一种大佛宝盖及其制作方法

摘要

本发明公开了一种大佛宝盖及其制作方法，大佛宝盖包括两个柱脚和钢结构三曲拱架，所述钢结构三曲拱架从前至后依次包括前主拱架、中拱架和后主拱架，所述前主拱架和后主拱架均为双曲拱架，所述中拱架包括5榀竖向双曲次拱架，相邻两拱架之间连接有三向斜腹杆，每个拱架的两端分别与两个柱脚连接。该宝盖的制作方法是通过科学配置资源、工厂制作杆件分段、合理安排构件进场、现场分区轮次拼装、采用塔吊分块和高空嵌补散吊相互配套的安装方案，采用先进的施工技术和工艺措施，完善的安全质量管理体系。本方法能有效解决施工进度、质量、安全等问题，能定位精确，降低现场拼装时的风险，而且能缩短工期。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢结构及其制作方法，具体说是一种大佛宝盖及其制作方法。

背景技术

东林寺大佛坐落于江西省九江市星子县温泉镇的一个海拨标高222.9m的山头上， 东林大佛工程以纯宗教理念进行建设，整个工程分为大佛朝礼区、弘法修学区、慈善安 养区、隐逸文化区，建成一个集信仰、弘法、教育、修行、慈善、安养、佛教交流为一 体的东林净土文化苑，是一个集信仰、弘法、修行、教育、安养、慈善、佛教交流为一 体的多功能佛教场所，东林大佛工程的建设将为人类提供一个精神回归的家园，是一件 利益千秋泽被万世的利生工程。大佛净高为48m，佛顶标高为+59.55m，下部坐落在标高 为+11.55m的莲花宝座上。大佛工程位于庐山山脉的余脉位置，大佛及其佛台和宝盖坐 落在高6.5m的底座和平台上，平台本身又坐落在一个海拔标高222.9m的山头上。

如果采用传统的拼装工艺繁琐，而且大佛地处山上，施工场地十分狭小，在现场拼 装时定位精确度很难保证，焊接工作量大、测量精度要求高、施工难度大，所以如果按 照传统的拼装工艺远远不能满足工程周期的要求，使得施工进度、质量、安全等方面得 不到保障。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构合理、安全 性高的大佛宝盖。

本发明的另一目的在于提供一种安装方便、定位精确、能缩短安装工期的大佛宝盖 的制作方法。

技术方案：为实现上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种大佛宝盖，包括 两个柱脚和钢结构三曲拱架，所述钢结构三曲拱架从前至后依次包括前主拱架、中拱架 和后主拱架，所述前主拱架和后主拱架均为双曲拱架，所述中拱架包括5榀竖向双曲次 拱架，相邻两拱架之间安装有三向斜腹杆，每个拱架的两端分别与两个柱脚连接。

所述前主拱架为三角形双曲拱架。所述后主拱架为三角形双曲拱架。

所述次拱架包括内肢和外肢，在内肢与外肢之间每隔2M设置有水平连杆、斜撑杆， 相邻两次拱架之间的下部间距小于上部间距并形成横向拱形。

为了解决上述另一目的，本发明所采用的技术方案为：上述大佛宝盖的制作方法， 该方法包括如下步骤：

1)划分吊装分段：

11)沿宝盖钢结构三曲拱架高度方向划分为20个大分段，大分段一与大分段十一 对称设置，大分段二与大分段十二对称设置，依此类推，直至大分段九与大分段十一对 称设置；大分段十与大分段二十连接并形成三角锥状；

12)沿宝盖钢结构三曲拱架高度方向划分后，各大分段分别沿拱架侧向再次划分成 各个小分段，通过精确计算，将各个大分段中的前、后主拱架分别与相邻的一榀次拱架 划分为一个小分段，将中部的三榀次拱架划分为另一个小分段，各小分段连接处的杆件 设为高空嵌补，由现场散装；沿拱架侧向划分后共有60个小分段；

2)预拼装分区的划分：将整个三维钢结构划分为五个预拼装区域；

3)吊装分段及预拼装分区确定后进行工厂加工分段的划分，然后将按照步骤12) 中划分的各小分段按节点形式进行单独加工制作，同时将各拱架相互连接的节点制作出 来，各榀拱架分段间的连杆直接作为现场拼装的嵌补段；

