超高層建筑自由曲面單層網殼屋頂安裝施工

鄧海峰

摘 要：本篇文章主要以某城市廣場為例，并且使用曲面單層網殼的方法對超高層建筑進行合理討論，依據施工企業在安裝中出現的問題做出相關分析，并且為了能夠處理此類問題的發生，使用了桁架分段高空拼裝的方法做好恰當的研究，從而給安裝精度提供了保證。筆者依據自身經驗結合實際情況，提出了合理建議提供給相關人員，互相學習交流，僅供參考。

關鍵詞：超高層建筑；自由曲面；網殼結構；屋頂桁架分段拼裝

在超高層建筑的不斷發展中，相關企業采取自由曲面單層網的形式進行恰當的安裝，從而能夠從整體上提高建筑的整體品質，確保施工能夠順利進行。本篇文章主要以某城市廣場為例，筆者依據自身經驗結合實際情況，提出了合理建議提供給相關人員，互相學習交流，僅供參考。

1 工程概況

某城市廣場工程位于某地區工業園區域以南，大道南向北，相關河流以被，總體建筑面積大約31.6萬平方米。工程地下2層，地上由3撞塔樓以及有關裙房一起構成。辦公塔樓45層，高度236.8米，通過利用核心筒鋼框架的結構建造而成的；酒店塔樓40層，高度171.6米，時通過使用外框架勁性結構組成的。3幢塔樓的屋頂時采取自由曲面單層網殼結構的設計形式。

2 網殼屋架特點及組成

2.1 網殼結構特點

兩塔樓屋頂時采取網殼的結構，其基本形狀為下面的位置是采取橢圓形的形狀，上面的部分是利用長方形的形狀，并且下面總體的結構和上面的總體結構之間進行對比，是上部結構較小些，呈現出碗狀的形態特征。相關人員在底部設置了一道類似橢圓形的鋼圈梁，而且頂部外邊和鋼梁之間進行恰當的連接，在西南方向有混凝土柱進行支撐，東北方向沒有環梁支撐，跨度32.7米，標準高度范圍在151.369～166.548m之間，采取空間扭曲網殼體的形式作為建筑結構。

2.2 網殼鋼構件組成

屋頂碗狀網殼除了頂部的部分是采取箱型構件和對應的鋼管進行有效結合的方式以外，其它都是應用空間彎曲鋼管，由于鋼管出現彎扭的現象，從而形成了恰當的網殼結構。西南向頂圈梁為550mm×300mm×40mm+Φ355mm×15mm（半圓管），東北向頂圈梁為550mm×300mm×40mm+Φ227mm×15mm（半圓管），次管為Φ105mm×9mm，主管為Φ205mm×12mm，底部環管為Φ221mm×13mm。

2.3 焊接材料

鋼材材質主要以Q345B為主要材料，采取E5015的手工焊條，Φ3.2mm、Φ4.0mm。相關人員針對二氧化碳焊絲挑選時，應當使用藥芯焊絲E501T-1，Φ1.2mm。

3 主要技術應用點

3.1 構件加工制作

因為網殼結構桿件存在很多種，并且相關的節點對構建加工有很多的要求，相關人員在對圖紙進一步設計過程中，應當采取某一國家的機器設備，能夠對數字化虛擬進行很好的建模，并且采取計算機的相關設計，將指令輸出，從而達到無圖紙化加工的效果，提高構件在加工過程中的整體品質。

3.2 測量技術

（1）滿堂腳手架搭設前，按照設計圖紙在樓層上確定投影基準點，投影基準點在選擇時，應盡量確保垂直傳遞的視線通視，與樓層主梁相避讓。在樓層面的四角設置4個投影基準點，并要保證每個基準點可通視相鄰2個基準點。根據CAD放出的分塊圖投影1∶1在樓面放出實線。

（2）拼裝過程中每個拼裝單元，利用CAD模型圖紙，確定各個節點坐標，現場根據CAD放樣的三維坐標通過全站儀坐標測量法來控制網殼形狀及位置。

4 施工工藝流程

施工工藝流程：鋼結構深化設計→網殼結構分塊編號→構件加工、運輸→測量放線→安裝底部環梁→滿堂腳手架搭設→安裝頂部環梁→分段桁架工廠拼裝、運輸→東西兩側主桁架對稱安裝、桿件補缺→南北兩側主桁架對稱安裝、桿件補缺→東西兩側桁架向南北兩邊對稱擴展安裝→焊接節點補漆→防火涂料施工→工程質量驗收→拆除滿堂腳手架。

