大跨度波形曲面網架施工技術

【摘要】針對大跨度波形曲面網架施工中關鍵技術控制和實施，闡述多變曲面錯落有致地搭設符合曲面變化的臺模，采用高空散裝及三向定點拼裝工藝，先成片固定支座、先中間后兩邊的拼焊，技術經濟效益良好。

【關鍵詞】網架；錨栓；高空散裝；鋼柱制安；質量控制

隨著目前國內網架鋼結構在大型公共建筑的廣泛應用，對網架結構的安裝也提出了更高的要求。眾多的預埋件以及腳手架高支體系由于標高、軸線復雜，施工難度大，是直接影響高空網架安裝整體質量的重要部位，因此對于這種類型的網架施工成為施工單位研究的重要課題。我公司施工的大同衛校體育場，采用網架結構。網架平面尺寸為102m×40.35m，采用厚皮圓鋼管獨立柱多點支撐。支撐柱兩排，網架前后懸挑，呈波浪形外形，曲面最高點標高29m，空心球坐標不一，桿件規格尺寸種類繁多。

1. 施工特點及難點

（1）大跨度曲面屋蓋網架結構工程存在網架變形較大、球節點位置存在施工誤差、空間結構復雜，吊點測量、定位困難等特點。

（2）從錨栓安裝到整個網架的施工完成，著力抓住每一步的關鍵環節，采用切合實際的經驗總結，先進的加工設備檢測儀器施工工藝，提高了工作效率，加快了施工進度，很好地保證了工程施工質量。

（3）屋蓋鋼結構的吊裝、組對、焊接、測量校正等工序都可在同一胎架上重復進行，即可提高屋蓋的安裝質量、改善施工操作條件，又可以增加施工過程中的安全性。

（4）施工工藝先進、可操作性強、工序銜接緊密，工效高。

2. 施工關鍵技術及操作要點

2.1施工關鍵技術。從錨栓安裝、鋼柱制安到網架成型施工組織一體化。根據多變曲面錯落有致地搭設符合曲面的臺模，結合全站儀打點對基層曲面網架的球點三維定位測量技術，采用高空散裝及三向定點拼裝工藝，按先成片后定支座、先中間后兩邊（或向四周擴散）的拼焊，以減少焊接殘余應力。

2.2施工操作要點。

2.2.1施工圖紙深化設計。圖紙深化前，測量員必須配合設計師進行現場復核，檢查屋架施工偏差，發現問題，及時解決。

2.2.2錨栓的安裝。復雜曲面網架鋼柱錨栓的安裝精確度，對鋼柱安裝及網架支座的定位精確度有很大影響。用逐條安裝法在安裝現場操作，不易保證錨栓的垂直度及相互之間的尺寸要求，且積累誤差大，也不易現場檢測、復核、驗收。為此對每個柱腳錨栓采用成型式整體安裝法。

2.2.2.1根據圖紙要求柱腳錨栓的布置及錨栓間相對位置尺寸將已加工合格的錨栓組裝成型。具體做法：

（1）制作成型模架。用8mm厚鋼板制作柱腳板模具，模具上按施工圖要求的錨栓布置和尺寸開孔。孔徑以剛好穿進錨栓為宜，不得大于錨栓直徑0.2mm。利用角鋼做支架與上下兩塊模板組裝成專用模架。

（2）在模架上安裝錨栓后，利用鋼筋將錨栓連接牢固，點焊成不變形結構。

2.2.2.2安裝分初裝和校準兩步，初裝是在錨栓間鋼筋未完全安裝之前，經測量放線將成型栓體吊裝安裝支設到施工圖要求的相應位置，并拉結臨時固定。校正是在相應處鋼筋安裝完畢，模板支設加固完畢，并檢查驗收合格后，在水準儀和全站儀的檢測下，校正到所要求的標高和精確位置，并用鋼筋作電焊加固。安裝校正準確定位用全站儀跟蹤檢查。注意準確定位前，模板支設及加固必須全部完成，經檢查驗收可靠后進行。

2.2.3焊接圓鋼管鋼柱的制作安裝。

2.2.3.1制作工藝流程為：

板材檢查——下料銑邊——預彎——成型——合縫預焊——內焊——外焊——精整——校直——管體校圓——焊縫超聲波探傷——平頭倒角——測長稱重

2.2.3.2定位焊用CO2氣體保護焊，內外施焊采用自動埋弧焊焊接，管體校圓采用校圓機，校圓機有內模滾和外模滾，在模滾與管體的滾動下將管體校圓，偏差控制在規范范圍內。

2.2.3.3鋼柱安裝。鋼柱安裝采用汽車式起重機吊裝，對高重鋼柱安裝時，在起重機的配合下拉結好臨時攬風繩，并用水準儀和全站儀檢測，通過調整錨栓上下螺帽上下螺帽校正鋼柱的垂直度、柱基板標高和準確定位。并在二次澆筑部位，沿柱基板周圍四個方向支設墊鐵。檢測復查準確無誤后方可摘汽車吊吊勾。為了保證鋼柱柱基的二次澆筑質量，采用無收縮混凝土，自流平灌漿法施工。

2.2.4焊接空心球的加工。

2.2.4.1網架結構空心球一般用熱壓工藝制作，首先將鋼板下料后加熱至850～900℃，這個溫度區段屬于鋼材正火處理溫度，加熱后的坯模經過空氣中自然冷卻，保持鋼材強度的同時能夠保持良好的塑性和韌性。通過光譜試驗來檢驗合格后的壓制球殼。

