空間波浪形多跨螺栓球節點網架施工技術

于海祥，左相飛，李治強

（重慶建工集團股份有限公司，重慶 401122）

0 引言

近年來，城市化進程迅速推進，圖書館、展覽館、體育館等大跨度、大空間的建筑需求日益增加，鋼結構以其強度高、韌性好、自重輕、抗震性能好以及裝配化程度高等一系列優點，得到了廣泛的發展和應用。然而螺栓球網架結構施工精度要求高，受力工況復雜，本文依托實際項目，總結螺栓球網架施工工藝方法，以期為類似工程提供參考。

1 項目概況

某項目總建筑面積7071.71m2（其中：長76m，寬60m），地下一層、地上一層（局部兩層），最大建設高度為19.6m。屋面為螺栓球網架，網格形式為正放四角錐，支座采用平板支座。鋼管材質均為Q345B，螺栓球為45#鋼。該項目網架平面為矩形，網架跨度為37.7+36.7m，長度為58.4m，網架矢高2.2m，網架從1 軸至11 軸呈曲線形狀。網架四周支座為鋼筋混凝土牛腿，中間支座為鋼筋混凝土柱頂，其布置詳見圖1、圖2。

圖1 網架平面布置圖

圖2 網架正立面圖

2 項目主要重難點分析

（1）屋面網架整體為單曲面，施工質量控制難度大，需空間三維定位，測量復雜，精度要求高。

（2）因場地受限，鋼網架起步基本單元分為兩片進行吊裝，在空中對接后，再整體落位，技術要求高、施工難度大。吊裝方法的選擇不僅應在技術上和安全上切實可行，而且還應兼顧經濟適用、合理有效的原則。

（3）網架吊裝安全及高空散裝的安全措施較難實施，如何采用經濟合理的技術措施來保證施工安全，是工程的重中之重。

（4）網架吊裝及散裝過程構件受力工況復雜，須與設計最終成型后受力工況統籌考慮。

3 施工方法的確定

螺栓球網架安裝方式通常采用分片安裝法、整體吊裝法、滿堂支架法、滑移法、整體頂升法和高空散裝法。安裝工藝方法各有特點[1]，如表1 所示。

表1 螺栓球網架安裝通常方式

根據現場實際情況及工期要求，項目屋面采用高空散裝法施工（起步基本單元采用分片吊裝）。

4 屋面網架安裝

4.1 網架安裝思路

根據網架支承點布置及現場實際情況，將J 軸—G 軸區域網架分為兩個單元模塊，即J—G 軸/1/5—11 軸為單元模塊一，J—G軸/1—1/5 軸為單元模塊二，詳見圖3。兩個單元模塊在地面拼裝完成，吊裝就位作為起步基本單元（即J—G 軸網架作為起步基本單元）。再由G 軸向A 軸方向在塔吊輔助下逐跨進行高空散裝，由J 軸向L 軸方向在吊車輔助下進行高空散裝，直至完成網架安裝。

圖3 起步基本單元吊裝分塊示意圖

單元模塊地面拼裝順序：散件卸貨→編號清理→螺栓球清理→測量定位→胎架制作→網架節點定位→螺栓球定位安裝→下弦桿安裝→腹桿安裝→頂部螺栓球安裝→上弦桿安裝→緊固→整體檢查與驗收。

網架施工順序：起步基本單元地面拼裝→基礎復核→安裝支座→臨時支撐→起步基本單元吊裝→臨時支撐→高空散裝→調整、緊固→支座焊接與驗收。

4.2 起步跨地面拼裝

首先在地面放出下弦球位置，根據網架設計相對標高按照1:1 制作胎架，胎架采用φ89 的圓管作為支撐并用水平桿和斜桿進行加固，使之成為一個穩定體系；從支座位置開始拼裝，拼裝按圖紙單元依次進行平行延伸。為保證拼裝的精度，減少積累誤差。組裝順序如下：放線（驗線）→布置胎架→放置下弦節點墊板→完成4 個下弦螺栓球節點及節點間的下弦桿安裝定位→繼續安裝下弦螺栓球及下弦桿→安裝上弦螺栓球節點和腹桿→完成上弦螺栓球節點間的上弦桿。

4.3 吊裝工況確定

（1）吊點設置

吊點設置須考慮吊裝工況下各桿件內力均衡，并與安裝完成后正常使用狀態下網架受力工況接近。該工程吊裝時采用4 個吊點，吊點設置于網架上弦螺栓球位置。

（2）吊裝工況計算

該工程充分發揮EPC 工程總承包優勢，設計人員采用3D3S 14.0 版本對吊裝單元模塊工況、散裝工況、臨時支撐等進行安全驗算，吊裝工況應力比云圖詳見4、圖5。網架桿件最大強度應力比0.58，滿足網架模塊吊裝施工要求。

圖4 吊裝單元網格模塊一吊裝工況應力比云圖

圖5 吊裝單元網格模塊二吊裝工況應力比云圖

4.4 吊車選型

單元模塊一重量21.32t，單元模塊二重量17.82t，經查詢QAY400K 汽車式起重機參數，在其主臂長度57.4m、吊裝半徑28m 時可吊重24.1t，故該工程選擇兩臺QAY400K 汽車式起重機進行吊裝。

