异型树杈屋面承重钢施工工法的应用研究

梁智欣

摘要：在建筑施工技术的快速发展下，新的建筑结构形式不断涌现，其中异型树杈屋面是一种仿树杈的钢结构形式，具有较高的观赏性。本文将对异型树杈屋面承重钢施工工法进行研究，首先分析了异型树杈屋面承重钢施工特点，进而研究其具体应用策略，包括树杈结构受力分析、施工工艺流程、施工质量控制措施等。

关键字：异型树杈屋面；承重钢；施工工法

前言

异型树杈屋面承重钢施工是异型树杈屋面的关键施工技术，需要通过受力分析，确定树杈结构的支撑特点，从而科学选择主干和分支的钢管型号、尺寸，确保其承载力符合要求。在进行树杈钢结构安装施工过程中，还需要采用BIM技术进行模拟分析，控制施工精度。目前该技术的研究和应用已经受到广泛关注，有必要掌握其工法技术要点，确保施工安全和工程质量。

一、异型树杈屋面承重钢施工特点

异型树杈屋面的承重钢结构仿照树杈进行设计和安装，并取代常规的钢柱，作为屋面的支撑体系。由于异型树杈屋面造型多样，在设计和施工过程中，需要充分考虑每个树枝节点受力情况不同的特点，通过对树杈结构进行深化设计，并严格控制施工精度，确保结构安全性。

此外，异型树杈屋面承重钢结构的设计和施工也会直接影响建筑外观的观赏性，需要在施工过程中对异型钢结构进行严格控制。因此，异型树杈屋面的承重钢结构施工工法影响重大，而且具有较高的技术难度，应积极总结以往在工程建设过程中存在的技术问题，并通过采取科学的受力分析方法、工艺设计方法和质量控制方法，共同确保异型树杈屋面承重钢施工质量[1]。

二、异型树杈屋面承重钢施工工法的应用要点分析

（一）树杈结构受力分析

对树杈结构进行受力分析是异型树杈屋面设计和施工的首要工作。采用这种屋面钢结构主要是为了模仿树杈结构外型，提升建筑美观性，因此要求做到形象逼真。自然树杈的分支根数、角度都存在差异，每根树杈的情况不同，在对其进行仿制过程中，需要对各节点受力情况进行具体分析。

通过深化设计对关键节点分类，并选取危险性最大的几类节点进行分析，确保选择的钢材料型号和角度设计能够满足结构整体受力稳定性要求。其中，危险性最大的几类节点包括树杈主屋面H梁梁侧连接节点、树杈处主屋面H梁梁对接连接节点、树杈处主屋面斜柱与H梁连接节点和树杈处主屋面圆钢管斜柱连接节点。需要分别编制这些危险节点的计算书，并对其进行验算[2]。

此外，还要进行临时支撑计算，比如中心筒屋架下方的临时支撑为Φ152×5.0钢管，支撑高度为3.2m~5.5m，支撑间距为3.5m~4.8m，在进行验算时均取最大值，即支撑高度5.5m、支撑间距4.8m。按单位换算公式，上部单榀钢架约14.7KN，钢架一端有支座，另一端设置临时支撑，考虑最不利情况下整榀钢架全由临时支撑承担，则其上部轴压力为17.64KN，圆管长度应为4.4m。

在临时支撑稳定性计算中，确定钢管支撑的主要参数，包括钢管外径D=152mm，壁厚t=5mm，密度ρ=7850kg/m3，内径d=142mm，钢支撑弹性模量E=206.00GPa，稳定性系数ψ=0.856等。

（二）施工工艺流程

异型树杈屋面的承重钢结构施工工艺流程主要包括受力分析、深化设计、测量定位、BIM施工模拟、吊装屋面钢梁和树杈安装施工等。在完成树杈钢结构受力分析后，根据分析结果设计主要参数，并在施工过程中进行严格控制。具体工艺流程包括：

（1）测量定位，根据图纸结构轴线和控制点，采用全站仪进行放样，沿长短轴方向设置控制点，将三维尺寸控制原点设定为（0,0,0），构建三维模型，为下料和施工控制提供坐标参照；

（2）进行BIM施工模拟，分别进行临时支撑设施模拟、屋面钢梁安装模拟、钢树杈安装模拟、临时支撑拆除模拟等，确保设计参数的合理性，同时为实际施工提供参考；

（3）吊装屋面钢梁，经过图纸会审和专家论证，为保证异型树杈钢结构的安装精度，可以采用钢板焊接制作工艺，参照三维模型图，根据放样分段铸造，在加工厂内完成预拼装。其重点在于树杈和屋面部分的预拼装，该部分是一个多曲面空间立体结构，需要与主楼构件完美融合。在异型树杈钢结构的施工过程中，应保证屋面钢梁和树杈结构的同步进行，降低屋面梁的挠度，通过设置临时支撑，提高结构安装的稳定性。按照钢柱安装、屋架主梁安装、屋架次梁安装、结构校正、焊接的顺序进行屋面钢梁吊装；

（4）树杈安装，由于树杈钢结构安装无法适用大型吊装设备，需要采用人工安装方式，结构重量主要由承重葫芦架承担，其自身受力无法估计，需要采用吊点固定锚栓配合承重葫芦架，确保满足施工安全。在树杈安装精度方面，可以采用计算机建模方法准确找到精度干涉原因和影响点，并根据现场情况，采取安装施工方法，提前计算吊装和安装变形量，实现对安装施工精度的有效控制。

（三）施工质量控制措施

为保证异型树杈屋面的承重钢结构安装施工质量，需要做好以下几方面的质量控制工作：

（1）在构件制作、钢结构安装过程中，严格遵守《钢结构工程施工质量验收规范》、《钢结构设计规范》、《工程测量规范》等相关标准，确保设计和施工的合理性，加强施工过程中的技术控制；

（2）做好材料设备检验工作，在施工过程中使用的主要材料包括屋面梁、钢管柱树杈、高强螺栓、焊材等。使用的机械设备包括塔吊、汽车吊、CO2气体保护焊机、直流电弧焊机等，还需要采用全站仪和精密水准仪等仪器设备。在施工前需要对材料质量和设备状态进行检查，确保材料设备自身质量满足工程要求；

（3）做好技术质量交底，明确施工工艺流程和质量标准，加强安装质量控制，检查构件几何尺寸、起拱度、焊缝坡口等，发现问题及时上报，并在吊装前进行有效处理；

（4）做好焊接质量控制工作，确保焊条满足设计要求，与焊接母材相匹配，在使用前先进行烘焙，并对焊接工艺进行评定试验。焊缝厚度超过20mm时应先进行预热，在焊接后做好保温措施，避免出现焊接裂缝。如果出现焊缝质量缺陷，需要先采用碳刨清除后，重新焊接。为控制焊接变形，可采用双人双机对称焊接方式，并控制好焊接电流和焊接速度的同步性。

结束语

综上所述，通过对异型树杈屋面的承重钢结构施工特点和具体工法内容进行分析，可以为相关工程提供参考。通过在施工过程中科学进行受力分析计算，采用BIM技术进行模拟施工，并在施工过程中做好技术质量控制工作，可以确保树杈钢结构能够满足承载力需求，并达到外观设计标准。

参考文献：

[1]郁政华.有限元分析在异型竖向承重钢网架中的应用[J].建筑施工,2013,35(01):83-84.

[2]王刚,李宪者,张荣山.轻型房屋屋面承重钢结构优化设计[J].钢结构,2011,26(12):45-49.