大型體育場屋面曲面網架施工技術

方 鍵

常州第一建筑集團有限公司 江蘇 常州 213000

1 工程概況

湖北荊州奧林匹克體育場看臺屋面為曲面網架（圖1），采用雙層正放四角錐網殼形式，桿件采用圓鋼管，節點采用焊接球，支座采用管形焊接節點形式，使用現有埋件與下部結構連接。屋面網架橫向懸挑25 m，縱向跨度160 m，外觀呈月牙形，表面為雙曲面，總面積約9 400 m2。

圖1 荊州體育場看臺屋面鳥瞰

2 鋼結構安裝施工

2.1 施工方法

根據現場實際施工條件，為了提高安裝精度及加快工程進度，采用部分地面預拼條形單元網架，用汽車吊提升至高空就位，其他部分高空嵌補散裝，最終形成整體結構的安裝方法。

2.2 安裝流程

本工程屋面網架安裝流程為：網架支座單元安裝（24個支座單元形成一個整體）→地面條形網架單元預拼→地面網架單元提升→地面網架單元精確就位→地面網架單元與支座單元拼接成整體→高空條形網架嵌補拼接→以上工序交替進行。網架安裝起始單元從網架中間開始，同步向兩頭展開（圖2～圖4）。

圖2 網架中部先安裝2條預拼網架

圖3 高空嵌補散裝網架及安裝預拼網架

圖4 網架拼裝結束

2.3 方案操作工藝要求

2.3.1 網架支座單元安裝

1）使用地面條形網架單元預拼，用同樣的方法將網架支座上方的單元拼裝完成。

2）在看臺上將網架支座上方單元與支座進行連接安裝，完成單個網架支座單元的安裝（圖5、圖6）。

圖5 網架支座單元立面

圖6 網架支座桿件三維

3）用相同的方法將24個網架支座單元安裝完成，且必須將24個支座連接成一個整體后，方可連接安裝預拼條形網架單元。

2.3.2 條形單元網架地面拼裝

1） 地面預拼條形網架采用焊接胎模拼裝成型，焊接胎模主體用型鋼制作。

2） 每個預拼條形網架結構形式都不同，上、下球節點空間坐標也不同，地面預拼時需特別注意（圖7）。

圖7 地面預拼條形網架

2.3.3 高空嵌補散裝網架單元

先安裝相鄰2個條形網架，后嵌補散裝網架條形單元。

2.3.4 高空安裝坐標控制

由設計單位提供具體的預起拱參數或網架自重撓度及最終撓度，并據此進行預拼條形網架安裝定位控制坐標點設置（圖8）。

圖8 預拼條形網架安裝定位控制坐標點設置（紅色箭頭處）

2.3.5 高空預拼網架定位及安裝焊接

1）高空預拼網架定位支撐點的坐標及高程參數必須預先設置好。

2）定位控制坐標必須另加安裝預起拱參數。

3）預拼網架定位、測量無誤后方可進行安裝焊接。

4）安裝焊接順序：球節點處，下弦球節點→上弦球節點；桿件處，弦桿→腹桿。

2.3.6 高空嵌補部分網架散裝及焊接

1）節點順序：從支座根部開始至網架頭部結束。

2）桿件順序：下弦水平橫桿→上弦球節點（一球四桿）→上弦水平橫桿。

2.3.7 腳手架拆除前網架定位支撐拆除

1）必須在全部網架安裝結束后進行。

2）按程序復核、驗收合格后方可進入定位支撐的卸載工序。

3）支撐卸載規范：

① 網架平面：從網架中部開始，同步向網架兩端方向。

② 網架節點：從網架端部向網架根部方向。

③ 卸載1/3后：檢查網架支座結構情況（焊接）。

④ 卸載2/3后：檢查網架支座結構情況（焊接）、整體網架結構、網架頭部撓度參數。

