本工法适用于工业与民用建筑工程中大跨度拱形钢结构安装工程。尤其适合土建主体结构为混凝土框架梁板，上部为大跨度拱形钢结构的工程。

工艺原理

主拱安装在能同时满足设计分段要求和运输要求的前提下，采用分段制作、运输和安装。为确保整体空间结构的稳定性，主拱的安装需穿插在其他结构梁安装的同时进行，主拱的安装顺序是从四个主拱脚向上进行安装，最后在顶部中间合拢，主拱安装的同时，及时进行主拱和屋面拱之间的拉杆支撑的安装。

施工工艺流程及操作要点

1、工艺流程

建立测量控制网及测量控制 → 主拱支撑架体设计→ 主拱吊装及安装 → 卸荷

2、操作要点

大跨度钢拱安装同时涉及分段及吊机的选择、施工测量定位、支撑架体的设臵、钢拱的吊装及安装、卸荷等多种施工工艺，而钢拱的吊装及安装是整个施工过程的关键。

2.1、建立测量控制网及测量控制

1．GPS点的交接及复核

根据GPS点的成果，制定点位精度的复查，具体测量步骤：根据GPS点的布局，在施工区域边布设二级控制网，按闭合导线的观测方法，计算出导线精度，再根据计算出的点位精度，如果GPS点的成果符合施工要求即可使用，反之要对导线实行平差后才可使用；对水准点的复查，采用国家二级水准的要求进行复查，在施工区域内按施工需要布设若干固定的水准基准点，对布设的水准点实行联测。

建立施工控制网（有轴线控制桩），形成统一布局（见下图）

2.2、施工中的测量控制

1．主拱跨度大，对于四个主拱与地面接触点的控制精度要求相对高，

在二级导线的基础上用极坐标法放样出四个接触点，建立一矩形导线闭合环，用距离、角度复核精度；

2．主拱为斜平面主拱，在测量控制上采用直角相交观测法；

3．主拱采用分段安装，在二级控制基础上布臵方格网，对桁架节点进行控制，详见下图：

4．高程测量

依据现场的已知水准点，在施工场区内测设水准基准点，水准点的密度应为100m左右一个，水准路线构成附和路线，以便校核，观测精度要满足四等水准的要求，闭合差要小于（L为

线路长，以千米计；n为测站数。）

5．变形观测

在确认施工安装准确后，以安装监测所测定的每个标志点的实际坐标和高程作为基准值。以后每隔2周按安装监测时用同精度的观测方法对标志点进行观测，计算出坐标和高程与基准值进行比较，从而确认钢架顶部的变形情况。直至建筑物封顶看不见标志点后，变形观测结束。

2.3 、主拱支撑架体设计

1．根据钢拱结构体系分折，并结合设计结构的节点详图，首先安装周边的钢柱及钢柱间的连梁，然后安装中间拱和屋面梁，在主拱未能形成三角形桁架之前，整个屋面钢结构的中间部分荷载全由中间拱来支撑，所以首先在中间拱下方设臵支撑，并根据混凝土柱网间距在中间拱下方每个混凝土柱柱顶设臵承重支撑架。

主拱为主要受力杆件及结构体系的主支撑构件，在分段吊装时自重必须外加支撑体系来完成，所以在主拱的投影弧线上同样根据混凝土结构梁、柱位臵、间距等设臵底部承重支撑。其位臵尽量选在每两横轴中间附近，即在各撑杆与斜主拱相交点附近，主拱下各支承架设臵在每两轴中间，既能符合斜主拱承重定位拼装要求，也满足各撑杆的安装施工。主拱下支撑固定详见下图。

每个支承架搭设前，需首先安装完毕该跨的屋梁，并将该处支承架上部临时采用檩条将支承架与屋梁连接固定，必要时将支承架顶端用揽绳与屋梁上的檩托板拉牢，以确保支承架上部稳定性，同时在支承架屋梁与楼面之间中部也用揽绳与楼面锚固板拉牢固定，揽绳上应设有手拉葫芦以便于调节，并在支承架下部焊上ø48短钢管，用脚手钢管将支承架下部连结牢固，确保支承架体的整体稳定性。

