曲面單層網殼精確定位分塊安裝技術應用

史 佳

(杭州市蕭山區建設工程質量監督站,浙江 杭州 311201)

單層球面網殼結構具有結構簡潔,網格劃分靈活、造型美觀,節點構造簡單、安裝方便等一系列優點,備受建筑師們的青睞。但是，由于整體穩定對缺陷敏感、施工控制難等一系列問題,大大限制了該類結構的發展。

于是，減小施工誤差帶來的幾何缺陷——即選擇合適的安裝控制技術和方法對網殼結構的空間節點準確定位、精確安裝,是保證結構的整體穩定和順利施工的關鍵。

1 安裝方案的選擇

網殼的安裝方法隨拼接方法和安裝機具的不同,主要有高空散裝法、分塊安裝法和整體安裝法,其中分塊安裝法是大型曲面網殼安裝采用常規吊裝設備,簡潔支撐實現安裝的有效方法。

杭州國際博覽中心屋面城市客廳為單層球面網殼結構,桿件為H型鋼,節點為焊接轂節點,直徑達60 m,總重約600 t,底部通過52個銷軸式鉸節點支承于屋面48.93 m標高的環形桁架上,安裝最高點標高為85.625 m。結構具有直徑大、構件數量多、安裝高度高等特點,因此采用了分塊安裝法的做法。

2 空間精確定位分塊安裝施工方法

為確保安裝的空間精度,首先使用三維設計軟件Solidworks建立球面網殼的三維模型取得各節點的空間坐標；并根據吊裝起重能力將網殼分塊,見圖1；再對不同的分塊網殼設計拼裝胎架并出具加工詳圖,然后根據模型進行測量定位,每個網殼節點下均設有專門定位十字撐；最后分塊起吊分層安裝來完成網殼的整體拼裝。

圖1 杭州國際博覽中心單層網殼分塊示意圖

杭州國際博覽中心單層網殼共分89塊,其分塊胎架設計成如圖2所示的十字型支撐胎架。使用Solidworks軟件設計的拼裝胎架見圖3、圖4。

圖2 轂節點下部的十字形支撐

圖3 拼裝胎架圖

圖4 分片單層球面網殼拼裝示意

3 網殼分塊的拼裝與焊接

按各分塊網殼拼裝加工詳圖進行分片網殼拼裝時,首先使用全站儀定位胎架節點支架,測定十字形支撐面的高程、方位和傾角并焊接牢固,復核固定后的十字形支撐的定位偏差應≤3 mm,然后放置好轂節點并點焊固定,再組裝H型桿件,組裝間隙偏差調整在±1.0 mm以內點焊固定；而后將實測拼裝節點坐標輸入計算機進行契合度復核,找出并調整偏差后進行焊接。

在地面拼裝時,節點與單根桿件焊接應遵循一定的焊接順序來減少拘束,盡量使每條焊縫能自由的收縮,以便減小焊接殘余應力。

對于桿件為H型鋼、節點為焊接轂節點的網殼結構,應先焊接桿件的腹板焊縫,再焊接下翼緣焊縫,最后進行上翼緣焊縫的焊接,見圖5。節點上的桿件均采取對稱施焊,見圖6。

圖5 轂節點上單根桿件焊接順序

圖6 轂節點上的桿件采取對稱施焊

4 網殼的分塊吊裝與整體安裝支撐

杭州國際博覽中心單層網殼安裝的臨時支撐體系見圖7。

圖7 杭州國際博覽中心單層網殼支撐的剖面示意

此網殼從上往下共分為5層,89塊,最大分塊重量為9 t,共設置4圈支撐架。第1圈支撐架為中心支撐,支撐第1層分塊球面網殼；第2圈支撐架支撐第2層和第3層球面網殼；第3圈支撐架支撐第3層和第4層球面網殼；第4圈支撐架支撐第5層球面網殼。支撐架最高35 m,各圈支撐架之間拉有水平支撐。

吊裝流程：先施工第1層和第5層,然后施工第2層,再施工第3層,最后施工第4層。

為實現網架分塊吊裝的精確定位,每分塊網殼選擇3個或3個以上節點作為安裝定位點,在定位點上設置定位托架(圖8),定位托架固定在臨時支撐上部。

圖8 分塊網殼下部定位托架示意

5 臨時支撐卸載

單層網殼安裝完成并驗收合格后,開始臨時支撐的卸載。由內向外先卸載橫向水平支撐,再卸載豎向支撐。

6 結 語

曲面單層網殼結構安裝的關鍵是保證安裝精度,減小施工誤差帶來的初始缺陷。本案采用計算機輔助3D模型定位分析與分塊吊裝等施工技術,保證了空間精確定位安裝,提高了施工質量和施工進度,形成了一套“空間精確定位分塊安裝”的施工方法和經驗。整體工程于2016年4月竣工。2017年11月榮獲“魯班獎”。