中國建筑第七工程局有限公司 上海 201812

1 工程概況

安慶市體育中心體育場屋面由28 榀網(wǎng)架和50 榀空間曲面桁架組成。其25 個采光罩邊緣為變高曲線平面桁架，采光罩由網(wǎng)架結(jié)構(gòu)連接桁架組成，網(wǎng)架與左右兩邊桁架組成一個區(qū)域的罩篷，屋面下由雨篷撐桿支撐。結(jié)構(gòu)形式為網(wǎng)架+桁架組合而成的桁架結(jié)構(gòu)（圖1）。網(wǎng)架為鋼管，網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)為焊接空心球；屋面桁架和網(wǎng)架與撐桿采用軸銷連接，撐桿與柱支座用關(guān)節(jié)軸承連接；采光罩結(jié)構(gòu)為焊接工字鋼鋼拱，溫度縫邊采光罩內(nèi)設(shè)有支撐系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)環(huán)向長485 m，徑向長約60 m，鋼結(jié)構(gòu)屋面安裝高度為32.63～54.35 m不等，懸挑長30 m。單榀罩篷最大質(zhì)量約為157.58 t，最大截面高5 m，長約59 m，總用鋼量5 300 t。

圖1 體育場屋面網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)

2 工程特點(diǎn)及施工控制重點(diǎn)

1）懸挑網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：采光罩邊緣為變高曲線平面桁架；網(wǎng)架部分為正方四角錐與三角錐混合體；懸挑部位超過30 m；單榀罩篷質(zhì)量超大、截面超高、長度超長。采光罩安裝于相鄰兩榀網(wǎng)架之間，連接處采用焊接方式[1-2]；單榀網(wǎng)架質(zhì)量達(dá)60 t。

2）施工控制重點(diǎn)及難點(diǎn)為：工期緊，鋼結(jié)構(gòu)安裝時間不能超過3 個月，為總工期中關(guān)鍵考核時間節(jié)點(diǎn)；在節(jié)約成本的同時，保障安全、保證質(zhì)量是本工程鋼結(jié)構(gòu)施工的一個重點(diǎn)與難點(diǎn)。

3 施工方法

3.1 施工工藝流程

方案確定及驗證→吊裝路線基礎(chǔ)處理→預(yù)埋件復(fù)核、拼裝單元檢測驗收→（中跨網(wǎng)殼吊裝和就位→尾跨網(wǎng)殼吊裝和焊接→前跨網(wǎng)殼吊裝和焊接）→重復(fù)括號項→吊裝和焊接采光罩→網(wǎng)架檢測和驗收

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 方案確定及驗證

在鋼結(jié)構(gòu)桁架正式吊裝施工前，工程技術(shù)人員首先需完成專項技術(shù)方案的編制，為了確實保障工程施工質(zhì)量和安全，首先在體育場某區(qū)軸線進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)主桁架第X榀中段實體吊裝的試作業(yè)，以驗證整個方案的可行性，為確保工期、工程施工質(zhì)量和施工安全性，事先需對該方案進(jìn)行專家論證，經(jīng)專家論證和試作業(yè)成功后，方可正式施工。

3.2.2 行走路線路基處理

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拼裝平臺應(yīng)平整，且有足夠的承載力，對平臺場地不平整、承載力達(dá)不到要求的進(jìn)行處理：土方分層換填進(jìn)行場地平整時，用250 kN壓路機(jī)碾壓密實，并澆筑厚100 mm的C20混凝土。為了滿足吊裝需要，保障吊車行走安全和正常起吊，需要在體育場內(nèi)、外環(huán)各換填一條鋼結(jié)構(gòu)吊裝行走路線道路，用作鋼結(jié)構(gòu)吊裝體育場主桁架單元組件和檁條的吊裝道路。

根據(jù)方案確定的機(jī)械設(shè)備及機(jī)械設(shè)備行走路線的道路寬度和承載力要求，吊車行走路線道路寬度不小于10 m，道路承載力不小于90 kPa。由于場地為回填土，地基承載力不能滿足吊車行走路線路基承載力要求。因此，在體育場內(nèi)外圍吊車行走路線10 m范圍內(nèi)換填毛石（放坡3∶1），根據(jù)方案要求向下開挖1 m，開挖完成后及時回填毛石，在毛石回填過程中，每厚500 mm毛石面上滿鋪不小于厚100 mm碎石，然后用200 kN壓路機(jī)壓實，即整個路面分2 次壓實（壓實系數(shù)為0.94）。

3.2.3 埋件復(fù)核和拼裝單元檢測驗收

支座埋件標(biāo)高及軸線復(fù)測是安裝就位準(zhǔn)確性的一個重要環(huán)節(jié)，在吊裝前仔細(xì)復(fù)核埋件標(biāo)高和軸線，若偏差過大，需與設(shè)計聯(lián)系確定處理方案并按處理方案實施。由于場地受限，每榀網(wǎng)殼分為前跨（懸挑部位單元組件）、中跨和尾跨3 段，每段為一個拼裝單元。尾跨和中間跨在體育場外圍拼裝、分塊吊裝，前跨在體育場場內(nèi)拼裝、吊裝。中間段通過4 根撐桿單點(diǎn)安裝在混凝土柱上，尾部采用撐桿與體育場外圍混凝土柱連接，呈V形并與前段罩篷形成穩(wěn)定空間體系。

