大跨度波形曲面网架施工技术

【摘要】针对大跨度波形曲面网架施工中关键技术控制和实施，阐述多变曲面错落有致地搭设符合曲面变化的台模，采用高空散装及三向定点拼装工艺，先成片固定支座、先中间后两边的拼焊，技术经济效益良好。

【关键词】网架；锚栓；高空散装；钢柱制安；质量控制

随着目前国内网架钢结构在大型公共建筑的广泛应用，对网架结构的安装也提出了更高的要求。众多的预埋件以及脚手架高支体系由于标高、轴线复杂，施工难度大，是直接影响高空网架安装整体质量的重要部位，因此对于这种类型的网架施工成为施工单位研究的重要课题。我公司施工的大同卫校体育场，采用网架结构。网架平面尺寸为102m×40.35m，采用厚皮圆钢管独立柱多点支撑。支撑柱两排，网架前后悬挑，呈波浪形外形，曲面最高点标高29m，空心球坐标不一，杆件规格尺寸种类繁多。

1.　施工特点及难点

（1）大跨度曲面屋盖网架结构工程存在网架变形较大、球节点位置存在施工误差、空间结构复杂，吊点测量、定位困难等特点。

（2）从锚栓安装到整个网架的施工完成，着力抓住每一步的关键环节，采用切合实际的经验总结，先进的加工设备检测仪器施工工艺，提高了工作效率，加快了施工进度，很好地保证了工程施工质量。

（3）屋盖钢结构的吊装、组对、焊接、测量校正等工序都可在同一胎架上重复进行，即可提高屋盖的安装质量、改善施工操作条件，又可以增加施工过程中的安全性。

（4）施工工艺先进、可操作性强、工序衔接紧密，工效高。

2.　施工关键技术及操作要点

2.1施工关键技术。从锚栓安装、钢柱制安到网架成型施工组织一体化。根据多变曲面错落有致地搭设符合曲面的台模，结合全站仪打点对基层曲面网架的球点三维定位测量技术，采用高空散装及三向定点拼装工艺，按先成片后定支座、先中间后两边（或向四周扩散）的拼焊，以减少焊接残余应力。

2.2施工操作要点。

2.2.1施工图纸深化设计。图纸深化前，测量员必须配合设计师进行现场复核，检查屋架施工偏差，发现问题，及时解决。

2.2.2锚栓的安装。复杂曲面网架钢柱锚栓的安装精确度，对钢柱安装及网架支座的定位精确度有很大影响。用逐条安装法在安装现场操作，不易保证锚栓的垂直度及相互之间的尺寸要求，且积累误差大，也不易现场检测、复核、验收。为此对每个柱脚锚栓采用成型式整体安装法。

2.2.2.1根据图纸要求柱脚锚栓的布置及锚栓间相对位置尺寸将已加工合格的锚栓组装成型。具体做法：

（1）制作成型模架。用8mm厚钢板制作柱脚板模具，模具上按施工图要求的锚栓布置和尺寸开孔。孔径以刚好穿进锚栓为宜，不得大于锚栓直径0.2mm。利用角钢做支架与上下两块模板组装成专用模架。

（2）在模架上安装锚栓后，利用钢筋将锚栓连接牢固，点焊成不变形结构。

2.2.2.2安装分初装和校准两步，初装是在锚栓间钢筋未完全安装之前，经测量放线将成型栓体吊装安装支设到施工图要求的相应位置，并拉结临时固定。校正是在相应处钢筋安装完毕，模板支设加固完毕，并检查验收合格后，在水准仪和全站仪的检测下，校正到所要求的标高和精确位置，并用钢筋作电焊加固。安装校正准确定位用全站仪跟踪检查。注意准确定位前，模板支设及加固必须全部完成，经检查验收可靠后进行。

2.2.3焊接圆钢管钢柱的制作安装。

2.2.3.1制作工艺流程为：

板材检查——下料铣边——预弯——成型——合缝预焊——内焊——外焊——精整——校直——管体校圆——焊缝超声波探伤——平头倒角——测长称重

2.2.3.2定位焊用CO2气体保护焊，内外施焊采用自动埋弧焊焊接，管体校圆采用校圆机，校圆机有内模滚和外模滚，在模滚与管体的滚动下将管体校圆，偏差控制在规范范围内。

2.2.3.3钢柱安装。钢柱安装采用汽车式起重机吊装，对高重钢柱安装时，在起重机的配合下拉结好临时揽风绳，并用水准仪和全站仪检测，通过调整锚栓上下螺帽上下螺帽校正钢柱的垂直度、柱基板标高和准确定位。并在二次浇筑部位，沿柱基板周围四个方向支设垫铁。检测复查准确无误后方可摘汽车吊吊勾。为了保证钢柱柱基的二次浇筑质量，采用无收缩混凝土，自流平灌浆法施工。

2.2.4焊接空心球的加工。

2.2.4.1网架结构空心球一般用热压工艺制作，首先将钢板下料后加热至850～900℃，这个温度区段属于钢材正火处理温度，加热后的坯模经过空气中自然冷却，保持钢材强度的同时能够保持良好的塑性和韧性。通过光谱试验来检验合格后的压制球壳。

