雙層球殼鋼結構工程施工技術

邢司藝　逯艷華

摘 要：本文通過工程實例介紹超大型雙層球殼鋼結構拼裝、安裝的施工工藝，采用“分塊拼裝、高空嵌補”的施工方法，為確保雙層球殼整體施工工期和安全性提供了有效的保障，同時也保證了施工質量和精度，滿足了設計和規范的標準要求。

關鍵詞：雙層；球殼；施工技術；分塊；嵌補

1 工程概況

遼寧省科技館工程位于遼寧省沈陽市渾南新區中心地帶，西鄰智慧三街，南鄰全運南路與7號路東段之間，依傍市民廣場，是遼寧省文化場館重點建設項目之一，總建筑面積102508m2。在主體結構西北側，Q～K/1～5軸線之間為雙層鋼球殼網架，其中，工程球幕結構內球殼采用圓鋼管相貫結構，內側球幕半徑13690mm，高度15640mm，主要球幕桿件為？準273*8與？準168*8圓鋼管相貫而成。外側球幕為H250X150X6X12、H250X150X6X10型鋼和直徑400mm鼓型節點相貫組成，外側球半徑19525mm，高度為27475mm，在平面位置上，兩球圓心并不在一個點上，兩球中心偏離1995mm，雙層球殼網架鋼結構總用鋼量約250t。

2 雙層球殼施工特點分析

2.1 雙層球殼網架結構形式復雜、現場拼裝及安裝難度大

工程采用的雙層球殼網架結構形式特殊，節點眾多復雜，且均要求全熔透焊接。

2.2 雙層球殼鋼結構施工過程的結構安全性計算及監測

雙層球幕坐標不同心，需進行施工過程結構安裝工況分析及計算，包括不同吊裝工況對結構的影響，現場安裝采取加固處理部位的加固方案和安全性的分析計算。

3 雙層球殼網架拼裝方法及措施

3.1 地面定位基準線的劃線

（1）根據構件的實際投影尺寸，在地面上劃出網架弦桿及節點的中心線，外形輪廓線等；

（2）地面線型是網架零部件定位的一個重要基準，劃線時應嚴格控制其精度要求，以確保構件在拼裝過程中定位的精確度。

3.2 組裝胎架的制作

（1）組裝胎架是保證構件制作精度的另一個重要條件，因此，胎架設置后必須有一定的承載力，并且不得有明顯的晃動；

（2）胎架豎桿設置時，可根據組裝工藝圖的要求進行設置，必須充分考慮構件的結構形式，以免出現零部位定位、安裝時與胎架相碰的情況；

（3）胎架高度及其水平度必須控制在±1mm以內，根據組裝工藝圖提供的數據進行嚴格控制，胎架必須經專職檢查員驗收合格后方可使用；

（4）胎架模板的設置，必須保證構件的定位方便安全可靠。因此需設置專用的定位模板，胎架模板須采用數控切割，以保證胎架的組裝定位精度。

3.3 弦桿的定位

（1）將拼接合格后并經校正后的網架弦桿吊上組裝胎架進行定位，定位前此翼緣板上腹板的中心定位線必須預先劃出；

（2）定位時將翼緣板外輪廓線和腹板的中心線對齊地面位置線，同時控制其端部與地面位置線。

3.4 腹桿的定位

（1）將拼接合格的腹桿分別吊上組裝胎架進行定位，腹桿面、腹板中心線必須預先進行劃線；

（2）定位時將腹桿中心線及外邊線定對地面及弦桿安裝位置線，嚴格控制腹桿與弦桿之間的垂直度，同時還需控制腹桿的水平度及水平標高。

3.5 整體焊接、校正

全部構件安裝完交專職檢查員驗收后進行焊接，焊接時采用CO2藥芯焊絲氣體保護焊，焊接時從中間向兩端對稱進行。焊接時先焊立角焊，再焊平角焊，并采用較小的焊接線能量以減小焊接變形。

3.6 完整性驗收

（1）自檢互檢合格后，提交專職檢查員及監理進行完整性驗收；

（2）驗收時采用地樣法及全站儀相結合的方法進行，有效的控制構件加工的質量。

3.7 外球幕網架的拼裝工藝流程

3.8 外球幕網架的拼裝工藝流程

3.9 拼裝桿件公差要求

①構件長度：±5mm；②構件寬度：±2mm；③網架彎曲矢高：L/1000mm，且不大于10mm；④網架扭曲：H/250，且不大于5mm。

3.10 鋼結構現場拼裝精度保證措施

①嚴格執行預拼裝工藝、確保拼裝構件尺寸的精度；②保證現場拼裝胎架精度，確保拼裝質量；③采取合理的焊接工藝、焊接順序、減少焊接變形；④加強過程監測和質量監測；⑤確保測量精度達到工藝標準。

4 雙層球殼安裝方法的施實

（1）雙層球殼專項施工方案在施工前經專家論證會通過。

（2）雙層球殼的單元塊劃分。

（3）鋼結構球殼的吊裝方法及工藝要求。雙層球殼的安裝采用“地面拼裝球殼分塊，球殼下部設置臨時支撐，大型吊車安裝球殼分塊，現場塔吊配合安裝嵌補段構件”。

（4）臨時支撐的布置。根據球殼網架安裝分塊特點，在網殼安裝前布置臨時支撐架，臨時支撐底部設置在強度較高的土建柱或主梁結構上并作相應的加固措施。具體臨時支撐布置見下圖示：

（5）臨時支撐節點計算及單元分塊安裝工況模擬分析。

各工況計算結果：結構的最大應力為155.6MPa<310MPa，最大變形為15.1mm；支撐的最大應力為42.7MPa<215MPa，最大變形為5.9mm，滿足設計規范要求！

（6）安裝工況流程圖

5 球殼結構主體卸載

根據計算時得出的各支撐點卸載時需要降低的行程來具體實施每一步驟的卸載行程，每次卸載時要先在支撐塊上用水平尺畫出每次需要下降到的位置，使用千斤頂把支撐塊降到預定位置后再次把墊塊墊上；千斤頂撤出后準備下一步驟的卸載，使整個卸載過程中不出現卸載點完全失去作用的情況，使整個結構逐步下降，確保主體結構的安全，直到結構卸載完成。

卸載過程中分3步驟，在每一步驟中卸載過程中要嚴密監測整個結構的撓度變化情況，遇到在卸載步驟中與驗算結果差異較大的情況應查找原因，調整卸載實施方案，重新確定卸載行程即頂升高度控制在不大于2mm范圍，確保卸載過程的安全性，設計計算最大變形值為15mm，現場安裝控制值小于10mm，經現場最終監測變形值為9mm，滿足設計規范要求的變形量。

6 效益分析

7 總 結

遼寧省科技館球幕雙層網殼鋼結構工程通過“分塊拼裝、高空嵌補”安裝方法，科學的組織施工和有效的質量管理，為整體施工工期提供了有效的保障，球幕鋼結構工程安裝精度滿足設計標準要求，為超大型球殼安裝施工探索了一條新的途徑。