⑤ 全部卸載后：網架整體檢查（焊接、變形、最終撓度）。

2.4 安裝焊接工藝

2.4.1 焊接球節點焊縫收縮量

焊接球節點加套管時，每條焊縫收縮應為2～4 mm；不加套管時，每條焊縫收縮應為1～2 mm。

2.4.2 管球焊接

首先進行定位焊，焊點2～4處，確保鋼管端部和球面的環形焊縫完全吻合，焊縫長度30 mm左右。

正式焊接時，環形焊縫是以管子的垂直中心由2個半圓形的焊縫組成的，一半按照先仰焊或立焊，再平焊的順序，在仰焊或立焊及平焊處形成2個接頭，這樣可以使鐵水與熔渣分離完全，焊接熔深可以得到控制。焊接缺陷可能存在于仰焊或立焊與平焊部位，先焊的一半部位，其仰焊的起弧點及平焊的起弧點位置必須超過環形焊縫的半圓。

鋼管壁厚較薄時（4～9 mm），以坡口≥45°為宜。由于存在局部未焊透的情況，所以加強部位的高度要≥3 mm；鋼管壁厚較厚時（10 mm以上），采用圓弧坡口，鈍邊尺寸小于2 mm，內襯管單面焊接雙面成型。為保證焊縫的焊接質量，等強焊縫必須符合二級焊縫的質量要求。鋼管厚度大于4 mm時，開坡口焊接，鋼管與球壁間必須留有3～4 mm間隙，以便加襯管焊接時根部易焊透。

2.4.3 焊接質量檢驗

質檢人員應對所有焊縫進行100%的外觀檢查，并保存好記錄。嚴禁有漏焊、裂紋、咬肉等缺陷。除進行外觀檢驗外，對大中跨度鋼管網架的拉桿與球的對接焊縫，應作無損探傷檢驗，其抽樣數不少于焊口總數的20%，對內部有超標缺陷的焊縫必須進行返修，應從缺陷兩端加上50 mm作為清除部分，并以與正式焊縫相同的焊接標準進行補焊。同一條焊縫只允許有2次返修，返修后的焊縫必須進行復測，滿足探傷標準后方可視為合格，并且作好探傷檢測記錄，提供探傷報告[1-4]。

2.5 安裝過程檢驗

安裝網架過程中的質量檢驗，由安裝人員根據施工工序進行自檢，質量員組織有關人員按相關規范進行全面復檢，做好各種檢驗記錄，每道工序安裝完畢后，必須經過質量員專檢合格后方能進入下道工序施工，并辦理交接驗收手續。

2.6 涂裝

由工廠完成無機富鋅底漆2道、環氧云鐵中間漆2道。現場網架安裝完成后，先進行底漆、中間漆修補，接著進行2道聚氨酯面漆涂刷作業。

1）鋼構件的除銹和涂裝應在制作質量檢驗合格后進行。

2）構件表面采用噴砂或拋丸除銹，除銹等級Sa2.5，其質量要求應符合國家相關標準的規定。

3）不需要涂裝的部分：埋入混凝土中的鋼構件；箱形及鋼管截面內的封閉區；地腳螺栓和底板板底；被混凝土覆蓋的鋼構件表面。

4）鋼構件出廠前不需要涂防腐漆，但構件安裝后需補漆的部位：高強螺栓未涂漆部分；高強螺栓節點摩擦面，工地拼接部位及兩側100 mm；因碰撞脫落防腐漆的部位、地腳螺栓外露部位。

5）對于現場焊縫，應仔細打磨后再刷防銹漆，要求同本體部分。

6）對于運輸及施工中損壞的底漆，應手工打磨后補足底漆厚度。

3 結語

通過工程實踐，證明荊州奧林匹克體育中心看臺曲面網架所采用的施工技術，能夠克服結構施工難度大、施工工期緊張等困難，順利完成了焊接量大、跨度大的異形結構網架施工。該技術的應用不僅能滿足相關規范的要求，而且能減少高空焊接，有利于控制焊接變形，節省下部臨時支撐，縮短工期，產生了良好的社會效益和經濟效益。