膜结构框架内，以使得膜单元和膜结构框架共同构成密封结构。

31、作为进一步优选的，所述膜结构框架包括与所述主体钢结构外框架或主钢结构内部钢结构框架垂直布置的t型钢以及压边条，所述t型钢以及压边条通过螺栓连接，以将所述膜单元固定安装在t型钢以及压边条之间。

32、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

33、1.本发明通过自下而上的施工顺序，采取最优工艺进行施工，使之更加安全且施工便利，采用钢结构施工，彰显绿色环保的优点，采用新颖张拉膜结构施工来满足采光要求，提供较好的景观效果，对钢结构桥梁施工工程具有重要意义。

34、2.本发明通过设置雨棚基础，雨棚基础提前预埋螺栓底座，配合预留预制式主钢结构框架的螺栓孔，通过整体吊装主框架后使用高强螺栓进行紧密连接，对混凝土基础及钢结构主体进行有效拼装连接，部分隐蔽位置采用混凝土包封的方式进行保护，有效避免氧化效应。随后，逐一焊接一定曲率的圆钢管形成主体钢结构，形成总体框架；每根圆柱形钢管上均焊接“t”型带孔膜钢结构框架，施工过程保证焊缝饱满度来满足强度要求，最后使用提前预留孔洞的膜单元进行张拉及安装，安装完成后检查水密性，及螺栓位置进行补漆处理氧化作用，最后形成异形曲面钢膜结构雨棚，雨棚具备一定景观效果，采用轻钢及膜结构施工彰显绿色环保，优化施工工艺在一定程度上增加施工效率，缩短了施工工期，对钢结构桥梁施工工程具有重要意义。

35、3.本发明利用三维建模技术，以精确的异形曲面钢膜结构模型为基准，对异形曲面钢膜结构模板进行三维数字化精准设计，不但能够高效解决高异形曲面钢膜结构空间曲面模板设计难题，而且可以最大限度的让模板板片周转使用，保证了索塔外观施工精度，提升系统的通用性、安全性和施工工程品质。