2.2.4.2空心球的焊接方法：把組對好的空心球放在轉胎上，用手工電弧焊施焊。壁厚大于16mm的大型空心球制作焊接時用埋弧自動焊，先用CO2氣體保護焊或手工電弧焊，小直徑焊條打底，以保證在焊透的同時避免燒穿，然后用自動埋弧焊填肉、蓋面。

2.2.5網架拼安臺模的搭設。

2.2.5.1臺模設計。根據網架曲面形狀和下弦球的空間位置，分區分段、分片設計不同標高的平臺面，以便支設可調節下弦節點托，支撐下弦球。必須先通過驗算保證臺模架有足夠的強度、剛度和穩定性。采用換載計算法，驗算看臺梁板能否滿足臺膜、網架及施工荷載作用，并繪制臺模施工搭設圖。

2.2.5.2臺模架的搭設施工。

（1）根據臺模搭設圖布置桿件采用全站儀在網架下基面打點，并標注標高。

（2）臺模搭設形成一個穩定體系過程中，必須采用軟硬連結使臺膜架與已施工完畢的混凝土建筑可靠連結，以保證施工安全萬無一失。

（3）臺模架周邊和臺模架的高低差處必須搭設安全防護欄，掛設安全防護網。

（4）分區分片對臺模上可調式下弦球節點托的布置位置進行再次檢測和復核，并做好加固調整。方可進入下道工序鋼球及桿件吊裝安裝。

2.2.6網架桿件的制作。

2.2.6.1根據施工圖說明并正確考慮桿件的溫度影響，焊接收縮量，相貫量等因素，確定桿件下料長度。桿件長度的允許偏差應為±1mm。

2.2.6.2桿件下料后并開設坡口，由于桿件尺寸種類繁多，分類擺放，防止混桿和錯桿。

2.2.7網架的高空散裝法。

2.2.7.1依據先成片后固定支座、先中間后兩邊或（向四周擴展）的拼裝順序，采用桿件三向定位球節點與現場測量相結合的放線定位技術。

2.2.7.2在中間區下弦球網格基準點，按圖紙中鋼球編號先將帶桿件的鋼球，吊置于可調下弦球節點托上，用全站儀測量空心球定位基點，并用拉對角線尺寸的方法復核后，點焊牢固，形成下弦網格。以形成的下弦網格為基礎，定位上弦球，上弦球采用空間三桿定點法安裝，用倒鏈吊裝到位。形成錐體形狀后，依次向兩邊或四面擴展拼裝。

2.2.7.3空心焊接球與每個桿件頭的連接焊口，采用3處定位，根據焊口直徑大小，確定定位焊的焊縫長度，一般為20～50mm。在正式施焊前，必須清理好定位焊縫表面，并用砂輪磨光機將焊縫頭尾打磨與未焊坡口處成斜坡過渡，以便正式施焊時均勻焊透。

2.2.7.4復合定位及尺寸符合要求后，進行球——管接口的施焊。焊接遵循先下弦后上弦的焊接原則，在支座區域內的桿件與空心球節點焊接完成后再次復核檢測，根據實際變形情況，調整柱帽桿件的下料長度，進一步消除焊接殘余應力的集中，同時減少積累誤差。焊接采用單面施焊，雙面成型的焊接技法，完成球體與桿件的焊接。焊接完后清除焊接表面并做好檢查驗收和按要求做無損探傷試驗。

2.2.8卸載。網架拼裝及施焊全部完成，經檢測復核驗收合格后，根據網架結構的情況和各支撐點的結構自重撓度值確定卸載方案，采用間隔同步卸載法，先卸高處后卸低處，防止個別支撐點集中受力，每次卸載不大于10mm。

2.2.9除銹、涂裝。

2.2.9.1鋼球一般采用噴砂或拋丸除銹，經驗收達到圖紙要求的除銹等級后涂刷專用底漆到要求涂層厚度。

2.2.9.2涂裝。桿件底漆在桿件下料及開設好坡口且除銹驗收合格后進行，底漆涂刷時在需用焊接的管頭留100mm長。在桿件組裝，焊接質量驗收檢查合格，方可進行補刷涂層，補層應按規定的涂刷遍數分層補刷，涂層應完整，附著良好。

3. 質量控制

3.1焊接球節點按設計規格的球及匹配的鋼管焊接成試件，進行軸心拉、壓承載力試驗，其試驗破壞荷載值大于或等于1.6倍設計承載力。

3.2網架完成后應分別測量其撓度值，且所測的撓度值不應超過相應設計值的1.15倍。

3.3結構單元拼裝精度控制（結構單元安裝允許偏差見表1）。

表1結構單元安裝允許偏差序號分項允許偏差1主架支座中心偏移應為網架跨度的1/3000；且不應大于30mm2縱橫向邊長偏差應為長度的1/2000；且應大于30mm3高度偏差允許值應為相鄰支座間距的1/400且不應大于15mm4網架最高點與最低點不應大于30mm5網架自重下撓度不大于設計值（W）的15%4. 結語

應用計算機模擬桿件與球節點的相貫量、經驗數據加減、全占儀測量定位技法、單面施焊雙面成型技法、高空散裝法，消除焊接應力的施工工藝，取得了顯著的經濟效益和社會效益，具有施工安全、快速、經濟、可靠的優點。

參考文獻

［1］《網殼結構技術規程》（JGJ61-2003/J258-2003）.

［2］《建筑鋼結構焊接規程》（JGJ81-2002）.

［3］《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB50205-2001）.