異形復(fù)雜鋼網(wǎng)殼安裝技術(shù)

□文/余流 張印 代躍強(qiáng)

異形復(fù)雜鋼網(wǎng)殼安裝技術(shù)

□文/余流 張印 代躍強(qiáng)

某景觀塔為一個(gè)以標(biāo)志性、景觀性為主，登高觀景功能為輔的高層建筑；另外一個(gè)重要的作用是對(duì)現(xiàn)有烽火臺(tái)遺址的保護(hù)性開(kāi)發(fā)。工程主體為鋼框架，外圍異形單層網(wǎng)殼，屋頂正交正放管桁架。鋼網(wǎng)殼采用鋼管相貫焊接節(jié)點(diǎn)形式，制作、安裝難度大且精度要求高。通過(guò)工程實(shí)踐，介紹異形鋼網(wǎng)殼安裝施工技術(shù)，提出網(wǎng)殼單元定位安裝新的措施和方法。

鋼結(jié)構(gòu)；網(wǎng)殼；制作；安裝；異形；復(fù)雜結(jié)構(gòu)

1　工程概況

某景觀塔建筑規(guī)模2 127.97 m2，總高度70.456 m，共17層；主體采用鋼框架結(jié)構(gòu)形式，分為塔基及塔身兩部分，主體框架外圍設(shè)置單層網(wǎng)殼，網(wǎng)殼為管相貫結(jié)構(gòu)，呈中間細(xì)兩端粗的圓柱形結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。10.000m標(biāo)高以下為室外空間，10.000～49.000 m是對(duì)原烽火臺(tái)遺址的保護(hù)空間，為豎向交通區(qū)域，配以核心筒外歷史懷思梯及19.000、37.000、49.000 m標(biāo)高的滿鋪樓板；頂部55.700m標(biāo)高的滿鋪樓板是參觀者可達(dá)的最高區(qū)域，在本層可全方位觀瞻城市風(fēng)貌。

景觀塔獨(dú)特的外圍網(wǎng)殼造型、有限的場(chǎng)地條件和嚴(yán)格的安裝標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工過(guò)程提出來(lái)很高的要求。

圖1　建筑效果

2　施工方案研究

2.1確定安裝方法

網(wǎng)殼的空間定位較為復(fù)雜，若針對(duì)每根鋼管進(jìn)行高空定位，安裝工作會(huì)加大難度且不易控制，拖延工期，網(wǎng)殼的安裝在鋼框架安裝焊接結(jié)束之后進(jìn)行，此時(shí)鋼框架已成為剛性整體，空間位置已被精確固定，網(wǎng)殼安裝直接利用與鋼框架固接的錐頭等為基準(zhǔn)點(diǎn)，分層安裝。考慮到網(wǎng)殼不是空間獨(dú)立的，它與鋼框架是有連接的，每?jī)蓪? m會(huì)連接一次，可將連接節(jié)點(diǎn)設(shè)想為球節(jié)點(diǎn)或支座。因此，可只對(duì)鋼框架做精確測(cè)量定位，就相當(dāng)于對(duì)連接節(jié)點(diǎn)做了精確定位，節(jié)點(diǎn)定位完成，桿件也就相應(yīng)地定位，網(wǎng)殼的測(cè)量就簡(jiǎn)化為連接節(jié)點(diǎn)相對(duì)于鋼框架的相對(duì)位置測(cè)量，大大減少了空間測(cè)量工作量且可操作性強(qiáng)。

