大跨度空間雙曲面螺栓球網(wǎng)架施工技術(shù)

楊 海 波

(陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710000)

1 工程概況

漢中東辰外國語學(xué)校一期建設(shè)項(xiàng)目(EPC)工程總承包，建設(shè)地點(diǎn)位于陜西省漢中市南鄭區(qū)龍崗新區(qū)，北臨龍崗大道，南臨龍崗二路，西臨梁山三路，東臨梁山二路。項(xiàng)目一期建筑面積約為97 700 m2，總投資12億元，由漢中市城市建設(shè)投資開發(fā)有限公司建設(shè)，其中10號(hào)風(fēng)雨操場工程(如圖1所示)建設(shè)投影面積約5 000 m2，建筑造型為“蛋殼”形。10號(hào)風(fēng)雨操場為空間螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，網(wǎng)架類型為正放四角錐，下懸支撐。8根鋼柱懸挑支撐。網(wǎng)架長150 m，寬53 m，建筑高度最高點(diǎn)32 m，最低點(diǎn)12.5 m。其中網(wǎng)殼厚度2.82 m，含鋼量為43.6 kg/m2。鋼柱是φ1 600×20 mm的無縫圓管，設(shè)計(jì)采用預(yù)埋錨栓+混凝土的固定方式。±0.00 mm以下埋深4 m，外包鋼筋混凝土，內(nèi)灌C40無收縮細(xì)石混凝土。

2 工程施工難點(diǎn)分析

2.1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，風(fēng)壓影響大

網(wǎng)架組成空間殼體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)基本頻率低，阻尼比小，而且各階振型頻率十分接近，受強(qiáng)風(fēng)作用影響較大，我國現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載規(guī)范尚不能涵蓋漢中東辰外國語學(xué)校風(fēng)雨操場這種位于特定風(fēng)場的大跨結(jié)構(gòu)。因此，通過風(fēng)洞試驗(yàn)測試結(jié)構(gòu)的表面風(fēng)壓，進(jìn)而通過數(shù)據(jù)處理與計(jì)算分析后得到結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)、等效風(fēng)荷載，是該大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)所必需的技術(shù)手段與設(shè)計(jì)步驟。

2.2 大跨度、雙曲面、高差大、施工難度大

鋼柱間距最大跨度39.9 m，網(wǎng)架為雙向曲面懸挑結(jié)構(gòu)，施工高差大，空間定位放線難度大，為了滿足需要，精細(xì)的深化設(shè)計(jì)工作，合理的制作工藝以及較強(qiáng)安裝能力是確保本工程的關(guān)鍵。其次是安裝基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇、放線的順序、測量的誤差等都需要科學(xué)、合理的控制。還有屋蓋網(wǎng)架的拼裝精度，由于拼裝精度受滿堂腳手架荷載變化及溫度變化等多方面因素的影響，拼裝的質(zhì)量將直接影響到工程的質(zhì)量。

3 螺栓球網(wǎng)架施工方案

大跨度雙曲面正放四角錐節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架采用滿堂支撐腳手架+格構(gòu)式支撐架的施工方法。工廠加工、現(xiàn)場拼裝、高空懸挑散裝。安裝順序：低空外擴(kuò)安裝，由東側(cè)最低點(diǎn)向西側(cè)最高點(diǎn)進(jìn)行安裝，先安裝中區(qū)(第一部分)，然后安裝南、北兩側(cè)(第二部分)，每個(gè)獨(dú)立分區(qū)的安裝順序均由一側(cè)向另一側(cè)推進(jìn)安裝，向前移動(dòng)循環(huán)支撐胎架，再安裝、再移動(dòng)，直至全部主結(jié)構(gòu)安裝完成。

3.1 滿堂支撐腳手架搭設(shè)