網(wǎng)架單元組件在組裝前，先進(jìn)行材料檢測驗收，包括除銹、刷漆，均合格后，按照設(shè)計圖進(jìn)行加工組裝。網(wǎng)架拼裝單元完成后，由專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)，對焊接點(diǎn)進(jìn)行專項檢測，確保每個焊接點(diǎn)的焊接質(zhì)量，再按照三檢制原則對網(wǎng)架拼裝單元進(jìn)行驗收，經(jīng)自檢合格后報請監(jiān)理單位、建設(shè)單位、設(shè)計單位共同驗收，驗收合格后方可進(jìn)行吊裝。所有鋼結(jié)構(gòu)單元組件安裝前，混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)安裝支點(diǎn)強(qiáng)度必須100%滿足設(shè)計要求。

每榀鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的中跨和前跨，在分別完成單元構(gòu)件組裝后，按照每榀網(wǎng)架軸線布置位置的設(shè)計要求，在每榀網(wǎng)架中跨的前后桿件上，刻畫出軸線位置，在每榀網(wǎng)架前跨的前后桿件上，刻畫出軸線位置。

每榀鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的中跨、尾跨和前跨，在單元構(gòu)件組裝完成過程中，按照構(gòu)件設(shè)計情況，計算出每個單元網(wǎng)架構(gòu)件的4 個吊點(diǎn)。在單元構(gòu)件組裝完成后，分別標(biāo)出每個單元構(gòu)件的吊點(diǎn)位置。

3.2.4 中跨網(wǎng)殼吊裝和就位

吊裝順序遵循先主結(jié)構(gòu)后次結(jié)構(gòu)的原則[3-5]，先網(wǎng)架吊裝和焊接，最后采光罩的吊裝和焊接。整個吊裝順序為先高跨、后低跨。每榀網(wǎng)架，先中跨，后尾跨，最后前跨（圖2）。

中跨網(wǎng)殼單元組件是最先進(jìn)行吊裝和就位的一個單元，是每榀網(wǎng)架安裝工序中的關(guān)鍵項之一，其步驟如下：

1）中跨吊裝采用4 000 kN汽車吊，其位置位于主體外圍。中跨吊裝前，精確測量并釋放軸線位置和支座標(biāo)高，按照設(shè)計要求，將中跨支座與支點(diǎn)預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接。

圖2 單榀網(wǎng)架分跨示意

2）主體結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形狀呈不規(guī)則狀態(tài)，采用四點(diǎn)吊裝法進(jìn)行吊裝，兩側(cè)鋼絲繩連接處布置手拉葫蘆并在設(shè)置手拉葫蘆的地方另加一根安全繩，便于調(diào)整構(gòu)件的空間姿態(tài)。針對網(wǎng)殼中間段部分進(jìn)行中心分析，起吊時掛有4 根鋼絲繩，其中沿體育場外的吊點(diǎn)分別采用2 臺200 kN的手拉葫蘆通過鋼絲繩連接，用來調(diào)整網(wǎng)殼整體空間姿態(tài)，使其達(dá)到理想設(shè)計位置，靠近前跨的吊點(diǎn)直接掛鋼絲繩。鋼絲繩和手拉葫蘆選用，要依據(jù)網(wǎng)架單元組件質(zhì)量確定，保障吊裝安全。

3）通過測量和校正，調(diào)整好網(wǎng)架單元空間位置后，焊接支座。為保障中間跨側(cè)向穩(wěn)定，在中間跨上弦四周拉設(shè)纜風(fēng)鋼絲繩，中跨吊裝就位后，將中跨4 個角點(diǎn)纜風(fēng)鋼絲繩與結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉結(jié)，檢測中跨網(wǎng)架單元組件軸線，采用手拉葫蘆對纜風(fēng)繩進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到單元組件上軸線與地面控制軸線之間重合，待支座焊接完成經(jīng)檢測符合要求，將網(wǎng)架空間單元連接點(diǎn)與支座進(jìn)行螺栓連接，檢查符合要求后，在網(wǎng)架單元組件的前后分別用型鋼進(jìn)行焊接支撐，保障鋼網(wǎng)架單元組件的穩(wěn)定性，檢查符合要求后摘除吊鉤。