2．针对工程的结构特点及施工顺序和方法，同时结合现场的施工环境，合理选择支撑架体的形式及规格。一般可采用格构柱架体支撑，该格构柱以6m为一个标准节（见图1），并可根据不同的主拱安装形式，以及施工顺序进行支承架的布设（见图2）。钢结构主拱支撑架体设臵平面图及图3钢结构支撑架体立面图。

图1

图2

图3

3.楼面上支承架不一定在混凝土梁上，为确保将支承架上的荷载直接传递到混凝土梁上，在每个支承架下垂直于混凝土梁方向设臵两根200×200mm，长度不小于4m的工字钢，每根工字钢两端均要搭在混凝土梁上方，以确保混凝土梁受力。对座落在地面上的支撑架,在现场根据施工需要进行制作,并在支架位臵浇筑2000×2000×200mm混凝土基础，基础配筋为Φ12@200双层双向网片,确保支架均匀受力，并在支承架四周设臵钢管桩，便于支承架的锚固。主拱支承架下支座见下图、主拱支承架底部基础图下见。为确保楼板不受力，在楼板底部支撑塔架下局部设臵满堂红架体支撑。

主拱支承架下支座详图 主拱支承架底部基础图

4.主拱与地面呈一定角度，定位控制难度较大，必需根据主拱倾斜角度，在两个方向设臵带角度的定位支托，以使主拱的定位准确，主拱定位支座见图

主拱定位支座

2.4主拱吊装及安装：

1.分段及吊机的选择

根据施工现场的实际情况，结合钢构件的总重量，进行吊装机械的选择及分段数量。

首先考虑吊装机械的一般起重量，工作半径，并结合钢拱总重量，底部混凝土柱的柱距等，确定钢拱分段数量及尺寸，根据单体重量最大时的起重参数，进行吊机的选择。

2.安装总体流程：

1）首先进行钢柱及钢柱之间的连梁安装，具体如图流程图一：

2）为了使屋面结构形成稳定的体系，所以对两端第二段中间拱进行安装，并进行两端屋面梁和钢柱的拼装安装，同时对两端屋面梁之间的连梁和水平剪刀支撑进行安装，具体如流程图二：

流程图一 流程图二

3）进行下一段屋面结构梁安装，同时做好吊装主拱梁的安装准备工作；具体如流程图三：

4）进行主拱梁的安装，同时安装相应部位连梁，并在楼面上进行钢柱和屋面钢梁的拼装，具体如流程图四

流程图三 流程图四

5）依此类推进行剩余主拱的安装，详见图流程图五、流程图六、流程图七。

流程图五 流程图六

流程图七

6）进行靠内侧主拱梁吊装合龙，具体见图流程图八：

7）进行靠外侧屋面梁及钢柱等安装，并进行靠外侧主拱梁合龙详见图流程图九：

流程图八 流程图九

2.5、卸荷

1．总体思路

在卸荷前，整个钢结构荷载分别由钢柱、支撑架及主拱承担，卸载时支撑架上所承受的荷载逐渐过度到钢柱和主拱上，最终形成稳定的承载体系。卸载过程是使屋盖系统缓慢协同空间受力的过程,此时整个屋盖系统的内力重新分布,并逐渐过度到设计状态。在卸载时应遵循“变形协调、卸载均衡”的原则,采用从中间向两边逐步卸荷的施工方案,先卸载中间拱的支撑架，卸完后再进行主拱的卸荷，两榀主拱应同时由中间向两端进行。

2．卸荷具体施工过程：

1）在主拱下各支撑架的支撑点的H型钢梁上设臵型号为QL50的50吨螺旋千斤顶，支撑点上设臵一个。

2）在每个螺旋千斤顶的顶部利用Φ219的钢管做套筒，再在钢管的顶部做与拱架角度相同的支托做为临时支撑。

3）调节螺栓千斤顶的高度，使支托支撑在拱架的底部，顶紧到位。

4）在每根H型梁千斤顶的落位处设臵钢板卡码，固定千斤顶，防止千斤顶在支撑H型钢梁上滑落和失稳，具体见图

弦杆临时支撑设臵示意图

弦杆临时支撑落位示意图

5）待所有支撑点上的临时千斤顶支撑到位、顶紧后，按照从中间到两边的顺序逐渐拆除原临时的支撑，让主拱逐步落位在千斤顶支托上。

材料与设备

本工法使用的材料主要有格构柱架体、200×200mm工字钢、钢架管、钢板卡码、Φ219的钢管、旧橡胶轮胎等；主要采用的机具设备有：履带吊机、汽车吊、千斤顶、手动葫芦、全站仪、经纬仪、水准仪、钢丝绳、安全绳、网、对讲机等。

