大面積異形混合節點鋼網架安裝技術研究

胡鐵厚，李永明，錢英育，高領寬，陳東旭

（1.中國建筑第八工程局有限公司，上海 200112；2.浙江江南工程管理股份有限公司，杭州 310007）

1 引言

大空間異形網架混合結構是一種由不同材料結構體系組合而成的混合結構體系,上部屋蓋往往采用鋼網架結構體系,下部則多采用鋼筋混凝土結構體系[1]，焊接空心球和螺栓球混合使用是目前鋼網架施工中常用的節點形式。

對于大型網架安裝工程的北京首都機場T3B航站樓屋蓋是大跨度雙曲面抽空三角錐混合節點網架結構，與鄭州大劇院屋蓋類似。采用了邊桁架首先安裝，然后內部網架跟進安裝，邊桁架采取在地面拼裝、地面驗收的施工方法。采用吊機進行分段吊裝，高空就位，內部曲面網架為螺栓球桿連接和焊接球桿連接相結合，采用高空散拼的安裝方法[2]。山西孝義體育館混合節點鋼網架工程采用高空散裝累積提升和空間定位相結合的方法[3]。廣西荔浦體育館鋼結構網架屋面、南京青奧體育公園室內田徑館鋼網架采用高空散裝法，從一側向另一側進行安裝[4，5]。南寧東站屋蓋網架鋼結構工程采用了網架結構累積提升結合水平張拉的施工技術[6]。

鄭州大劇院屋面網架投影面積約16000 m2，網架采用正交四角錐、斜交四角錐、三角錐及下弦局部抽空等結構形式。舞臺及音樂廳、觀眾廳上空集中了大量焊接球，其余位置主要是螺栓球加少量焊接球混合使用，整體外觀呈異形，網架開始安裝時，下方土建專業墻、樓板等基本已經成型，大型吊裝設備交通受阻，場地條件非常受限，安裝難度大。

鑒于此，大劇院采用了合理選擇起步單元，設置臨時支點，逐步向四周擴展散裝的整體路線；將網架分為A、B、C三個區，每個區域內先施工焊接球網架，后施工螺栓球網架；螺栓球網架安裝時采用模塊化拼裝技術；在場地受限，施工環境復雜的情況下，搭設滿堂腳手架形成大面積操作平臺。

2 起步單元選取

大劇院總體分為A、B、C三個區，根據工程特點，將屋面平板網架結構再劃分六個區進行施工，選一區作為起步單元，按照一至六區的順序搭設滿堂腳手架作為操作平臺，進行高空散裝法施工，如圖1所示。

圖1 屋面平板網架分區示意圖

3 螺栓球臨時支點設置

使用MIDAS GEN軟件對網架安裝過程中各種受力變形狀態下的撓度進行了模擬計算，結果未設置臨時支點時網架變形撓度范圍為93.895～176.879 mm，超出了規范規定的網架的撓度值不得超過設計值（113.3 mm）的1.15倍（130.3 mm）的硬性要求，而加設臨時支撐點后模擬計算顯示撓度值范圍為12.392～28.321 mm，符合規范要求。通過軟件模擬，確定臨時支點布置位置如圖2所示。

圖2 臨時支點布置圖

臨時支點材料選用φ140 mm，Q235B。在滿堂腳手架放線的同時，一并放線布置好臨時支點，設置于下弦球水平投影位置處，腳手架操作平臺上方。為保證腳手架整體剛度，在立桿加密之間設置水平連接，并與滿堂腳手架連接，如圖3所示。

圖3 臨時支點示意圖

4 起步單元網架安裝

放線→安裝支座→搭設臨時支點→安裝下弦平面網格→安裝腹桿四角錐→安裝上弦桿→調整、焊接→支座焊接、檢驗。

先安裝支座，再安裝下弦一榀網格，然后依次為腹桿和上弦桿，邊安裝邊測量定位，如中間有桿件放入困難，可用千斤頂微頂網架下弦球調節后放入。安裝時應墊實下弦球，確保下弦節點穩定不產生位移，同時邊安裝邊用全站儀對各控制節點進行測量定位。

一區起步單元安裝完成后，即可將工作面展開，陸續散裝其他單元。

5 混合節點施工

本網架工程節點包含了焊接球與螺栓球（見圖4、圖5）。總的安裝原則為先焊接球網架施工，后螺栓球網架施工，當焊接球網架部分全部焊接完成并檢驗合格后，再進行周邊螺栓球網架的安裝。

圖4 焊接球節點

圖5 螺栓球節點

5.1 焊接球施工

1）放球：將已驗收的焊接球，按規格、編號放入安裝節點內，同時應將球調整好受力方向與位置。一般將球水平中心線的環形焊縫置于赤道方向。

2）放置桿件：將備好的桿件，按規定的規格布置鋼管件。放置桿件前，應檢查桿件的規格、尺寸以及坡口、焊縫間隙，將桿件放置在2個球之間，調整間隙，點固。

3）焊接：先下弦節點，后上弦節點，從中間向兩側擴散施焊。每個節點所有焊縫第一遍焊接完成后再焊接第二遍，以防止應力集中造成網架變形。

5.2 螺栓球施工

螺栓球部分先提前拼裝為模塊，單元模塊由兩種形式：一種形式為1個螺栓球、2根上弦桿和2根腹桿組成；一種形式為1個螺栓球、2根下弦桿和2根腹桿組成。拼裝時應將單元模塊節點球處的所有螺栓全部擰緊，利用塔吊吊裝就位進行整體拼裝。

先安裝下弦單元模塊，當整排下弦模塊安裝完后，再進行后一排的上弦模塊安裝，整排上弦模塊安裝完后，再進行下一排的下弦模塊安裝，如此交替安裝直至安裝完成。

6 臨時支點拆除

A區、B區、C區同時卸載（拆除臨時支點），完成整個過程，卸載過程用千斤頂在卸載點位置向上微頂，割除支承點鋼管，卸載應幾組支點同步下降，分區分階段按比例的拆除支撐點，保證網架卸載的同步，如圖6所示。

圖6 卸載分區示意圖

網架支點拆除過程中需對網架進行變形監測，主要監測網架撓度變化情況，網架施工完成后也需定期進行網架的變形監測，重點監測跨度較大區域網架變形，做好記錄，分析相應區域的沉降和位移，當發現變動較大時，立即進行矯正。

7 結論

1）通過合理劃分施工區域，選擇起步單元，使工作面有序展開。

2）采用MIDAS軟件進行模擬計算，準確確定臨時支點位置。

3）將焊接球區域網架安裝完畢后向四周輻射安裝螺栓球網架。

4）采用單元模塊化拼裝，提高了工作效率。

5）安裝過程中采用臨時點支撐形式，減少了大量支撐的搭設，節約了鋼材，降低了成本。