大跨度空間異形焊接球網(wǎng)架分塊安裝技術(shù)

季炳鑫 孫文濤

（中建七局第四建筑有限公司 陜西省西安市 710000）

1 工程總況

上文提及的冰球館工程建筑總面積為17767m2，此項(xiàng)工程的屋蓋部位以及場外造型邊角的部位均采用了大跨度空間異形焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的鋼結(jié)構(gòu)。其中，屋蓋部位是正方四角錐形網(wǎng)架，分為上、下兩層屋蓋，其平面大小為95×123m。其周邊的兩層框架以及混凝土柱頂由下弦支撐；其內(nèi)層柱頂和外層柱頂分別是成品球鉸抗震支座以及聚四氟乙烯板滑移支座。其精準(zhǔn)的最大支撐跨度是60.0m，此結(jié)構(gòu)起拱方向?yàn)殡p向，單層帶肋網(wǎng)架為外圍網(wǎng)架，此結(jié)構(gòu)是由外層柱頂框架和v字形外圍鋼結(jié)構(gòu)斜柱支撐，同時(shí)分為上和下兩部分，這兩部分的腰線連接處朝外懸挑約為5.0～8.0m，為空間異形結(jié)構(gòu)造型。

焊接球節(jié)點(diǎn)是此項(xiàng)工程的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)傳力節(jié)點(diǎn)，球最大直徑為500.0mm，厚度為25.0mm，傳力節(jié)點(diǎn)共計(jì)3400余個(gè)；高頻焊接鋼管以及無縫鋼管是此項(xiàng)工程采用的網(wǎng)架管件，共計(jì)13000根。

2 設(shè)計(jì)方案

大跨度空間異形鋼網(wǎng)架造型結(jié)構(gòu)由于其施工條件以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同可以分為：分塊吊裝法、整體提升法、散拼法以及高空滑移法。此項(xiàng)工程的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)用施工時(shí)，如果工程中混凝土外圍框架柱和框架梁正在施工或者已經(jīng)施工完成，就難以運(yùn)用高空滑移法進(jìn)行滑移軌道的建設(shè)。并且整體提升法和散拼法都需要占用大面積的場館場地來完成地面的拼裝和搭設(shè)腳手架，這對(duì)于場館內(nèi)其他的施工項(xiàng)目有著極大的影響。而通過綜合比較和選擇之后確定的場館外吊裝和分塊拼裝的施工方式，對(duì)于場館內(nèi)場地的整體施工并無影響；而且可以和土木建設(shè)工程施工形成立體交叉平行流水實(shí)現(xiàn)工期的縮短，充分體現(xiàn)了分塊安裝技術(shù)的高效性并且也保證了工程的精度。

3 施工流程

3.1 單元網(wǎng)架的劃分

此項(xiàng)工程的單元網(wǎng)架的劃分是根據(jù)各個(gè)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)造型特點(diǎn)來定。主要形式有：兩個(gè)網(wǎng)架單元之間空出一個(gè)節(jié)間，此節(jié)間在單元網(wǎng)架進(jìn)行分塊吊裝之后再進(jìn)行高空拼裝。主要由滿足單元分塊的拼裝及吊裝剛度、臨時(shí)支撐胎架的用量、場地內(nèi)可供布設(shè)胎架的位置以及起重機(jī)的起重能力來確定網(wǎng)架分塊的大小。

圖1 網(wǎng)架分塊示意圖

圖2 吊裝線路圖

3.2 網(wǎng)架的拼裝

（1）根據(jù)地面拼裝和網(wǎng)架安裝的坐標(biāo)差異且工程的結(jié)構(gòu)造型要求，網(wǎng)架單元的分塊節(jié)點(diǎn)之間坐標(biāo)差值大、材料耗費(fèi)量大，在進(jìn)行網(wǎng)架拼裝之前需要在設(shè)計(jì)模板CAD中將各節(jié)點(diǎn)安裝的絕對(duì)坐標(biāo)換算為網(wǎng)架拼裝的相對(duì)坐標(biāo)，且需要將分塊線模盡量放平，便于地面放線。