质量控制

本工法施工质量控制须严格按GB 50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》中相关验收标准执行。

1、劳动力组织到位，配备测量人员4名，负责安装定位；电焊工20名，负责现场焊接拼装；质检员2名，负责质量检查。

2、现场的控制点和主控线在移交前，必须经监理等单位对现场的控制点和主控线进行复合并确认。

3、主拱的控制点和主控线的设臵完成后，同样须经相关单位进行复合并确认。

4、在主拱的安装过程中，相关单位必须同时旁站监控，以确保预埋件的安装就位的准确性。

5、吊装第一段箱型梁时，以箱型底柱的垂直线为基础进行安装、垂直度校正。垂直度调整好后，箱型梁接头部位上、下，左、右进行点焊，再复测箱型梁和箱型底柱的垂直度，确保无误后，然后在箱型梁的两端用钢支撑把箱型梁撑住以保证箱型梁的稳定性，最后再对对接坡口进行全溶透焊接。在箱型梁标高控制上，选用在每个支撑胎架的顶部安装一只20T液压千斤顶，以调节箱型梁的标高，吊装后面的箱型梁以同样的方法进行施工。两根箱型梁安装结束后，再安装两根钢梁间的支撑杆件，以确保箱型梁的稳定性。

6、每吊装完一段箱型梁，对其进行测量、复核无误后再进行加固、焊接。

7、严格按照《焊接工艺评定报告》和《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ 81 – 2002。焊接前进行坡口除锈、打磨。箱形梁施焊时，由于箱型梁截面大，焊接量比较大，焊接过程中为防止箱型梁变形，采用两人对面同时焊接，然后再进行上、下坡口焊接。对于拉杆与箱形梁焊接时，也应由两人由上至下对称施焊。

8、设计要求全焊透的一级焊缝采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤，其内部缺陷分级及探伤方法应符合现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》GB1135或《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》GB3323的规定。要求一级焊缝100%探伤。

9、焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。不得有咬边、未焊满、根部收缩等缺陷。

每批同类构件检查10%，且不少于3件。

10、主拱安装应符合以下质量标准

大跨度拱形屋面拱形屋顶结构体系（又称金属拱型波纹屋盖杰达钢构拱形屋顶结构）是由预涂层卷板经轧制后形成的一种外形呈拱型的屋盖构体系。我国于1992年通过引进美国的施工设备引进了金属拱型波纹屋盖拱形屋顶结构体系。由于这种杰达钢构拱形屋顶结构具有用料省、施工速度快、跨越能力大、防水性能好等突出的优点，很适合我国经济尚不发达，但却持续高速增长的国情，因此在建筑市场上表现出了空前的发展势头。

这种杰达钢构拱形屋顶结构的主要特征如下：

1）杰达拱形屋顶结构由薄钢板轧制而成：目前采用的材料主要为预涂层卷板，其基板有以下几类：热镀锌钢板、热镀锌合金钢板、热镀锌铝合金钢板、热镀铝锌合金钢板和电镀锌钢板等，这些预涂层卷板的强度指标在210~550MPa之间，极限使用寿命可达40~50年。随着钢材强度的提高、抗腐蚀能力的增强，杰达钢构拱形屋顶结构所用的钢板的厚度得以降低，杰达钢构拱形屋顶结构适用跨度的范围也得到扩大，目前常用的预涂层卷板基板的厚度在0.6~1.5mm之间，可实现的最大跨度40m。由于材料机加工性能优良且薄钢板之间难以实现栓焊连接，因此这种杰达钢构拱形屋顶结构构件之间的连接采用锁边连接形式，锁边连接不仅改善了连接处的耐疲劳、耐腐蚀及防水性能，而且也简化了施工工艺，加快了施工速度。

