无梁拱形屋顶设计制作与安装技术

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、屋面围护结构的自重，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无梁拱、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，研制出一种新型无梁拱结构即金属拱型波纹无梁拱。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、制作简便易行。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。这对于金属无梁拱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，北京市杰达金属无梁拱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无梁拱（这里称杰达无梁拱），并开发出与之配套的成型机组。日前，该无梁拱的设计、制作与安装技术已通过鉴定。

杰达无梁拱是由彩色镀锌钢板通过杰达金属无梁拱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，然后用杰达自动封边机将若干这样的槽板连接成整体，并吊至无梁拱圈梁安装就位而形成的。杰达金属无梁拱成型机组是制作杰达无梁拱的专用机具，由杰达金属无梁拱成型机和杰达自动封边机组成。该无梁拱一改传统板架（屋面板和屋架）无梁拱的结构形式，集受力、围护功能于一身，最大限度地利用材料，实现了结构安全性与经济性的统一。

杰达金属无梁拱成型机共分三种机型，分别称为MMR-118型、MMR-178型、MMR--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1(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

1（b）所示拱型槽板；MMR一238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。杰达金属无梁拱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。杰达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。

杰达无梁拱的保温可通过室内顶喷聚氨脂或粘敷复合硅酸盐实现。采用不同厚度的案氨脂或复合硅酸盐可满足不同的保温要求。杰达无梁拱由于自重小（12～26kg/m2)，整个屋面的荷载水平较低，所以它对下部结构要求不高，另外杰达无梁拱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，杰达无梁拱便可通过预埋件或预留槽口与下部结构连接。

由于杰达无梁拱是用杰达无梁拱成型机现场制作拱板并经吊车或塔吊吊装至无梁拱圈梁安装就位而成的，所以只要吊装设备许可，就可用作于任意建筑的屋盖结构。其主要适用范围为：

1.工业厂房、仓库、车库、冷库。

2.展览厅、商场、集贸市场、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，杰达魔顶以其独特的优点为我国空间结构领域增添了一道风景。这种结构集受力骨架与建筑围护两种功能于一体，采用机械化施工手段，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，便不再需辅助构造，因此可称为“二合一”或“三合一”的屋盖。

2.生产效率高，建造周期短。杰达金属无梁拱成型机及自动封边机全部为自动化的施工设备，一台机组日产800m2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的杰达金属波纹无梁拱，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无梁拱结构形式。

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。圆弧拱壳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。支座构造简单，避免了如网架、网壳等结构繁多的节点连接。

6.施工机动、灵活、实用性强。杰达金属无梁拱成型机为车载机组，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施工。

7.计算简捷，工作可靠。杰达无梁拱是典型的三维空间结构，合理的曲面可使结构受力均匀、刚度大、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制、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。

从杰达无梁拱的特点不难看出，这种结构蕴含有巨大经济效益，杰达无梁拱用钢量最小仅12kg/m2，最大也不超过26kg/m2，且无梁拱不需要另外的防水、防腐措施，这使得无梁拱部分的造价远低于钢混、门式刚架、网架等结构。车载杰达无梁拱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。无梁拱结构本身净空大，一般情况下可利用无梁拱本身的净空，从而降低下部结构的高度，另外无梁拱自重小，对下部结构的反力也小，因此采用杰达无梁拱的下部结构用料也省，这些都会带来直接的经济效益。

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