4.5 臨時支撐

首先在J、H、G 軸/4、8 處分別設置臨時支撐，臨時支撐主立管采用φ219*6 的焊管進行支撐，底部采用2 根2.0m 長的H250形成十字支撐。立管與立管之間的連接采用法蘭盤加8 套10.9 級M22*95mm 高強螺栓連接，頂部立管采用直徑為40mm 厚的鋼板進行封堵，頂部用頂升能力達180mm 的YQ-30 型液壓千斤頂（頂推能力達到30t）處理，每根臨時支撐采用4 根16mm 鋼絲繩進行斜拉穩固。采用3D3S 14.0 版本，對臨時支撐強度和穩定性進行驗算，其結果滿足要求，詳見表2。

表2 設計驗算結果表(強度和整體穩定)

起步基本單元模塊吊裝完成后，中間區域支撐（2#、5#臨時支撐）頂部的液壓千斤頂緩慢泄壓，在泄壓過程中觀察網架架體的平整以及底部的撓度值，待架體完全穩定后，拆除支撐2#、5#支撐，向4 軸、8 軸的下一跨安裝點移動、支設。待下一跨安裝完成后，同理拆除3#、6#支撐移至再下一跨安裝點，如圖6 所示。

圖6 臨時支撐移動布局圖

4.6 起步基本單元吊裝

（1）起步基本單元模塊地面拼裝完成后，對網架的幾何尺寸進行復核，確認無誤后方可進行吊裝。

（2）將鋼絲繩通過卸扣固定于網架上的弦球上，隨后用吊車將網架吊裝模塊速吊至離地面1m 左右高度，檢查索具是否牢固及觀察整個網架吊裝模塊在空中的自由伸展狀況，此時的網架吊裝模塊變形需滿足吊裝要求。

（3）起步單元模塊采用兩臺400t 吊車同時分片吊裝，待兩片單元網格模塊位于設計網架正上方時進行對接，對接完成后再整體緩慢下落，逐漸靠近安裝位置，且人工輔助準確置于支座上。將支座螺栓固定后，吊車方可松鉤，詳見圖7。

圖7 單元格網架吊裝立面示意圖

（4）因起步跨網架距離安裝位置有一定距離，須在網架跨度兩端設置溜繩，吊車旋轉工程中，地面人員通過溜繩小幅度地調整網架方向，達到安裝位置的正上方。

4.7 網架高空散拼

4.7.1 安裝方法

（1）先在地面將網架拼成一球三桿、一球四桿等小拼單元，沿跨度方向進行高空散裝，見圖8。

圖8 小拼單元示意圖

（2）高空散裝網架工作面共4 個工人，上弦、下弦各2 人，操作工人騎坐在所要安裝的節點上，必須保證安全帶系在已固定好的桿件上；使用塔吊將小拼單元吊至安裝位置，將小拼單元通過桿件螺栓固定在起步跨螺栓球上，吊車再松鉤安裝下一個小拼單元，見圖9。

（3）網架拼裝采用逐跨向前安裝，同一跨內支座間桿件全部安裝到位形成穩定結構體系后方可安裝下一跨網架構件。

（4）安裝網架的正下方設置可滑動的安全兜網：網架的正下方沿1 軸、6 軸、11 軸設置通長生命線，并沿字母軸設置可滑動的水平兜網，兩端固定在1 軸、6 軸、11 軸的通長生命線上，可滑動安全網隨著網架安裝向前平移。

（5）安裝工人必須戴雙鉤安全帶，安裝過程中把安全帶鎖扣扣至已安裝固定完成的桿件上；工人安裝完一個四角錐后，在移至下一個工位過程中必須保證安全帶其中一個鎖扣在桿件上。

圖9 單元格網架吊裝示意圖

4.7.2 注意事項[2]

（1）高空散裝法安裝網架，應隨時測量檢查網架質量。檢查上弦、下弦網格尺寸及對角線，檢查網架縱向長度、橫向長度、網格矢高。

（2）網架在安裝過程中應隨時檢查各臨時支點的下沉情況，如有下沉情況，應及時加固，防止出現下墜現象。

（3）網架檢查、調整后，應對網架高強度螺栓進行重新緊固。

（4）網架高強螺栓緊固后，應將套筒上的定位小螺栓擰緊鎖定。

（5）在整個網架安裝過程中，應特別注意軸線的準確、高強螺栓的擰緊程度、撓度及幾何尺寸的控制。

（6）每安裝一排網架應及時檢查。發現問題及時調整，不得使誤差累積超過技術要求，保證完成一排合格一排。

5 操作要求[3]

（1）網架所有構件均在工廠加工成型，加工過程中各桿件應在醒目位置用油漆做好構件編號標識。

（2）包裝發運時包裝箱上標注構件（零件）的名稱、編號、重量、重心和吊點位置等，并填寫包裝清單，根據鋼結構的安裝順序，鋼構件分單元成套供應。

（3）構件加工完出廠運往施工現場前，對構件尺寸、性能進行全面檢測。

（4）網架安裝前對網架支撐面頂板（預埋鐵）位置、標高進行驗收。

（5）現場吊裝人員、起重工、塔吊司機、塔吊指揮工等特殊工種必須經過專業培訓并取得特種作業許可證。

（6）吊裝作業經常檢查吊繩、吊具，吊繩斷絲時應及時更換。

6 結語

該項目屋面螺栓球網架結構為曲面線性，施工精度要求非常高。網架總重170 余噸，桿件3200 根，螺栓球841 個，結構形式復雜。通過對施工重難點的分析，選擇采用高空散裝法施工（起步基本單元分片吊裝法）。經過合理的組織、科學的控制，安全高效地完成了屋面網架安裝施工，保證了項目的施工質量、安全、進度，相關經驗可為同類工程提供參考。