寺庙金顶型面钢支架制作方法

寺庙金顶型面钢支架制作方法

皇玉林

中交基础设施养护集团有限公司

摘要:武汉市江夏区莲华寺庙的金顶工程是重点的佛教工程，金顶工程的铜板型面钢支架制作通过卡槽方式进行连接，取得成功应用；铜板型面钢支架制作的主要工序为：计算机放样、设计型面骨架结构、切割型面板条、拼装、焊接、油漆，此方法具有与雕塑外轮廓贴合完美、效率高、质量稳定、尺寸精度高、成本低等优点，具有较高的推广价值。

关键词:金顶    型面钢支架   卡槽

1、前言

金顶工程是武汉市江夏层莲华寺庙的重点佛教工程，是一个复杂的系统工程，集结构设计、艺术、材料成形、测量、焊接及涂装等为一体。

金顶工程在技术、质量、安全、工期等方面均给施工造成较大难度，鉴于上述情况，公司研究铜板型面钢支架采用卡槽方式的连接施工方法，在武汉莲花寺金顶装饰工程中取得成功应用，获得了良好的经济和社会效益。

2、金顶制造的结构特点

2. 1金顶高度高、直径大、数量多、重量重，具有批量制造的特点；

小金顶总高约15米、数量8个，大金顶总高约21米、数量1个。

2.2金顶结构复杂：内为主钢结构、型面钢结构，外为蒙皮铜板；

2.3金顶外形曲面复杂，随着高度的升高半径曲率随之变大。

3、金顶铜板型面钢支架制作方案

我们采用先进的扫描和计算机建模放样技术进行制作，确保铜板型面钢支架外侧面1:1贴合模型，整体结构安全可靠。

3.1型面钢支架主要采用卡槽方式的连接方法，解决了铜板型面钢支架成形技术质量问题；

3.2铜板型面钢支架成形后用手工电焊进行焊接。

3.3铜板型面钢支架焊接成形后涂刷油漆，避免型面钢支架的腐蚀造成的安全风险，批量制作缩短制造工期；

4、金顶铜板型面钢支架制作工艺原理

4. 1金顶曲面采用扫描和计算机建模、放样制作，确保最终产品艺术形象完全忠实于缩比模型，以及结构安全可靠。

4. 2金顶按曲面结构进行分层和分块。

4. 3金顶腰部以上采用纵向板条与水平板条通过卡槽连接。

4. 4金顶腰部以下采用水平板条与成型方管通过卡槽连接。

4.5金顶曲面按图纸将板条骨架整圈拼装成型面钢支架。

5、金顶铜板型面钢支架施工工艺流程及制作方法

5.1金顶铜板型面钢支架施工工艺流程

金顶工程金顶型面钢支架的工艺流程图如下：

     计算机扫描、建模、放样→型面分层分块→型面钢骨架设计制作→切割型面板条→拼装成形→焊接→油漆→铜板型面钢支架

5.2金顶铜板型面钢支架制作方法

5.2.1．型面钢支架计算机处理要点

采用激光扫描仪对等比缩小模型进行扫描， 对扫描后的数据采用三维软件放大并进行光顺等优化处理，得到1:1模型的曲面数据，1:1模型确认后在计算机内对型面钢支架进行结构设计、分层和截面设计。

5.2.2. 型面钢支架制作材料

金顶工程的型面钢支架是由板条和方管制作而成。

水平板条材质为Q235热轧薄钢板，厚度10mm,  其宽度根据放样取40mm、80mm、100mm、110mm、140mm等规格。

纵向板条材质为Q235热轧薄钢板，厚度10mm,  其宽度根据放样取75mm、80mm等规格。

方管为Q235渡锌方管，尺寸为40 mm×40 mm×1.5 mm、50 mm×50 mm×3 mm等规格.

金顶工程的型面板条和方管具有良好的塑性和较低的变形抗力，即具有良好的成形性能。激光切割成形后再进行焊接，焊接成形后再进行表面打磨和涂漆。

5.2.2.1 型面钢支架进行结构设计 

    根据计算机放样输出的型面曲线及设计图纸的要求，按照1：1型面曲线的形状进行型面板条的切割，确保型面板条的外部轮廓与1:1型面曲线相同。型面板条切割完成后进行整体围圈组装，具体层高根据金顶艺术形象的实际情况，尽可能的保证金顶艺术形象的完整。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

