大型懸空球殼網架安裝技術

江蘇南通六建建設集團有限公司 如皋 226500

大慶石油科技博物館入口大廳上部為懸空球形影（錄）像廳（圖1），采用懸空球殼網架結構，氣勢宏偉。

圖1 懸空球形影（錄）像廳

我們根據懸空球殼網架結構特點，并考慮到施工現場空間狹小、吊車無法利用、現場搭設腳手架施工難度大、質量安全不易保證等困難，經過反復研究，研制了一種地面拼裝與高空拼裝累積提升相結合的安裝工藝。實踐結果表明，地面拼裝與高空拼裝累積提升相結合安裝技術應用于懸空球殼網架安裝，安全可靠，經濟合理。

1 工程概況

大慶石油科技博物館入口大廳上方有一能容納逾100 人的懸空球殼網架影（錄）像廳，由上、下2 個半球殼網架組成，Φ13 964 mm，固定于建筑中間預應力鋼結構平臺梁上。網架鋼管規格為Φ60 mm×3.5 mm、Φ114 mm×4 mm，材質為Q235鋼，螺栓球規格為WS100～WS180，材質為45#鋼，球殼網架的立面如圖2所示。

圖2 影（錄）像廳球殼網架結構立面

2 安裝方案選擇

由于中間平臺梁及頂部鋼管桁架屋面的影響，球殼網架無法采用地面拼裝起重機械整體吊裝的安裝方法，若采用整體高空拼裝則需搭設高度為25 m的腳手架，且由于是球體結構，腳手架搭拆難度大，施工精度和安全不易保證。經技術研究決定[1,2]：先將懸空球殼網架下半部在地面拼裝后借助固定于預應力鋼梁上的手拉葫蘆整體提升安裝；在中間鋼梁平臺定位焊接安裝后，作為球殼網架上半部拼裝的操作平臺，由操作人員站立在中間鋼梁平臺上進行球殼網架的上半部拼裝，每拼裝完一圈，再利用固定于上部屋面鋼桁架中心的手拉葫蘆進行累積提升，直至完成球殼網架的全部安裝。

上、下半球殼網架質量分別為1.98 t和1.95 t，經計算，采用100 kN手拉葫蘆進行提升吊裝，安全系數大于5，對手拉葫蘆懸吊點處的預應力鋼梁和屋面鋼桁架進行受力和撓度變形驗算，承載力滿足要求，預應力鋼梁中心的撓度變形為3 mm，屋面鋼桁架中心的撓度變形為2 mm，結構安全。

3 施工防護與作業平臺搭設

3.1 防護欄桿

施工前，首先需在預應力鋼梁上焊接防護欄桿，此欄桿作為行走扶手和焊接作業時安全繩的懸掛點。

3.2 吊籃

在進行下半球殼支座固定焊接作業時，需要用吊籃作為操作人員作業的平臺，吊籃的使用如圖3所示。

圖3 吊籃使用示意

3.3 施工平臺

在提升下半球殼后，安裝上半球殼前，需在中間鋼結構平臺梁上滿鋪鋼跳板，以此作為上半球殼高空拼裝的操作平臺。要求鋼跳板與平臺梁要綁扎牢固，不得出現探頭跳的情況。

4 安裝方法[1-3]

4.1 安裝順序

下半球殼地面拼裝→支座定位→下半球殼安裝→搭設施工平臺→上半球殼高空拼裝累積提升

4.2 下半球殼地面拼裝

下半球殼的拼裝位置為球殼安裝位置的正下方的地面上。

拼裝順序由中心向外圈逐圈拼裝。每圈拼裝結束后，即將該圈所有桿件擰緊，不擰緊不得進行下圈桿件的安裝。在頭3 圈拼裝結束后，必須將網架墊平，墊點位置為球節點處，墊料優先選用木料，墊點布置為沿著環形方向均勻設置6 點，在網架墊平后方可再進行下圈桿件的拼裝作業。

4.3 支座定位

下半球殼起吊前，需先進行支座的定位作業。由于上、下半球殼的支座位置在水平投影方向重合，故可在平臺梁上先將上半球殼支座定位，然后用上半球殼支座位置定位下半球殼支座位置。

支座的定位以鋼梁G2-B上翼緣面上的弧形梁圓心點為控制點，將全站儀支在該圓心控制點上，以鋼梁G2-B軸線為控制線，通過旋轉角度和測量圓心到支座中心的距離可進行上支座的定位，然后根據此定位點用線墜及鋼尺即可確定下半球殼支座的位置。

4.4 下半球殼安裝

下半球殼支座定位后，先將下半球殼支座焊接到平臺梁上。根據下半球殼的質量（1.95 t）及安裝高度（距地面約17 m），故須在平臺梁圓心控制點處懸掛相連的2 個鏈長12 m的100 kN手拉葫蘆，如圖4所示。

通過手拉葫蘆的兩次提升將下半球殼起吊就位，網架綁扎點為4 點，綁扎位置為球節點處，且均勻布置在第4圈球節點上。

4.5 上半球殼高空拼裝累積提升

上半球殼的拼裝順序同下半球殼，也是從中心點開始逐圈拼裝，但是自上而下進行，即將1 個100 kN手拉葫蘆固定于其上鋼管桁架屋面的中心圓盤上，每拼裝完一圈后，用手拉葫蘆將網架提升一定高度，再繼續拼裝下一圈桿件，以確保操作人員始終站在平臺梁處的施工平臺上進行網架拼裝作業。網架綁扎點亦為4 點，綁扎位置為球節點處，均勻布置在第4圈球節點上。其拼裝如圖5、圖6所示。

圖4 下半球殼吊裝示意

圖5 上半球殼拼裝示意

圖6 上半球殼拼裝施工場景

4.6 網架安裝精度控制

該網架為螺栓球球殼網架，為了控制球節點空間坐標、標高，首先必須控制球、桿的制作精度。因為在制作螺栓球時，其上所鉆螺栓孔的位置、角度已經將桿件拼裝后的空間位置確定了，而桿件的長度加工精度則直接影響著螺栓球的空間坐標，所以控制球、桿的加工制作精度是控制球節點空間坐標、保證網架安裝精度的關鍵措施。

5 結語

在懸空球殼網架安裝中，我們打破常規，創新地采用地面拼裝與高空拼裝累積提升相結合的施工工藝，只需使用小型設備，就可完成懸空球殼網架的安裝，解決了懸空球殼網架安裝中空間狹小、現場吊車無法利用、現場搭設腳手架高空整體拼裝施工難度大、質量安全不易保證等技術難題。

本次懸空球殼網架從進場開始，到安裝結束，僅用11 個工作日，與搭設腳手架高空整體拼裝相比，降低施工難度，加快施工速度，安裝工期提前8 d，保證了安裝精度和安全，節省腳手架鋼管租賃費和搭拆費，取得直接經濟效益約2 萬元。