4)主拱架分段加工：

41)制作拼装胎架：根据主拱架小分段的实际投影尺寸在地面上划出弦杆及牛腿的 中心线、外形轮廓线，然后根据相应位置的标高进行设置胎架模板，模板设置后保持水 平；

42)弦杆及腹杆的定位：将加工合格的弦杆分别吊上组装胎架进行定位，定位时定 对地面基准线，同时控制端口的尺寸，然后依次安装弦杆间的腹杆，安装时注意相贯线 切口以及各腹杆间的先后顺序，焊接时采用分中、对称施焊的原则进行施焊；

43)牛腿的装焊：主拱架分段主体装焊合格后，重新定位，进行牛腿的装焊；

5)次拱架分段加工：

51)制作拼装胎架：根据次拱架分段的实际投影尺寸在地面上划出弦杆及牛腿的中 心线、外形轮廓线，然后根据相应位置的标高进行设置胎架模板，模板设置后保持水平；

52)弦杆及腹杆的定位：将加工合格的弦杆分别吊上组装胎架进行定位，定位时定 对地面基准线，同时控制端口的尺寸，然后依次安装弦杆间的腹杆，安装时注意相贯线 切口以及各腹杆间的先后顺序，焊接时采用分中、对称施焊的原则进行施焊；

53)牛腿的装焊：次拱架分段主体装焊合格后，重新定位，进行牛腿的装焊；

6)现场预拼装：

61)拼装胎架的制作：进行地面线型的划线以及模板的设置，胎架模板的水平度必 须严格控制在1mm以内；

62)将各分段中各构件吊上组装胎架进行定位；

63)各分段的焊接：整个区段各分段及嵌补安装，经验收合格后进行整体焊接；

64)预拼装：首先对各大分段吊上组装胎架进行定位，并通过预拼装检验单根构件 的制作精度，同时进行修整；

7)现场安装：将宝盖钢结构共分为60个吊装小分段，每个分段设置四个吊点，吊 点设置在拱架节点上；在吊装定位时在分段和临时支撑之间采用Φ180*10的钢管支撑临 时定位，吊装分段和临时支撑之间采用销轴节点连接；安装时，由底部向上两侧同时进 行，即完成大佛宝盖的制作。

步骤43)中，钢管牛腿定位时采用全站仪进行精确定位，定位后在组装胎架上进行 焊接。

步骤7)中，安装的顺序为：先安装柱脚，然后同时安装大分段一与大分段十一、 再通时安装大分段二与大分段十二，依此类推，最后安装大分段十与大分段二十。

步骤7)中，各个大分段中的小分段1～3以及嵌补构件分别依次进行，具体步骤如 下：

71)标高6.55m以下柱脚的安装：安装前对土建进行精确测量定位，安装后采用临 时支撑及缆风绳进行固定，混凝土浇注前保证预埋段的位置不变；

72)大分段一、大分段十一的安装：安装前进行临时支撑的搭设，而后依次吊上各 大分段的1-3小分段以及其间的嵌补构件；

73)大分段二、大分段十二的安装：安装时保证与下部分段间对接接口的吻合度， 同时控制上部端口的尺寸，待三个小分段分别就位合格后，进行其间嵌补构件以及与下 部分段间嵌补构件的安装；

74)大分段三至大分段二十的安装：采用步骤73)的方法依次进行其余分段的安装。

有益效果：与现有技术相比，本发明的大佛宝盖完全符合设计要求，结构合理、安 全性高；由于大佛宝盖地处山上，而且宝盖钢结构分段数量多、焊接工作量大、测量精 度要求高、安装场地狭小、施工难度大，采用本发明所述的制作方法，能定位精确，降 低现场拼装时的风险，而且能缩短工期。在本发明所述的制作方法中，通过科学配置资 源、工厂制作杆件分段、合理安排构件进场、现场分区轮次拼装、采用塔吊分块和高空 嵌补散吊相互配套的安装方案，采用先进的施工技术和工艺措施，完善的安全质量管理 体系，能有效地解决施工进度、质量、安全等问题，从而能确保工程的进度。