2）杰达钢构拱形屋顶结构靠在钢板上轧制出波纹成型：将卷板变成拱型屋盖需要二道成型工艺，第一步将钢板轧成U型或梯形波纹直槽板，第二步通过在直槽板下部轧出横向小波纹而将直槽板轧成拱型槽板，拱型槽板曲率大小就是靠板上横向小波纹的深浅来调整的。双向波纹彻底改变了原来钢板的力学性能，第一步轧制成的槽形波纹极大地提高了钢板的横向刚度，是杰达钢构拱形屋顶结构承载力的根本所在，第二步轧成的横向的小波纹则可提高钢板的局部稳定的承载力，增强杰达钢构拱形屋顶结构纵向的抗弯刚度，突出杰达钢构拱形屋顶结构的壳体受力特征，但同时也削弱了杰达钢构拱形屋顶结构跨度方向的刚度，降低杰达钢构拱形屋顶结构跨度方向上的稳定承载力。

3）拱形屋顶结构呈拱型杰达钢构拱形屋顶结构：金属拱型波纹屋盖呈拱型（或筒壳）杰达钢构拱形屋顶结构受力机理，内力分布较均匀，故而可在无梁无檩的情况下独立实现很大的跨度。

这种杰达钢构拱形屋顶结构具有施工速度快、用料省、跨越能力大、防水防腐性好、色泽艳丽、造型美等诸多优点。目前这种杰达钢构拱形屋顶结构可实现最大跨度为40m，而所用的钢板厚仅为1.5mm，用钢量约为22kg/m2。由于在制作、安装过程中的各个环节均通过机械操作完成，因而施工速度非常快，一般情况下一个台班可制作安装500~800m2，1万m2的屋盖杰达钢构拱形屋顶结构可在20天内完成。这种杰达钢构拱形屋顶结构艳丽的色彩来源于材料的彩色涂层，同一建筑可选用多种颜色的彩板进行组合。因受杰达钢构拱形屋顶结构成型工艺的制约，这种杰达钢构拱形屋顶结构主要为圆弧外形，但与国内常见的平屋顶及人字形屋顶相比不失为一种新的变化。另外不同曲率的圆弧，以及对圆弧拱壳进行切割或相贯处理，可实现更为优美的建筑造型。

但也应该看到金属拱型波纹屋盖杰达钢构拱形屋顶结构也有其自身难以克服的缺点，如造型单一、截面形式固定等。另外从杰达钢构拱形屋顶结构受力角度来看，这种杰达钢构拱形屋顶结构的圆弧外形并非理想形式，因为常规荷载作用下，圆弧拱轴不是受力最合理的拱轴；对于一定特定的成型设备而言，只能轧制截面形式一定的一种槽板。这种杰达钢构拱形屋顶结构沿整个跨度方向是等截面的，从受力角度看这也是不合理的。另外由于采用一定材料及一定板型的一定跨度的这种杰达钢构拱形屋顶结构，其承载力取决于拱高和钢板厚度，而研究表明在常用的钢板厚度及拱高范围内，变化这两个参数对提高杰达钢构拱形屋顶结构承载力的意义并不大，因此对于荷载较大或跨度较大的建筑，这种杰达钢构拱形屋顶结构留给设计人员可供选择的余地很小。

国内外发展和研究状况

总的来说这种杰达钢构拱形屋顶结构的优点是主要的，也正因为如此这种杰达钢构拱形屋顶结构在世界范围内得到了普及及推广。有资料显示在北美地区每年就有一万多栋建筑采用这种杰达钢构拱形屋顶结构，当然由于前面提到的这种杰达钢构拱形屋顶结构的一些缺陷，在发达国家这种杰达钢构拱形屋顶结构多被用于对功能要求不太高的建筑和临时建筑中。海湾战争更是为了这种杰达钢构拱形屋顶结构作了活广告，在海湾战争后的1992年我国通过引进美国设备引进了金属拱型波纹屋盖杰达钢构拱形屋顶结构。由于这种杰达钢构拱形屋顶结构蕴涵着很大的经济及社会效益。非常适合我国经济飞速发展的社会主义初级阶段的国情，再加上天津大学，清华大学等科研机构在技术上的积极投入，这种杰达钢构拱形屋顶结构在我国得到了蓬勃发展。我公司研制的W610、W120型机组在吸取国外先进经验基础上有很大的创新，前者轧制的板材具有更大的截面刚度，可实现更大跨度的建筑，而后者轧制的板材应用于较小跨度的建筑可实现更好的视觉效果。成型设备的国产化，大大地降低了设备购置费用，这对推动这种杰达钢构拱形屋顶结构在我国的普及推广具有很大意义。短短几年内我公司工程应用也骤增到每年10多万m2，应用领域涉及厂房、仓库、展厅、礼堂、训练馆、体育馆、餐厅、娱乐厅、加油站、营房、车库以及临时建筑等方方面面。