2.2.4.2空心球的焊接方法：把组对好的空心球放在转胎上，用手工电弧焊施焊。壁厚大于16mm的大型空心球制作焊接时用埋弧自动焊，先用CO2气体保护焊或手工电弧焊，小直径焊条打底，以保证在焊透的同时避免烧穿，然后用自动埋弧焊填肉、盖面。

2.2.5网架拼安台模的搭设。

2.2.5.1台模设计。根据网架曲面形状和下弦球的空间位置，分区分段、分片设计不同标高的平台面，以便支设可调节下弦节点托，支撑下弦球。必须先通过验算保证台模架有足够的强度、刚度和稳定性。采用换载计算法，验算看台梁板能否满足台膜、网架及施工荷载作用，并绘制台模施工搭设图。

2.2.5.2台模架的搭设施工。

（1）根据台模搭设图布置杆件采用全站仪在网架下基面打点，并标注标高。

（2）台模搭设形成一个稳定体系过程中，必须采用软硬连结使台膜架与已施工完毕的混凝土建筑可靠连结，以保证施工安全万无一失。

（3）台模架周边和台模架的高低差处必须搭设安全防护栏，挂设安全防护网。

（4）分区分片对台模上可调式下弦球节点托的布置位置进行再次检测和复核，并做好加固调整。方可进入下道工序钢球及杆件吊装安装。

2.2.6网架杆件的制作。

2.2.6.1根据施工图说明并正确考虑杆件的温度影响，焊接收缩量，相贯量等因素，确定杆件下料长度。杆件长度的允许偏差应为±1mm。

2.2.6.2杆件下料后并开设坡口，由于杆件尺寸种类繁多，分类摆放，防止混杆和错杆。

2.2.7网架的高空散装法。

2.2.7.1依据先成片后固定支座、先中间后两边或（向四周扩展）的拼装顺序，采用杆件三向定位球节点与现场测量相结合的放线定位技术。

2.2.7.2在中间区下弦球网格基准点，按图纸中钢球编号先将带杆件的钢球，吊置于可调下弦球节点托上，用全站仪测量空心球定位基点，并用拉对角线尺寸的方法复核后，点焊牢固，形成下弦网格。以形成的下弦网格为基础，定位上弦球，上弦球采用空间三杆定点法安装，用倒链吊装到位。形成锥体形状后，依次向两边或四面扩展拼装。

2.2.7.3空心焊接球与每个杆件头的连接焊口，采用3处定位，根据焊口直径大小，确定定位焊的焊缝长度，一般为20～50mm。在正式施焊前，必须清理好定位焊缝表面，并用砂轮磨光机将焊缝头尾打磨与未焊坡口处成斜坡过渡，以便正式施焊时均匀焊透。

2.2.7.4复合定位及尺寸符合要求后，进行球——管接口的施焊。焊接遵循先下弦后上弦的焊接原则，在支座区域内的杆件与空心球节点焊接完成后再次复核检测，根据实际变形情况，调整柱帽杆件的下料长度，进一步消除焊接残余应力的集中，同时减少积累误差。焊接采用单面施焊，双面成型的焊接技法，完成球体与杆件的焊接。焊接完后清除焊接表面并做好检查验收和按要求做无损探伤试验。

2.2.8卸载。网架拼装及施焊全部完成，经检测复核验收合格后，根据网架结构的情况和各支撑点的结构自重挠度值确定卸载方案，采用间隔同步卸载法，先卸高处后卸低处，防止个别支撑点集中受力，每次卸载不大于10mm。

2.2.9除锈、涂装。

2.2.9.1钢球一般采用喷砂或抛丸除锈，经验收达到图纸要求的除锈等级后涂刷专用底漆到要求涂层厚度。

2.2.9.2涂装。杆件底漆在杆件下料及开设好坡口且除锈验收合格后进行，底漆涂刷时在需用焊接的管头留100mm长。在杆件组装，焊接质量验收检查合格，方可进行补刷涂层，补层应按规定的涂刷遍数分层补刷，涂层应完整，附着良好。

3.　质量控制

3.1焊接球节点按设计规格的球及匹配的钢管焊接成试件，进行轴心拉、压承载力试验，其试验破坏荷载值大于或等于1.6倍设计承载力。

3.2网架完成后应分别测量其挠度值，且所测的挠度值不应超过相应设计值的1.15倍。

3.3结构单元拼装精度控制（结构单元安装允许偏差见表1）。

表1结构单元安装允许偏差序号 分项 允许偏差1 主架支座中心偏移 应为网架跨度的1/3000；且不应大于30mm2 纵横向边长偏差 应为长度的1/2000；且应大于30mm3 高度偏差允许值 应为相邻支座间距的1/400且不应大于15mm4 网架最高点与最低点 不应大于30mm5 网架自重下挠度 不大于设计值（W）的15%4.　结语

应用计算机模拟杆件与球节点的相贯量、经验数据加减、全占仪测量定位技法、单面施焊双面成型技法、高空散装法，消除焊接应力的施工工艺，取得了显著的经济效益和社会效益，具有施工安全、快速、经济、可靠的优点。

参考文献

［1］《网壳结构技术规程》（JGJ61-2003/J258-2003）.

［2］《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81-2002）.

［3］《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）.