大跨度空間網殼結構體系鋼結構工程施工質量控制

韋世妍

（廣西建工集團第一建筑工程有限責任公司 廣西 530001）

1 工程概況

巴中市綜合體育館位于巴中市北龕小區（圖1），總建筑面積為60878m2。本工程鋼結構主要由一圈環形桁架、網殼及上部兩榀大型拱形裝飾桁架組成（圖2）。體育館長134.4m，寬134.4m，鋼結構由下部混凝土柱支撐，支座位置分布于環桁架下方及中間拱形裝飾桁架下方位置。環桁架下方為36個支承點，裝飾桁架下方為12個支撐點及4個拱腳，支撐點與拱腳節點均采用抗震球鉸支座連接。網殼采用球型結構布局，主要為螺栓球節點，局部維焊接球節點，網格尺寸約4m×4m，網殼厚度大部分為3m。

圖1 巴中市綜合體育館鳥瞰圖

圖2 網殼結構體系鋼結構示意圖

2 本工程施工特點及難點分析

2.1 制作加工難度高

本工程有約8000根桿件、1800個節點球，如此大數量桿件對從圖紙深化到加工制作等各個環節均產生較大壓力。因其桿件截面小，在制作精度上，對節點接頭的角度、長度以及平面彎弧控制提出了較高要求。節點作為整個網殼關鍵的承受力和傳遞力結構，為確保結構安全，需要確保構件制作質量。為此，在進行構件加工之前，需要構建相應的三維模型，并對彎扭構件所有控制點對應的三維坐標進行準確計算，并以計算結果為依據，制作配套的預拼裝和組裝胎架。

2.2 現場安裝精度控制難度高

由于本工程造型優美，風格獨特，且工程桿件數量多，空間跨度大，網殼最大跨度約125m，安裝強度高，采光頂網殼節點所在的空間位置各不相同，桿件的角度不同，致使網殼節點的牛腿方向各不相同，網殼結構有12個支座節點，通過34根支撐桿與網殼下弦球節點連接，支撐于混凝土柱頂，網殼上部通過44根支撐桿與網殼上弦28個節點球節點連接，托起上部裝飾桁架結構，每一個構件加工完成后應在施工現場進行空中對接，因不同構件有不同的空間坐標，同時空間坐標屬于三維坐標，所以對計算有很高的要求，在施工前還要進行現場放樣，這使得測量工作不僅難度大而且工作量多。

2.3 施工現場焊接量大，要求高

常規設計一般采用焊接球或螺栓球節點，為保證建筑效果，設計采用六向交接焊接節點，節點上、下底板整板下料，機加工折彎，以確保網架結構平滑過渡（圖3）。鋼結構在施工現場完成拼裝以后，不同構件應采用坡口全熔透焊接的方法，焊縫要達到相同的強度，根據一級焊縫的要求進行質量控制，這使得現場的焊接施工有很高質量要求，而且工作量很大，但實際的焊接環境卻不理想。

圖3 螺栓球及焊接球節點示意圖

2.4 施工現場組織協調難度大

圖紙深化時加大人工干預，編號按照區域、所位于網殼網格屬性（弦桿還是腹桿）以及所在軸線位置等進行編號，并將相鄰桿件捆扎打包，掛牢標牌號，發往現場；現場以滿足一周吊裝庫存量為準，安排加工構件發運工作，減少現場堆放量。構件分區存放，且不得相互疊壓。在對鋼結構進行現場安裝時，其它工種的施工一般也同時展開，這樣做的目的是加快進度，縮短工期，但這會使現場組織與協調變得十分困難。

3 嚴格把好質量關

3.1 充分做好施工前準備階段的質量控制

做好充分的技術準備工作能夠達到事半功倍的效果，施工人員十分重視鋼結構施工前的各項準備工作，重點圍繞如何確保安裝前準備階段的質量控制，切實做好以下幾方面的工作：

3.1.1 審查專業分包方的綜合資質

本工程鋼結構由專業施工單位負責分包，通過審查后發現這一施工單位的綜合實力滿足要求，具有相應的鋼結構設計與施工資質，承接類似工程經驗豐富，為施工提供有力保障和良好基礎。

3.1.2 復核并會審設計詳圖

施工詳圖是進行鋼結構制作的重要依據，在施工詳圖中需要明確各類構件的細節，包括所用材料、節點與焊縫，但對原設計圖紙而言，通常都不具備此特征，需要以構件結構為依據，同時充分結合制作與安裝施工基本要求進行細化，從而得到能轉化為工程直接進行加工的詳圖。在本工程中，鋼結構深化設計圖主要由專業鋼結構分包方負責，在完成相應的深化設計工作以后，首先，工程總承包方應積極督促專業鋼結構分包方向原設計院提交相應的詳圖，由原設計院對深化設計圖進行復核確認；其次，施工總承包方組織所有參建方對所得詳圖實施會審，重點審查詳圖是否對其它專業設置如預埋件、預埋板等方面的遺漏。