采用局部滿堂承重腳手架支撐，在4軸/B軸，C軸之間采用φ48×3.5 mm鋼管支撐體系，腳手架寬16.5 m，長度49 m，架體呈階梯狀布置，最高點(diǎn)15.6 m。在腳手架體四周設(shè)置5道纜風(fēng)繩，纜風(fēng)繩規(guī)格φ24鋼絲繩，穩(wěn)固架體，增強(qiáng)架體的穩(wěn)定性,纜風(fēng)繩與地面夾角為45°。

3.2 起步單元滿堂腳手架網(wǎng)架安裝

腳手架上面鋪設(shè)施工操作平臺(tái)，在工作平臺(tái)上搭設(shè)鋼板胎架對下弦螺栓球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位(如圖3所示)，千斤頂支撐調(diào)整。每個(gè)球節(jié)點(diǎn)均需進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際三維定位。網(wǎng)架設(shè)計(jì)采用的是球心坐標(biāo)，將設(shè)計(jì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場實(shí)際坐標(biāo)，采用全站儀進(jìn)行定位測量。作為起步單元，由固定端(即支座部分)開始，向另一端(或懸臂端)逐條逐間順序安裝，同步測量復(fù)核檢查，調(diào)整誤差，避免積累誤差過大。單元間拼裝完成時(shí)，采用倒鏈和千斤頂進(jìn)行安裝精度調(diào)整和校正。網(wǎng)架下弦球安裝3跨后，在滿堂架體前方、后方設(shè)置地錨，采用倒鏈將網(wǎng)架整體牽拉，避免網(wǎng)架整體前傾(如圖4所示)。

3.3 外側(cè)懸挑網(wǎng)架施工安裝

3.3.1制作、安裝格構(gòu)式支撐架

外側(cè)網(wǎng)架采用高空散裝，加設(shè)格構(gòu)式支撐架，螺栓球桿件拼裝成錐體采用吊車在高空安裝，支撐胎架現(xiàn)場加工制作(如圖5所示)。

支承胎架ZC-1橫截面為2.4 m×2.4 m的矩形，豎向分格為2 m，四根鋼柱采用方通B120×8 mm，胎架腹桿和橫隔斜撐均采用方通B80×6 mm，頂部平臺(tái)橫梁采用HM390×300×10×16，材質(zhì)均為Q235B。支承胎架ZC-2橫截面為2.0 m×2.0 m的矩形，豎向分格為2 m，四根鋼柱采用圓管121×8 mm，胎架腹桿和橫隔斜撐均采用圓管63.5×4.5 mm，頂部平臺(tái)橫梁采用HM390×300×10×16，材質(zhì)均為Q235B。

白色區(qū)域?yàn)槟_手架搭設(shè)區(qū)域(如圖6所示)，深灰色方格為固定式支撐架，黑色方格為循環(huán)式支撐胎架。施工過程中部分支承胎架置換施工，共需17個(gè)支承胎架，其中6個(gè)為移動(dòng)式循環(huán)支撐架。

3.3.2臨時(shí)格構(gòu)式支撐架驗(yàn)算

根據(jù)施工工況分析計(jì)算得到各個(gè)支撐點(diǎn)的反力，其中最大反力19 kN。以此為依據(jù)對臨時(shí)支撐架進(jìn)行承載力驗(yàn)算，格構(gòu)式支撐架體采用MIDAS進(jìn)行有限元分析驗(yàn)算。確保施工過程中臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的受力安全。由承載力驗(yàn)算可知，桿件最大應(yīng)力比為0.704，滿足要求。

3.3.3支撐架安裝、網(wǎng)架懸挑施工

大跨度雙曲面正四角錐節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架低空外擴(kuò)安裝，由東側(cè)最低點(diǎn)向西側(cè)最高點(diǎn)進(jìn)行安裝，網(wǎng)架下弦球網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)間3.325×2.96 m，格構(gòu)架支撐點(diǎn)采取2+3+4+3(鋼柱頂)，根據(jù)圖紙?jiān)诰W(wǎng)架投影地面上放出胎架的定位線進(jìn)行格構(gòu)架安裝，下弦球支撐。