根据金顶工程的实际情况，采用预制结合现场组装的方法，对金顶结构断面进行分层，共分43层，每层再分成若干小块［1］。

型面钢支架分块是指金顶结构断面的分层再分块，根据金顶表面圆直径大小又分成若干小块。其分块原则为：保证金顶型面的光滑，减少板材用量，减少焊接工作量。

金顶内部型面钢支架分层主视图、附视图中的HGT1～9层，每层又分12块，每块纵向板条SGT-1共4件；图中的HGT10～26层，每层又分4块，每块纵向板条SGT-2共3件，图中的HGT26～43层，每层又分3块，每块纵向板条SGT-3共2件，然后整圈组拼成型面钢支架。

图1  金顶内部型面钢支架分层主视图

俯视图一

俯视图二              俯视图三

图2  金顶内部型面钢支架分层俯视图

5.2.2.2型面板条成形原则

根据设备情况，将设计完成的型面板条模型重新分块、排版，采用激光机切割机切割。

型面板条采用激光切割的成形方法，应遵循以下原则：

型面板条的成形应完全忠实于模型型面的轮廓，表面光滑、圆弧线条流畅，不得有缺陷。

5.2.2.3型面方管成形原则

方管成形型面板条分块后采用机器折弯的方法成形，其成形应遵循以下原则：

方管的成形应完全忠实于模型型面的轮廓，表面光滑、线条流畅，不得有皱褶缺陷。

5.2.3型面钢结构的连接形式

根据图纸尺寸制作支撑杆件，将型面板条按设计图纸拼装连接。

型面钢结构的连接形式主要有两种：纵向板条与水平板条通过卡槽连接；

纵向方管和水平板条通过卡槽连接。

              纵向、水平板条       纵向、水平板条拼配

1、纵向板条   2、纵向卡槽   3、水平板条 4、水平卡槽

图3   纵向、水平板条拼装示意图

水平板条和纵向方管        纵向方管、水平板条拼配

 1、水平板条   2、水平卡槽   3、纵向方管  

图4    纵向方管、水平板条拼装示意图

根据总体设计方案，型面板条与型面板条进行连接，连接如下：

将型面成形后的板条与板条通过卡槽装配好，将型面成形后的板条与方管通过卡槽装配好。

5.2.5、型面钢结构焊接

型面钢支架拼装后，拼接点进行焊接固定，制成完整的型面骨架。

金顶工程型面钢结构材质为Q235热轧薄钢板和Q235渡锌方管，焊接采用手工电焊(SMAW焊)，焊材选用与母体材料相同的焊条，碳钢焊条可选用E4315系列焊条。

由于钢板壁厚为10mm，方管壁厚为1.5～3mm,  不开焊接坡口，直接对接焊接。

钢结构的焊接采用自下而上分层焊接，主要是对拼接卡槽处进行焊接固定。

进行焊接固定时应保证该板条与板条，板条与方管面圆滑、线条流畅，不变形。

5.2.7型面钢结构涂漆

金顶工程所处环境为高温、高紫外线照射，对于金顶表面涂装有着极高的要求，钢结构外表面采用专用的涂料进行着色表面处理。

     涂漆前钢材表面除锈应符合设计要求和国家现行有关标准的规定。处理后，钢材表面不应有焊渣、焊疤、油污、水和毛刺等。还应检查死角灰尘，凹槽毛刺是否处理干净。

     涂漆时不应误涂、漏涂，涂层不应脱皮和返锈等，涂层应均匀，无明显皱皮、流坠、针眼和气泡等。

涂装前表面质量需检验合格。涂漆现场通风良好，温度在5℃-35℃之间，相对湿度在85%以下，遇到雨、雪、雾天均不可施工。涂料没有完全干燥前不允许触摸蒙皮表面。

6、效益分析

型面钢支架采用卡槽方式的连接施工方法与传统的拼接、搭接、直接焊接的方法相比，制作的型面骨架能完全贴合雕塑外轮廓，质量稳定、尺寸精度高、效率高和成本低等特点，可以批量化加工制作。

型面钢结构卡槽成形方法提供了新的施工技术，具有较强的推广价值；在具体实施中，促进了当地的经济发展，增加地区的实力，取得了良好的经济和社会效益。

7、结论

金顶型面钢结构卡槽连接方法在武汉莲花寺金顶取得了成功的应用，该方法既保证了型面骨架完全贴合雕塑的质量又提高了工作效率，同时也降低了制造成本。

参考文献

［1］、陈浩 主编  建筑钢结构施工技术与质量控制的措施分析［J］ 建材与装修2018（03）：57

附：型面钢骨架照片

1