圖3 散裝及分塊吊裝示意圖

（2）網(wǎng)架拼裝的地面分塊拼裝的胎架造型由結(jié)構(gòu)特征分為分塊整體散拼胎架和四角錐小拼單元拼裝胎架。此項(xiàng)工程為保證拼裝單元的整體剛度、節(jié)省拼裝材料用量以及確保拼裝精度，綜合比選后確定采用單元分塊整體拼裝，胎架結(jié)構(gòu)造型采用圓形鋼管作為支托，通長H型鋼材作為底座。而對(duì)于單元分塊較大的則先搭設(shè)拼裝胎架再進(jìn)行施壓。

（3）在進(jìn)行單元網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)的定位及組裝時(shí)，必須嚴(yán)謹(jǐn)?shù)刈袷仄囱b順序：由中間向四周，這一順序可以避免定位組裝時(shí)形成封閉區(qū)間。否則在網(wǎng)架焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的焊接收縮應(yīng)力，從而影響整個(gè)網(wǎng)架的拼裝精準(zhǔn)值。

（4）在進(jìn)行外圍網(wǎng)架的拼裝時(shí)，根據(jù)外圍網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)位置處于腰線處，且懸挑值相對(duì)向外有一定的距離這一情況，在進(jìn)行地面拼裝時(shí)很難通過外圍網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際拼裝。所以要將外圍網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分塊，分為上下兩個(gè)拼裝單位；同時(shí)分別在地面拼裝組合完畢之后形成外圍網(wǎng)架的最后形狀。

3.3 網(wǎng)架的焊接

（1）工程中的網(wǎng)架焊工必須持有焊工全位置考試合格證才能進(jìn)行焊接操作。

（2）網(wǎng)架焊接順序?yàn)椋和ㄟ^下弦收縮起拱的特性首先焊下弦，其次進(jìn)行腹桿和上弦的焊接。

（3）焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為：采用打底焊的焊接工藝進(jìn)行球管對(duì)接焊縫。首先通過網(wǎng)架的焊接部位確定電流大小，當(dāng)焊接位置起拱之后將焊接坡口與焊接球進(jìn)行鈍邊和溶燒從而形成溶孔，再將電弧壓低，使溶燒的鐵水分別凝固在焊縫中形成補(bǔ)強(qiáng)焊縫，然后進(jìn)行繼續(xù)焊接并保證每層補(bǔ)強(qiáng)焊縫達(dá)到規(guī)定的高度。焊縫的焊接分為兩層，其中最重要的是第一層的焊縫焊接，其必須保證良好的背部成型和根部的焊透。同時(shí)把每一條焊縫分成四個(gè)小段，其中統(tǒng)一采用的是鋸齒形焊接方法進(jìn)行施焊，其焊接流程為：焊接對(duì)稱的四分之一圓弧——再焊接剩余兩個(gè)四分之一圓弧，多次焊接以完成焊接工作。

3.4 網(wǎng)架的分塊吊裝

此項(xiàng)工程通過在網(wǎng)架分塊模中導(dǎo)入了有限元分析軟件而得出各個(gè)網(wǎng)架分塊的實(shí)際重量的精準(zhǔn)值，再通過計(jì)算出的實(shí)際重量進(jìn)行主要吊裝設(shè)備的選擇、確定綜合履帶的實(shí)際吊起重能力、場地情況的勘探、確定網(wǎng)架分塊重量等等一些對(duì)于所有網(wǎng)架的分塊吊裝的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和信息。

通過分析全部網(wǎng)架分塊處于吊裝狀態(tài)下的綜合履帶吊裝站位情況，確定各個(gè)回轉(zhuǎn)中心的位置點(diǎn)，再將這些位置點(diǎn)用相對(duì)圓滑的曲線依次連接，進(jìn)一步確定履帶吊裝站位線路。該線路需根據(jù)實(shí)際吊裝場地的情況做壓實(shí)和平線處理，從而達(dá)到履帶吊裝行駛站位相對(duì)精準(zhǔn)。同時(shí)該工程需要根據(jù)不同場地的勘探報(bào)告做出換填或者鋪設(shè)路基箱等措施從而保證級(jí)配較好和力學(xué)性能良好。吊點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)和各個(gè)桿件的受力情況而定，需避免在網(wǎng)架分塊吊裝過程中各個(gè)桿件產(chǎn)生的相互作用力產(chǎn)生破壞，則應(yīng)設(shè)定與下弦節(jié)點(diǎn)位置。

4 網(wǎng)架支撐結(jié)構(gòu)