網(wǎng)殼按連接樣式和空間位置可大致分為4段，第1段是2F～5F，第2段是5F～11F，第3段是11F～17F，第4段是17F以上，見(jiàn)圖2。

圖2　網(wǎng)殼劃分

第1段高約9 m，中間與鋼框架無(wú)連接節(jié)點(diǎn)且桿件較多，變化較大，較難定位，不適合空間散拼，擬在地面進(jìn)行分塊拼裝，高空對(duì)接。將左下至右上走向的桿件設(shè)為主弦桿，另一個(gè)走向的桿件設(shè)為次桿，分塊的方法就是將兩條主弦桿及其內(nèi)的腹桿為一單元，總共分為8個(gè)單元，在地面的胎架進(jìn)行拼裝焊接，使用汽輪吊進(jìn)行吊裝，在相鄰兩個(gè)單元均安裝就位后，再連接單元之間的連接腹桿。采用分塊安裝的方法，省去了高空定位的復(fù)雜性，只需將錐頭連接節(jié)點(diǎn)定位準(zhǔn)確，再將單元主弦桿上下節(jié)點(diǎn)與錐頭連接重合后，就已將網(wǎng)殼定位準(zhǔn)確了。

第2段網(wǎng)殼若直接采用X單元，現(xiàn)場(chǎng)施工難度較大，因此將X單元分解為“人”型單元和1根桿件組成，將左下至右上走向的桿件設(shè)為主弦桿，另一個(gè)走向的桿件設(shè)為次桿，主弦桿不打斷，次桿打斷安裝，將每個(gè)“人”型在地面鋼平臺(tái)上拼裝成型，此“人”型單元是一個(gè)平面的，沒(méi)有角度，定位簡(jiǎn)便。使用汽輪吊將“人”型單元起吊至指定標(biāo)高，只將“人”型的端點(diǎn)與錐頭連接焊接，再連接單元之間的連接桿即可完成安裝。

第3段網(wǎng)殼較為簡(jiǎn)單，在上下相臨的錐頭之間沒(méi)有桿件的交叉，所以不存在主次桿件，都不用打斷安裝，安裝也較簡(jiǎn)單，只需做成類似“/”型單元，再與錐頭連接固定即可。

第4段網(wǎng)殼即17F以上外圍網(wǎng)殼與鋼框架沒(méi)有連接節(jié)點(diǎn)，僅與屋頂管桁架連接且上口呈喇叭花狀，直徑越來(lái)越大，此部分網(wǎng)殼若高空散拼時(shí)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，也存在定位復(fù)雜的問(wèn)題，考慮應(yīng)在管桁架安裝完成后開(kāi)始進(jìn)行，將管桁架視為鋼框架的一層固定結(jié)構(gòu)。由于該部分高空焊接作業(yè)非常困難，故將管桁架以下有交叉的部分做成“X”形單元，與之相對(duì)的管桁架外側(cè)網(wǎng)殼暫不焊牢，使之有一定的自由度。其余單根桿件單獨(dú)安裝，簡(jiǎn)化安裝工序。管桁架上部的網(wǎng)殼因上端無(wú)框架約束，在地面拼裝成七個(gè)單元，高空組對(duì)，依靠上端的環(huán)狀進(jìn)行約束成型。

2.2腳手架搭設(shè)方案

網(wǎng)殼的散裝需搭設(shè)腳手架，主要是人員的操作平臺(tái)，不承重。因核心筒每層均有混凝土樓板，腳手架不能提前搭設(shè)在核心筒內(nèi)，以免影響土建施工，所以腳手架只能在混凝土樓板澆筑養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行搭設(shè)，按照懸挑腳手架的搭設(shè)規(guī)則進(jìn)行搭設(shè)，每層與鋼框架做附著，保證穩(wěn)固。腳手架每層操作平臺(tái)按照腳手架規(guī)范鋪設(shè)木跳板，作為人員操作平臺(tái)，考慮安全，每三層做滿層的硬防護(hù)，防止上下層交叉作業(yè)時(shí)的一些零星構(gòu)件墜落導(dǎo)致人員傷害。腳手架搭設(shè)進(jìn)度跟隨外圍網(wǎng)殼的安裝進(jìn)度，不能超搭設(shè)，影響吊裝。