附图说明

图1为本发明大佛宝盖的结构示意图；

图2为本发明大佛宝盖中柱脚与前主拱架连接的结构示意图；

图3为本发明大佛宝盖中柱脚与中拱架连接的结构示意图；

图4为本发明大佛宝盖中柱脚与后主拱架连接的结构示意图；

图5为次拱架的局部结构示意图；

图6为前主拱架的局部结构示意图；

图7为宝盖环向分段划分局部区域轴测图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图7所示，一种大佛宝盖，大佛外部宝盖净高80m，顶部标高为+86.55m； 宝盖包括两个柱脚1和钢结构三曲拱架，钢结构三曲拱架从前至后依次包括前主拱架2、 中拱架3和后主拱架4，前主拱架2和后主拱架4均为双曲拱架，中拱架3包括5榀竖 向双曲次拱架，横向间距约2m均匀布置连杆，连杆共81榀，相邻两拱架之间安装有三 向斜腹杆，每个拱架的两端分别与两个柱脚连接，每个主拱架内外层间距约1.6m，并在 每个主拱架的内外层面内布置斜向系杆，底部布置较密，至上部逐步稀疏，

前主拱架2包括3根弦杆21，在两两弦杆之间连接有斜腹杆22，其中一根弦杆是 由25根Φ650钢管和16根Φ510钢管焊接而成，另一根弦杆是由25根Φ500钢管和12 根Φ351钢管焊接而成，第三根弦杆是由30根Φ500钢管和14根Φ351钢管焊接而成， 前主拱架2是由3根弦杆和相应的斜腹杆组合形成为三角形双曲拱架。

后主拱架4也包括3根弦杆，在两两弦杆之间连接有斜腹杆，其中一根弦杆是由30 根Φ600钢管和16根Φ450钢管焊接而成，另外两根弦杆中的每根均由25根Φ500钢管 和14根Φ351钢管焊接而成，后主拱架4是由3根弦杆和相应的斜腹杆组合形成为三角 形双曲拱架。

5榀竖向双曲次拱架设置在前主拱架2、后主拱架4之间并沿竖向主要受力方向布 置，每榀次拱架3为双肢拱架，即包括内肢31和外肢32，内肢是由32根Φ492钢管和 12根Φ273钢管焊接而成，外肢是由16根Φ273钢管和12根Φ219钢管焊接而成，次 拱架之间的间距依据模型要求，由下而上逐渐加大和高低变化，形成为横向拱形，在竖 向次拱架的内外肢上，每隔约2m以水平连杆、斜撑杆33将次拱架连为一体，形成横向 拱架。

上述大佛宝盖的制作方法，该方法包括如下步骤：

1)划分吊装分段：

11)根据宝盖钢结构的特点，结合现场的施工环境、吊装工况等综合考虑，沿宝盖 钢结构三曲拱架高度方向划分为20个大分段，大分段一与大分段十一对称设置，大分 段二与大分段十二对称设置，依此类推，直至大分段九与大分段十一对称设置；大分段 十与大分段二十连接并形成三角锥状；

12)沿宝盖钢结构三曲拱架高度方向划分后，各大分段分别沿拱架侧向再次划分成 各个小分段，通过精确计算，将各个大分段中的前、后主拱架分别与相邻的一榀次拱架 划分为一个小分段，将中部的三榀次拱架划分为另一个小分段，各小分段连接处的杆件 设为高空嵌补，由现场散装；沿拱架侧向划分后共有60个小分段；由于建模时是按1∶ 1的比例进行，由于有了正确的模型，重量的计算就变得简单，只要把想算的部分选中 然后查看体积是多少，体积*钢的密度(7.85吨/立方米)就得出重量了，分段划分时根 据分段重量是否满足现场安装要求再做相应调整。

2)预拼装分区的划分：将整个三维钢结构划分为五个预拼装区域；由于宝盖钢结 构呈空间三维结构，且安装精度要求非常高，为了保证构件安装时所有对接口的空间位 置，将整个宝盖钢结构划分为五个预拼装区域，通过预拼装这一环节检验单根构件的制 作精度，同时也可对超差构件进行修整，使其符合现场拼装、安装的精度要求，确保现 场吊装工序的正常运转和现场安装质量达到规范、设计要求。