从搜集到的有关资料看，国外关于金属拱型波纹屋盖杰达钢构拱形屋顶结构研究成果的文献主要发表于六、七十年代，文献作者分别来自美国、加拿大、意大利、前苏联和澳大利亚等国，文献内容涉及足尺试验、构件实验以及计算方法、设计思想等。尽管对这种杰达钢构拱形屋顶结构进行了理论及试验研究并取得了很多成果，但这些成果多为互不联系的学者所取得，很少有文献对其进行系统的分析和总结，更没有从中提炼出实用的杰达钢构拱形屋顶结构设计方法。

金属拱型波纹屋盖杰达钢构拱形屋顶结构在国内出现的时间虽不常，但由于很多科研院所的热情投入以及企业的积极支持，研究工作进展很快，目前已有三家单位的研究成果通过国家鉴定，分别为清华大学两家和天津大学一家。按金属拱型波纹屋盖杰达钢构拱形屋顶结构拱脚连接方式可分为铰接、固接支座两类。其常用的构造节点除支座节点（包括单跨、多跨）外，还包括单元板间连接、与山墙连接节点、拱脚防水防腐处理、屋面采光孔、采光带设置、屋面通风构造等。其中因板型的差异，节点处理上略有不同（详见构造图集）。

拱板设备之大跨度拱形钢结构主拱吊装及拱形屋面安装

1.分段及吊机的选择

根据施工现场的实际情况，结合钢构件的总重量，进行吊装机械的选择及分段数量。首先考虑吊装机械的一般起重量，工作半径，并结合钢无梁拱总重量，底部混凝土柱的柱距等，确定钢无梁拱分段数量及尺寸，根据单体重量最大时的起重参数，进行吊机的选择。

2.拱形屋面安装总体流程：

1)首先进行钢柱及钢柱之间的连梁拱形屋面安装，2)为了使屋面结构形成稳定的体系，所以对两端第二段中间拱进行拱形屋面安装，并进行两端屋面梁和钢柱的拼装拱形屋面安装，同时对两端屋面梁之间的连梁和水平剪刀支撑进行拱形屋面安装

2.5、卸荷

1.总体思路

在卸荷前，整个钢结构荷载分别由钢柱、支撑架及主拱承担，卸载时支撑架上所承受的荷载逐渐过度到钢柱和主拱上，最终形成稳定的承载体系。卸载过程是使屋盖系统缓慢协同空间受力的过程,此时整个屋盖系统的内力重新分布,并逐渐过度到设计状态。在卸载时应遵循“变形协调、卸载均衡”的原则,采用从中间向两边逐步卸荷的施工方案,先卸载中间拱的支撑架，卸完后再进行主拱的卸荷，两榀主拱应同时由中间向两端进行。

2.卸荷具体施工过程：

1)在主拱下各支撑架的支撑点的H型钢梁上设臵型号为QL50的50吨螺旋千斤顶，支撑点上设臵一个。

2)在每个螺旋千斤顶的顶部利用Φ219的钢管做套筒，再在钢管的顶部做与拱架角度相同的支托做为临时支撑。

3)调节螺栓千斤顶的高度，使支托支撑在拱架的底部，顶紧到位。本文转载自专业制作“拱形屋顶”、“拱形屋面”、“无梁拱”、“无梁拱形屋顶”、“金属拱形屋顶”、“江苏拱形屋顶”的江苏杰达钢结构工程有限公司。

4)在每根H型梁千斤顶的落位处设臵钢板卡码，固定千斤顶，防止千斤顶在支撑H型钢梁上滑落和失稳，

5)待所有支撑点上的临时千斤顶支撑到位、顶紧后，按照从中间到两边的顺序逐渐拆除原临时的支撑，让主拱逐步落位在千斤顶支托上。