3　網(wǎng)殼單元的定位制作

3.1計(jì)算機(jī)定位過(guò)程

網(wǎng)殼單元制作主要是將單根的鋼管制作成網(wǎng)殼單元的定位工作。在實(shí)際的施工過(guò)程中，為便于安裝和減少高空作業(yè)工作量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件將網(wǎng)殼劃分為若干個(gè)小單元，將這若干個(gè)小單元鏈接成為一個(gè)整體。根據(jù)常用的工程軟件設(shè)計(jì)出一套較為快捷，普遍適用于現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員的計(jì)算機(jī)仿真定位方案，以第一段網(wǎng)殼單元為例，具體步驟如下：

1）將準(zhǔn)備制作的網(wǎng)殼單元中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)提取出來(lái)；

2）在AutoCAD軟件中輸入設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的X、Y、Z坐標(biāo)創(chuàng)建各個(gè)節(jié)點(diǎn)，再通過(guò)LINE命令將各個(gè)節(jié)點(diǎn)相連進(jìn)而得到模型的軸線圖，通過(guò)創(chuàng)建局部坐標(biāo)系等一系列操作，變換成為適用于平面，便于工人焊接操作的軸線模型并且在軸線上創(chuàng)建若干新的點(diǎn)，進(jìn)而保證現(xiàn)場(chǎng)拼接的精度，將模型保存成為MIDAS/Gen軟件能夠打開(kāi)的DXF文件；

3）在MIDAS/Gen軟件中導(dǎo)入DXF文件，輸入材料和截面屬性并對(duì)散亂的節(jié)點(diǎn)編號(hào)進(jìn)行整理，在窗口顯示拼裝效果圖；

4）輸出各個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)到EXCEL軟件中進(jìn)行節(jié)點(diǎn)平面投影坐標(biāo)圖的繪制并對(duì)投影坐標(biāo)和高程進(jìn)行列表。

3.2施工現(xiàn)場(chǎng)拼接

根據(jù)上述方法得到的各個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，在胎具上進(jìn)行放線、定位，標(biāo)高應(yīng)用水準(zhǔn)儀即可滿足施工定位的需要，大大減少了工作量，也減少了拼裝誤差。拼接具體步驟：

1）選在混凝土地面上進(jìn)行胎具的制作，鋪好專用胎具，在幾個(gè)胎具之間進(jìn)行剛性連接，保證胎具的穩(wěn)定性；

2）在胎具上根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行放線、定點(diǎn)，利用L75×5的角鋼做成定位卡具，卡具的間距比網(wǎng)殼鋼管外半徑大5mm，便于鋼管在卡具上的安放；

3）在鋼管斷面處依次進(jìn)行焊接，即可得到一個(gè)完整的網(wǎng)殼單元。

從實(shí)際施工的結(jié)果來(lái)看，本套方法具有簡(jiǎn)便、快速、易操作的特點(diǎn)，精度也能滿足施工的要求。

4　結(jié)語(yǔ)

本工程全部為斜向鋼管、施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地有限、高空吊裝風(fēng)速較大這些都給施工過(guò)程增加了很大的難度，經(jīng)過(guò)施工技術(shù)人員對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)研究，得出了一套切實(shí)可行的施工方法，全部建成后各個(gè)節(jié)點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)均＜3cm，使施工的精度和進(jìn)度都得到了保證。由于MIDAS/Gen、AutoCAD和EXCEL這三款軟件均為鋼結(jié)構(gòu)施工常用軟件，通過(guò)配合使用，能夠較好地完成本工程的網(wǎng)殼定位工作。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由于其曲面而形成部分細(xì)部分粗的外形，給安裝帶來(lái)了困難，根據(jù)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在不同部位制作不同的網(wǎng)殼單元，取得了良好效果。

［1］GB50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2]GB50205—2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［3］JGJ 61—2003，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.04.003

□張印、代躍強(qiáng)/河北工業(yè)大學(xué)。

□TU391

□C

□1008-3197（2015）04-06-02

□2015-07-24

□余流/男，1972年生，高級(jí)工程師，中國(guó)建筑第六工程局有限公司，從事復(fù)雜施工技術(shù)研究。