此項(xiàng)工程的網(wǎng)架支撐結(jié)構(gòu)體系主要用于單元網(wǎng)架分塊拼裝的節(jié)點(diǎn)支撐和網(wǎng)架分塊吊裝的站位點(diǎn)的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，通過判斷不同形式及用途從而選擇不同的支撐材料。

4.1 網(wǎng)架的拼裝胎架

此項(xiàng)工程的網(wǎng)架拼裝胎架采用的是圓形鋼管和通長H型鋼材底座支撐構(gòu)成。其根據(jù)單元網(wǎng)架分塊的各項(xiàng)坐標(biāo)從而實(shí)現(xiàn)布線和布設(shè)，要求各個(gè)節(jié)點(diǎn)首先分別將各自對(duì)應(yīng)的圓形鋼管作為支撐點(diǎn)，構(gòu)成臨時(shí)的支撐體系，然后當(dāng)布設(shè)完成之后對(duì)這一臨時(shí)支撐體系的整體剛度和強(qiáng)度以及穩(wěn)定性進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)算，可適當(dāng)施壓；而對(duì)于暫時(shí)未滿足數(shù)據(jù)要求的胎架進(jìn)行部分支撐。需注意，在網(wǎng)架拼裝過程中應(yīng)該對(duì)胎架的變形情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測和調(diào)整，從而避免胎架的沉降和水平位移。

4.2 臨時(shí)支撐胎架

為節(jié)約此項(xiàng)工程的工程措施投入量以及工程成本，支撐體系中的臨時(shí)支撐胎架由正方形鋼制成正方形胎帽擴(kuò)大平臺(tái)，其中的四個(gè)帽角都布設(shè)一個(gè)臨時(shí)支撐點(diǎn)。其運(yùn)作原理是通過正方形胎帽擴(kuò)大平臺(tái)，各個(gè)支撐點(diǎn)可支撐四個(gè)網(wǎng)架單元的節(jié)點(diǎn)，這樣一來在胎架用量這一項(xiàng)上實(shí)現(xiàn)了可觀的節(jié)省。臨時(shí)支撐胎架主要結(jié)構(gòu)體系采用的是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，其綴條與主肢之間采用的都是螺栓連接的方式，其優(yōu)點(diǎn)是有力地保證胎架的周轉(zhuǎn)利用以及在拆裝方便。而其底部主要根據(jù)混凝土獨(dú)立筏式基礎(chǔ)與預(yù)埋件相連。當(dāng)工程中臨時(shí)支撐胎架的初步設(shè)計(jì)完成之后，需通過對(duì)分塊重量的計(jì)算與網(wǎng)架安裝順序的判斷，進(jìn)一步地分析計(jì)算胎帽變形、胎身截面強(qiáng)度、胎架基礎(chǔ)承載力以及穩(wěn)定性。

5 網(wǎng)架的卸載

通過網(wǎng)架單元的分塊拼裝進(jìn)行支撐胎架的布設(shè)，網(wǎng)架單元在完成各項(xiàng)施工之后就進(jìn)行網(wǎng)架的卸載。采取各個(gè)區(qū)域多級(jí)分工且卸載進(jìn)度同步的方法，經(jīng)過千斤頂高頻率且微量下降從而達(dá)到平衡轉(zhuǎn)移荷載。需注意避免下降較快、卸載不完全等因素造成的破壞。

6 結(jié)束語

在現(xiàn)階段，我國諸多工程存在施工難度大、工程結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜、工期緊等問題，冰球館工程就是最好的實(shí)例。通過綜合比選各項(xiàng)工程技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)際施工場地的情況，最終確定大跨度空間異形焊接球網(wǎng)架分塊安裝技術(shù)為冰球館工程的主導(dǎo)技術(shù)，最終高效完成了此項(xiàng)工程的施工。綜上可得，大跨度空間異形焊接球網(wǎng)架分塊安裝技術(shù)是一項(xiàng)高效率、高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)且安全的工程技術(shù)，對(duì)于同類的各項(xiàng)工程具有較好的參考價(jià)值。

[1]黃達(dá).某體育場鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的施工質(zhì)量檢測鑒定[J].廣東土木與建筑，2013：19～22.

[2]葉春.鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架全支架高空散拼在工程中的施工技術(shù)應(yīng)用[J].建筑安全，2014：35～38.