1)胎架標(biāo)高控制定位。鋼網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)為空間多維復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)架設(shè)計(jì)中采用的是球心坐標(biāo)，將設(shè)計(jì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場實(shí)際坐標(biāo)。將三維設(shè)計(jì)圖導(dǎo)入模型中進(jìn)行擬合，結(jié)合大地坐標(biāo)，將設(shè)計(jì)坐標(biāo)與大地坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。施工現(xiàn)場球節(jié)點(diǎn)均需進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際三維定位，采用全站儀進(jìn)行定位測量安裝。針對本工程特點(diǎn)，在鋼柱柱頂上架設(shè)儀器觀測站(點(diǎn))進(jìn)行鋼網(wǎng)格各節(jié)點(diǎn)件及節(jié)點(diǎn)間桿件的測量定位。

本工程采用芬蘭Tekla軟件，利用Tekla建立三維模型，在模型里建立空間坐標(biāo)體系，以鋼柱柱頂中心點(diǎn)作為空間(0,0,0)坐標(biāo)原點(diǎn)，采用點(diǎn)坐標(biāo)的方式，抓取空間坐標(biāo)點(diǎn)，從而控制胎架的相對標(biāo)高。

建立三維空間模型—建立空間三維坐標(biāo)系—提取支撐架球節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，換算支撐架的相對標(biāo)高。

2)網(wǎng)架懸挑施工。網(wǎng)架懸挑安裝滿堂架體第1排下弦球后，開始安裝第一排格構(gòu)式支撐架，采用纜風(fēng)繩拉設(shè)固定。支撐架采用汽車吊進(jìn)行安裝、校正，4道纜風(fēng)繩拉設(shè)固定。纜風(fēng)繩采用φ12鋼絲繩，拉設(shè)與地面夾角45°，上方綁扎至H型鋼梁上，下方采用混凝土預(yù)埋件的拉結(jié)方式。

在安裝網(wǎng)架放線時(shí)以球節(jié)點(diǎn)的定位點(diǎn)來進(jìn)行網(wǎng)架的定位放線。根據(jù)球心標(biāo)高，利用水準(zhǔn)儀調(diào)整胎架標(biāo)高，并在胎架上部鋼板上放出球的平面位置線。鋼板上放出螺栓球節(jié)點(diǎn)定位線，設(shè)置鋼板支撐箱+千斤頂+U托管進(jìn)行下弦球支撐固定(如圖7所示)。

核心區(qū)網(wǎng)架安裝完成，開始拆除移動(dòng)式臨時(shí)支撐架體4個(gè)，以循環(huán)使用。架體拆除完成后，由核心區(qū)向南、北兩側(cè)進(jìn)行懸挑安裝。

按照此方法遞進(jìn)安裝，安裝過程中隨時(shí)復(fù)測定位球節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置和網(wǎng)格尺寸以確保整體安裝精度，對于偏移超過允許偏差的球節(jié)點(diǎn)，利用千斤頂、倒鏈、電動(dòng)葫蘆等進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)根據(jù)調(diào)整后的測量數(shù)據(jù)，在安裝下個(gè)單元時(shí)進(jìn)行反誤差的調(diào)整，確保網(wǎng)架安裝整體尺寸精度達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，直至網(wǎng)架安裝整體結(jié)束(如圖8所示)。

4 結(jié)語

漢中東辰外國語學(xué)校10號(hào)風(fēng)雨操場大跨度雙曲螺栓球網(wǎng)架的主結(jié)構(gòu)施工完成后，其網(wǎng)架安裝施工技術(shù)措施對保證工程施工質(zhì)量和施工進(jìn)度起到重要作用，得到了業(yè)主和監(jiān)理的一致好評，確保了項(xiàng)目建設(shè)工期，同時(shí)我們積累了工程施工經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)行業(yè)內(nèi)同類型的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工提供參考。