3.1.3 審查鋼結構專項施工方案

鋼結構專項施工方案，作為組織和指導施工作業的關鍵文件，工程總承包方需要對專項專業方案予以深入核查，主要是對專項方案的針對性、程序性與符合性進行重點審查。①按有關規定，危險性較大的分部、分項工程，在工程施工前還應在施工組織設計的基礎上編制專項施工方案，超過一定規模的危險性較大的分部、分項工程，承包方還應組織專家對專項施工方案進行論證，故本工程鋼結構專項施工方案必須進行專家認證；②專項施工方案編制必須充分考慮工程基本特點，并分析所處環境及管理方法，要有良好的可操作性；③符合性審查的內容為：與施組設計直接相關的結構受力、工藝方法、技術手段及安全措施等，必須符合國家有關強制性標準和規范。

3.1.4 審查施工作業人員資格及機械設備

主要是審查特殊工種施工人員特種作業證和技術等上崗證書，對本工程技術焊接工人要組織專門的培訓及考試，熟悉不同的焊接設備、不同的焊接工位、不同的環境和各種不同的焊接工藝。本工程開始前對焊工及其他工種進行專門培訓，并取得相應的資格證書或上崗證。對于超聲波探傷人員必須持有中國機械工程學會無損檢測學會的技術資格證書，設備審查主要是對關鍵設備所處狀態進行檢查，相關檢修和保養記錄完善與否等。

3.2 制作過程中的質量跟蹤控制

在制作過程中，專職質檢員必須對各個制作環節進行監督，如材料使用、機械設備運行狀況、上崗人員變化、執行工藝指導書情況，以及操作方法等方面，實行跟蹤監控。發現有違規和影響工程質量的情況，應立即要求改進和處理。

3.3 嚴格做好網殼結構安裝的質量控制

空間網殼結構安裝是鋼結構工程中的重要環節之一，它主要包括網殼結構的定位、空中吊裝、焊接以及涂裝等。在現場安裝中，施工人員應重點做好以下幾方面工作：

3.3.1 網殼結構的定位放線、變形監測

定位放線主要包括：地面預拼裝的定位、吊裝焊接過程的空間定位、鋼結構焊接后以及加載過程中的變形觀測。審查測量方案是否合理，測量儀器是否在校準期內，使用的測量基線是否準確，定位放樣計算是否正確。同時，還應對現場的測量基線、放樣的軸線與標高進行復測，對變形進行嚴密監測。

3.3.2 焊接質量控制

（1）焊接工藝評定

構件加工制作前，對首次據本工程鋼結構的設計節點形式、鋼材類型、規格、采用的焊接方法、焊接位置等，制定焊接工藝評定方案，擬定相應的焊接工藝評定指導書，并按指導書要求指導焊工進行焊接工藝評定試件的施焊。然后由具有相應資質的檢測單位進行檢測試驗，并出具焊接工藝評定報告（PQR）。根據焊接工藝評定報告（PQR）制定相應的焊接工藝規程（WPS），用于指導焊接施工。焊接工藝規程應詳細的反應應用的各種焊接方法、接頭形式、焊接位置、焊接參數、預熱范圍及溫度、焊腳尺寸、層間溫度控制、消除應力措施等各項必需要素。

（2）焊接變形控制

①在進行構件或組合構件的裝配和部件間連接時，以及將部件焊接到構件上時，采用的工藝和順序應使最終構件的變形和收縮最小。

②構件裝配焊接時，應先焊預計有較大收縮量的接頭，后焊預計收縮量較小的接頭，接頭應在盡可能小的拘束狀態下焊接。

③對于預計有較大收縮或角變形的接頭，可通過計算預估焊接收縮和角變形量的數值，在正式焊接前采用預留焊接收縮裕量或預置反變形方法控制收縮和變形。

④對于組合構件的每一組件，應在該組件焊到其它組件以前完成拼接；多組件構成的復合構件應采取分部組裝焊接，分別矯正變形后再進行總裝焊接的方法降低構件的變形。

⑤對于焊縫分布相對于構件的中性軸明顯不對稱的異形截面的構件，在滿足設計計算要求的情況下，可采用增加或減少填充焊縫面積的方法或采用補償加熱的方法使構件的受熱平衡，以降低構件的變形。

3.3.3 涂裝質量控制

鋼結構的防腐與耐久性與修護費用有直接關系，對鋼結構的壽命與安全會造成影響。防腐處理主要分成以下兩部分：①在加工制作完成，如噴砂除銹、底漆處理和中間漆處理；②在施工現場進行涂裝，如焊縫防腐與面漆涂裝，因現場的涂裝條件相對較差，所以施工方必須嚴格控制，特別是對涂裝環境溫濕度控制、涂料配比控制、涂裝時間控制、涂裝厚度控制等。

4 結束語

大跨度空間網殼鋼結構體系具有造型優美，風格獨特、結構輕盈且工程質量易于保證。隨著我國現代化大跨度空間網格技術的應用與發展，應用范圍日益擴大，越來越多大型公共建筑尤其是大跨度空間網殼鋼結構建筑已被廣泛地應用到工業與民用建筑中。其施工質量直接關系到工程結構的安全，作為施工現場管理人員，需要熟悉掌握相應的各類施工規范，切實做好施工質量控制，在實際工作當中不斷積累和總結經驗，提高對大跨度空間網殼結構體系鋼結構工程的專業管理能力。

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