3)吊装分段及预拼装分区确定后进行工厂加工分段的划分，然后将按照步骤12) 中划分的各小分段按节点形式进行单独加工制作，同时将各拱架相互连接的节点制作出 来，各榀拱架分段间的连杆直接作为现场拼装的嵌补段，这样现场定位以及施焊均可一 次成形，不需采用分步装焊的方法进行制作，同时由于工厂施工环境较好，可大批量展 开，加上各节点均已预先装焊合格，现场拼装的胎架以及定位尺寸等在最大程度上实现 了简化，拼装的周期可大大缩短。

4)主拱架分段加工，即在工厂单独制作每个小分段中的前拱架分段构件和后拱架 分段构件，具体如下：

41)制作拼装胎架：根据主拱架小分段的实际投影尺寸在地面上划出弦杆及牛腿的 中心线、外形轮廓线，然后根据相应位置的标高进行设置胎架模板，模板设置后保持水 平；

42)弦杆及腹杆的定位：将加工合格的弦杆分别吊上组装胎架进行定位，定位时定 对地面基准线，同时控制端口的尺寸，然后依次安装弦杆间的腹杆，安装时注意相贯线 切口以及各腹杆间的先后顺序，焊接时采用分中、对称施焊的原则进行施焊，以减小焊 接变形；由于弦杆为弯曲钢管，我们是采用直钢管冷压加工成形，可以用拱高和弦长的 公差要求来确定其合格与否，如拱高偏差小于3mm，弦长正负2mm；

43)牛腿的装焊：主拱架分段构件主体装焊合格后，重新定位，进行牛腿的装焊； 钢管牛腿定位时采用全站仪进行精确定位，定位后在组装胎架上进行焊接。

5)次拱架分段加工，即在工厂单独制作每个小分段中次拱架构件，具体如下：

51)制作拼装胎架：根据次拱架分段的实际投影尺寸在地面上划出弦杆及牛腿的中 心线、外形轮廓线，然后根据相应位置的标高进行设置胎架模板，模板设置后保持水平；

52)弦杆及腹杆的定位：将加工合格的弦杆分别吊上组装胎架进行定位，定位时定 对地面基准线，同时控制端口的尺寸，然后依次安装弦杆间的腹杆，安装时注意相贯线 切口以及各腹杆间的先后顺序，焊接时采用分中、对称施焊的原则进行施焊；

53)牛腿的装焊：次拱架分段构件主体装焊合格后，重新定位，进行牛腿的装焊； 钢管牛腿定位时采用全站仪进行精确定位，定位后在组装胎架上进行焊接。

6)现场预拼装：根据上述所划分的五个预拼装区域，采用实体预拼装的方法分别 一一进行拼装，拼装前将各拼装区段分别从正确的模型中取出来，而后根据结构特点选 择基准平面，尽可能使拼装区段放置平稳，胎架高度较低，定位方便为原则，拼装后各 个区域均能直观反映出自身拼装质量情况，而两区域连接处则不能直观反映，为了减小 实体循环预拼装的工作量，各区域连接处采用电脑模拟拼装的方法进行检验，具体步骤 如下：

61)拼装胎架的制作：根据拼装胎架工艺图进行地面线型的划线以及模板的设置， 胎架模板的水平度必须严格控制在1mm以内；由于宝盖外形尺寸较大，且重量较重，故 预拼装胎架必须在重型平台上进行预拼，以防止胎架发生沉降变形。由于预拼装胎架是 保证构件预拼装精度的首要条件，因此拼装胎架必须有一定的承载力，并且必须保证胎 架设置的正确性；拼装胎架工艺图根据模型取出拼装的分段，然后建立坐标导出各控制 点的坐标，提供给工人进行接装的；

