《金属拱形波纹屋顶设计制作与安装技术》朱黎心

论文标题：银河金属拱形波纹屋顶设计、制作与安装技术

作者：朱黎心 

我国网架、网壳等空间钢结构的推广应用，不论是工程数量还是覆盖建筑总面积，在国际上都是名列前茅的。但是这些结构往往有其不足之处。首先结构本身制作、安装复杂，结构施工工期长。其次这些结构的屋面防水、屋面圈护结构的自重，都是制约工程总造价的因素。虽然理论上这类空间结构用钢量小，自重轻，但是有时上述问题解决不好，工程总体经济效益也不太理想。

拱型结构以其全截面均匀受力使材料的潜能得以充分发挥。从而节约材料，实现结构可靠性与经济性的较好统一。就房屋结构而言砌块拱屋顶、钢筋混凝土拱壳及各种材质的拱网壳等拱型结构已广为建筑师和结构师们所熟悉和接受。50年代，国际上一些结构师们从自然界植物表皮纹理的结构造型中受到启发，研副出一种新型屋顶结构即金属拱型波纹屋顶。这种结构造价低廉，施工速度快，使用效果良好，因而吸引了越来越多的研究者，特别是计算机数控的引入，更使这种结构的设计、制作简便行。但这种结构的科研及成型机组的研制、生产仅限于西方的几家公司。这对于金属屋顶的发展及进一步推广是极为不利的。

为填补我国的这项空白，北京市金属屋顶成型技术研究所与天津大学土木系空间结构研究室联合，研制出了我们自己的金属拱形波纹屋顶（这里称屋顶），并开发出与之配套的成型机组。日前，该屋顶的设计、制作与安装技术已通过鉴定。

屋顶是由彩色镀锌钢板通过金属屋顶成型机连续冷模辊压成直型槽板和带有横向波纹的拱型槽板，然后用自动封边机将若干这样的槽板连接成整体，并吊至屋顶图梁安装就位而形成的。金属屋顶成型机组是制作屋顶的专用机具。由金属屋顶成型机和自动封边机组成。该屋顶一改传统板架（屋面板和屋架)屋顶的结构形式，集受力、圈功能于一身，最大限度地利用材料，实现了结构安全性与经济性的统一。金属屋顶成型机共分三种机型，分别称为MMR-118型、MMR-178型、MMR一238型成型机。MMR-118机型可将0.6~1.2mm厚、605mm宽彩色镀锌钢板卷材辊压成横截面如图。

  (a)所示的拱型槽板；MMR-178型机型可将0.8~1.35mm厚、905mm宽彩色镀锌钢板卷材辊压成如图

（b)所示拱型槽板：MMR-238型机型可将0.8~1.35mm厚、905mm宽彩色镀锌钢板卷材辊压成如图1

（c）所示拱型槽板。金属屋顶成型机采用液压传动，最大外形尺寸：2.4×7.8×1.3m，自重10.6t，可车载至任意施工现场生产。自动封边机是连接两相邻槽板的专用机械，其自重仅35kg，结构轻巧，可将若干槽板封边快速连成整体，且不透风、不漏水。

屋顶的保温可通过室内顶喷聚氨脂或粘敷复合硅酸盐实现。采用不同厚度的聚氨脂或复合硅酸盐可满足不同的保温要求。屋顶由于自重小（12~26kg/m*)，整个屋面的荷载水平较低，所以它对下部结构要求不高，另外屋顶与下部结构的连接也不复杂，下部结构（柱、门窗等）可按规范模数布置，只要柱顶圈梁设预埋件或预留槽口，屋顶便可通过预埋件或预爵槽口与下部结构连接。

由于屋顶是用魔顶成型机现场制作拱板并经品车或塔吊装至屋顶围梁安装就位而成的，所以只要品装设备许可，就可用作于任意建筑的屋遵结构。其主要适用范围为：场、停车场。

3.礼堂、体育馆、休养所、餐厅、教室、办公室；

4.飞机库、军营、指挥所、临时房屋。

作为一种新型的空间结构，屋顶以其独特的优点为我国空间结构领城增添了一道风景。

这种结构集受力骨架与建筑围护两种功能于一体，采用机械化菌工手段，这使其在与众多的空间结构竞争中，显示出极强的生命力。其主要特点为：

1.建筑构造与结构承重合为一体。

该体系为柱面拱壳，具有自承重、自然防水的功能。若采用喷涂保温，便不再震辅助构造，因此可称为“二合…”或“三合一”的屋盖。

2.生产效率高，建造周期短。

金属屋顶成型机及自动封边机全部为自动化的篇工设备，一台机组日产800m*拱型板，施工速度快、建造周期短。

3.材料省、自重轻、造价低。

跨度为8~42m的金属波纹屋顶，采用0.6~1.35mm厚的镀锌钢板，无需其它的承重构件及建筑构造，自重轻、用料省，因此造价低于同等跨度的其它屋顶结构形式。

4.质量优、性能好。

镀锌钢板轻质高强、耐腐蚀、屋盖采用机械封边连接，气密及防水性能可靠，可现场喷、粘保温材料，满足各种保温要求。另外结构弹性大，整体性、抗震性好。

5.造型优美、构造简单。

圆弧拱充建筑即能表现出静态美，又有如同蛇形筒状的动态美感，在千姿百态的建筑群中具有独特的风格，室内光洁、空间开阔，可任意满足建筑净空要求，也可随意平面分隔、装饰，不受结构限制，使用极其方便。支座构造筒单，避免了如网架、网壳等结构繁多的节点连接。

6.灵活机动、灵活、实用性强。

金属屋顶成型机为车载机组，自带动力，主要材料及配件可随设备直接运往城乡建筑现场，既适用于永久性建筑的施工，也适用于未三通一平的临时性建筑的篇工。

7.计算简捷，工作可靠。

屋顶是典型的三维空间结构，合理的曲面可使结构受力均匀、刷度大、稳定性好。虽然世界一些国家，如美国、韩国等早已对这种结构进行了成型机组的研创、生产，并应用于军事设施（战斗机库、营房等），但迄今为止，国内外均没有对这种结构进行过系统的、成熟的理论和试验研究，更没有统一的设计、施工标准。为填补这项空白，本课题对此进行深入细致的理论分析和试验研究..将壳体结构繁琐的力学分析消化吸收，使得结构设计计算可靠、简捷。从屋顶的特点不难看出，这种绪构蕴含有巨大经济效益，屋顶用钢量最小仅|12kg/㎡，最大也不超过26kg/㎡,且屋顶不需要另外的防水、防腐措施，这使得屋顶部分的造价远低于翻混、门式刚架、网架等结构。

车载屋顶成型机组可拉至任意施工现场，工程进出场费用较传统结构的施工低，机械化的施工手段，节约人力、大大缩短工期，这同样会带来很大的经济效益。屋顶结构本身净空大，一般情况下可利用屋顶本身的净空，从而降低下部结构的高度，另外屋顶自重小，对下部结构的反力也小，因此采用屋顶的下部结构用料也省，这些都会带来直接的经济效益。以北京地区为例，北京市高等教育出版社书库（在大兴县庞各庄），其地载力16t/㎡，用传统的混凝土基础、柱、梁、屋盖结构，造价达1350元/㎡，采用屋顶后，工程全部造价仅760元/㎡。从这个工程实例也不难发现屋顶结构的经济效益是非常明显的。

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