5 主要施工階段

5.1 網殼結構實線引測

第1步：放實線方法：取四角點定位，形成一個長方形。以投影分塊線逐條放投影實線等基準測量線，將每片網殼桁架的控制點投影到樓板上。

第2步：安裝頂部四周鋼梁，鋼梁位置確定使用全站儀將軸線引至頂部，控制鋼梁水平與標高位置。

第3步：四邊以中間分塊為中心，逐塊向上安裝至頂部，形成四邊中間形成網殼，整個網殼初步形成穩定體。逐塊安裝測量，安裝時用全站儀測量安裝網殼桁架主桿的空間位置，并用垂準儀或線錘復核桁架端部是否與樓層上投影點相符。

第4步：由于中間分塊到頂已形成穩定體、兩邊分塊從下往上安裝有了依靠，安裝分塊時全站儀引線向上，只控制單邊一頭上下兩點的空間位置，逐塊到頂，并用垂準儀或線錘復核桁架端部是否與樓層上投影點相符。最后補缺四角，形成整體。

5.2 網殼結構安裝流程

（1）安裝底環梁，滿堂腳手架搭設；（2）安裝頂環梁（東西側頂環梁腳手架局部加強）；（3）對稱安裝東西兩側主桁架；（4）安裝東西兩側主桁架之間的補缺構件；（5）對稱安裝東西兩側擴展桁架及補缺構件；（6）自下而上對稱安裝南北兩側主桁架及補缺桿件；（7）東西兩側桁架向南北兩側擴展安裝，與南北兩側主桁架對接，補缺桿件。

5.3 網殼結構鋼管焊接施工

（1）鋼管對接焊縫：鋼管對接采用全熔透、雙面坡口對接焊縫，焊縫質量等級為一級；（b）鋼管相貫線焊縫可以理解為是主管和支管之間的連接焊縫就是鋼管相貫線焊縫，相關人員應當沿著全周進行不間斷的焊接并且要保持平滑過渡，相關焊縫等級也存在一定的不同，依據有關焊縫標準而定；（c）倘若不同的支管一起交于一節點的情況下，并且支管同時處于相貫的狀態，相關人員應當先對管壁厚或者是支管直徑大的進行焊接；（d）圓鋼管相貫時，支管端部的相貫線焊縫位置沿支管周邊分為A（趾部）、B（側面）和C（踵部）3個區域。相貫線焊縫按以下原則處理：當支管壁厚≤6mm，采用全周角焊縫；當支管壁厚>6mm時，所夾銳角θ≥75°時，采用全周帶坡口的全熔透焊縫；當支管壁厚>6mm時，所夾銳角θ<75°時，A、B區采用帶坡口全熔透焊縫，C區采用帶坡口部分熔透焊縫（θ<35°時，可采用角焊縫），各區相接處坡口及焊縫應圓滑過渡；多管相貫時，其軸線相交點與主軸線的允許偏心值應≤d0/4，（d0為主管直徑）。

6 結束語

總而言之，某城市中的主塔樓在利用網殼結構的條件下，通過使用上述所說的桁架高空拼裝的形式進行安裝以后，分段桁架采取運輸的方式能夠在現場直接進行吊裝，避免現場出現混亂的情況。將網殼結構桿件數量較多、焊接工作量難度大等一些方面的問題做出了恰當的處理。分段桁架通過工廠拼裝的形式，能夠在一定程度上提高焊接的整體水平。相關企業將加工軟件以及相關設備應用到了構件加工中，不但可以對網殼桿件的加工品質做出保障，而且還加強了安裝的品質。

參考文獻

[1]陳志華，陳濱濱，閆翔宇，劉紅波，于敬海.空間桁架拱支單層橢球面網殼結構設計與分析[J].建筑結構，2014（10）.

[2]李放.某雙層球面網殼結構設計[J].山西建筑，2014（07）.

[3]李煥龍.自由曲面網殼合理殼面及其應力控制研究[J].山西建筑，2014（09）.