62)将各分段中各构件吊上组装胎架进行定位；

63)各分段的焊接：整个区段各分段及嵌补安装，经验收合格后进行整体焊接；焊 接时直接在组装胎架上进行便于施焊部位的焊缝，反面难以施焊的区域则将分段翻身后 进行焊接，施焊过程中严格执行分中、对称、的焊接原则，并采用较小的线能量，控制 焊接的变形；

64)预拼装：首先对各大分段吊上组装胎架进行定位，并通过预拼装检验单根构件 的制作精度，同时进行修整；

现场预拼装工序中，为了确保吊装的顺利进行以及安装精度，在分段接口处分别划 出各分段间的对合标记，这样在高空定位时，既可以根据控制点坐标进行定位，同时也 可根据对合标记进行验证；在拼装过程中严格执行自检、互检、专检的三检制度，测量、 验收时采用地样法和全站仪同时进行，以确保拼装的整体质量；

现场预拼装的目的是再次检测工厂所加工的各构件其精度是否满足安装要求，单个 构件加工后已进行完整性验收，但这仅限于自身的精度，预拼装时能检测出各构件相互 连接后的精度。这个工程整体划分为20个大分段，由于各个大分段重量较大，现场的 吊装机械无法吊装，因此，又将各个大分段分别划分为三个小分段，共计60个小分段；

通常像这样的管桁架结构，单个吊装分段间是不需制作节点，直接将腹杆与主管进 行焊接即可，而单个吊装分段在工厂制作后，运输无法进行，超宽或超长，只能在现场 进行制作，而现场制作的条件(包括机械、设备、场地、人员等都不能和工厂相比)但 为了现场安装时的便利以及精度要求，所以工厂进行了构件节点的制作；

这种管桁架结构，由于刚性差，运输过程中容易变形，即使工厂加工合格的构件， 运至现场后很可能出现变形而影响安装，因此，现场的预拼装情况才能真正反映出构件 质量的真实情况，由于节点均已制作出来，现场只能将各个构件的端部安装到位，其间 的连接杆件只需直接安放上去即可，而后将各个吊装分段间的连接杆件进行焊接，就成 了吊装的小分段，分段与分段之间的则进行高空安装时进行焊接，从而形成大分段。

7)现场安装：将宝盖钢结构共分为60个吊装小分段，采用M50/75塔吊进行吊装， 每个分段设置四个吊点，吊点设置在拱架节点上；在吊装定位时在分段和临时支撑之间 采用Φ180*10的钢管支撑临时定位，吊装分段和临时支撑之间采用销轴节点连接；安装 时，由底部向上两侧同时进行，按照下面的安装顺序即完成大佛宝盖的制作，

现场安装的顺序为：先安装柱脚，然后同时安装大分段一与大分段十一、再通时安 装大分段二与大分段十二，依此类推，最后安装大分段十与大分段二十；

各个大分段中的小分段1～3以及嵌补构件分别依次进行，具体步骤如下：

71)标高6.55m以下柱脚的安装：安装前对土建进行精确测量定位，安装后采用临 时支撑及缆风绳进行固定，混凝土浇注前保证预埋段的位置不变；

72)大分段一、大分段十一的安装：安装前进行临时支撑的搭设，而后依次吊上各 大分段的1-3小分段以及其间的嵌补构件；

73)大分段二、大分段十二的安装：安装时保证与下部分段间对接接口的吻合度， 同时控制上部端口的尺寸，待三个小分段分别就位合格后，进行其间嵌补构件以及与下 部分段间嵌补构件的安装；

74)大分段三至大分段二十的安装：采用步骤73)的方法依次进行其余分段的安装。

在现场安装过程中，各构件吊装就位控制措施如下：根据主体结构杆件的吊装分段 尺寸，划出支承架的十字线，将预先制作好的支承架吊上支架基础，定对十字线；把十 字线驳上支承架的顶端面和侧面，敲上洋冲，并加以明显标记；用全站仪检测支承架顶 标高是否控制在预定标高之内；主体结构杆件的吊装定位全部采用全站仪进行精确定 位，通过平面控制网和高层控制网进行座标的转换，在吊装过程中对主桁架两端进行测 量定位，发现误差及时修正。

本发明中一切测量工作必须按照《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001) 和《工程测量规范》GB50026-93执行。