3.2.5 尾跨網(wǎng)殼吊裝和焊接

其基本步驟和中跨吊裝方式基本一致，尾跨網(wǎng)殼提升到預(yù)定位置后，用免棱鏡全站儀對其進(jìn)行三維坐標(biāo)校正測量，調(diào)整其空間位置后，用吊車將支柱就位與支座進(jìn)行螺栓連接，再將支柱與尾跨進(jìn)行焊接，上述工作完成后，尾跨與已安裝就位的中跨網(wǎng)架單元進(jìn)行焊接。所有吊裝、焊接和機(jī)械連接工序完成后，采用緊密水準(zhǔn)儀測量中跨網(wǎng)架單元組件前段2 個主桿焊接球頂標(biāo)高或底部標(biāo)高，在松除尾跨鋼結(jié)構(gòu)單元組件吊鉤過程中，由專人觀察中跨單元組件下部與支點(diǎn)結(jié)點(diǎn)處的變化情況，確保安裝過程和工程結(jié)構(gòu)的安全。尾跨鋼結(jié)構(gòu)吊裝點(diǎn)全部松除后，測量中跨前段2 個主桿焊接球頂標(biāo)高或底部標(biāo)高，觀測變化情況。

3.2.6 前跨網(wǎng)殼吊裝和焊接

每榀鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的前跨吊裝，是該榀網(wǎng)架三跨吊裝作業(yè)中的關(guān)鍵。按照設(shè)計要求，至少需要2 榀鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的中跨和尾跨安裝完成，再按設(shè)計圖要求，安裝2 榀鋼結(jié)構(gòu)之間的桁架，使鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架間形成可靠穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后，再在前跨安裝的就近點(diǎn)部位，使用吊車吊裝前跨網(wǎng)架單元組件，起吊設(shè)備一般使用大型履帶吊車。

1）前跨網(wǎng)架單元組件首次起吊時不宜高于地面50 cm，以便于人工地面操作。在首次起吊結(jié)束后，由專業(yè)操作人員和技術(shù)員，按照設(shè)計圖要求，對前跨起吊就位前的空間位置和姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，在前跨4 個方向的端部各預(yù)設(shè)置1 根纜風(fēng)繩，另在前跨兩側(cè)主桿件上弦，自前向后各牢固設(shè)置1 根鋼絲安全繩。在調(diào)整姿態(tài)過程中，工程專業(yè)技術(shù)人員要現(xiàn)場監(jiān)督和指導(dǎo)，要充分考慮中跨前段標(biāo)高變化情況，并結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架前跨和中跨單元組件連接后產(chǎn)生的擾度變化。擾度變化量，需專業(yè)技術(shù)人員在前跨吊裝前，按照鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和原設(shè)計圖進(jìn)行計算。前跨單元組件起吊就位前，在前跨前端橫向桿件及軸線位置控制標(biāo)志處，設(shè)置1 根測量繩，以便控制起吊后的高度。

2）完成前跨鋼結(jié)構(gòu)組件空間位置和姿態(tài)調(diào)整無誤后起吊。前跨鋼結(jié)構(gòu)組件初步完成起吊就位，通過測量及對纜風(fēng)繩的調(diào)整，達(dá)到調(diào)整前跨空間位置和姿態(tài)符合設(shè)計要求的目的。

3）另配1 臺吊車，將前跨和中跨連接部位桿件進(jìn)行高空焊接拼裝。前后跨經(jīng)焊接拼裝完成后，需對焊縫進(jìn)行外觀和探傷檢測，經(jīng)檢測符合要求，且焊縫已自冷卻，用儀器檢測前跨最端一點(diǎn)（系測量繩部位）的高程，起吊前跨的吊車需緩緩松繩，不得松繩過快。吊車卸載完畢后，檢測測量繩高程變化情況，以判定單榀網(wǎng)架完成后產(chǎn)生的擾度變量，為后續(xù)安裝工作的順利進(jìn)行提供技術(shù)支撐。

3.2.7 吊裝和焊接采光罩

網(wǎng)架形成整體空間結(jié)構(gòu)后，現(xiàn)場若干塔機(jī)及吊車配合高空散裝采光罩構(gòu)件，先安裝采光罩環(huán)向的拱形主構(gòu)件，再連接徑向的次構(gòu)件，形成局部的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，依此順序逐一安裝完采光罩。

3.2.8 網(wǎng)架檢測和驗收

網(wǎng)架加工制作前，需對所有材料做進(jìn)場驗收并取樣送檢，保障材料合格和復(fù)合設(shè)計要求。網(wǎng)架安裝前，對混凝土結(jié)構(gòu)、支座質(zhì)量進(jìn)行檢查、檢測；鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架焊接是檢測重點(diǎn)，施工前，除做焊縫和焊接工藝檢測，尚應(yīng)對焊接構(gòu)件進(jìn)行編號，并明確責(zé)任人和登記施焊人員[6]。

單榀網(wǎng)架加工完成后，依據(jù)設(shè)計圖逐次檢查驗收。每榀網(wǎng)架、桁架安裝過程中，其軸線位置和標(biāo)高，以及屋面標(biāo)高和檐口標(biāo)高，要求符合設(shè)計和規(guī)范規(guī)定。

建筑物施工過程中，要按設(shè)計要求和規(guī)范規(guī)定做好沉降觀測，及時預(yù)警，為后期鋼結(jié)構(gòu)吊裝安裝和建筑物安全提供科學(xué)數(shù)據(jù)。每榀鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架安裝過程中要做好標(biāo)高變量檢測、撓度變量檢測，并預(yù)先設(shè)置網(wǎng)架應(yīng)力變量檢測裝置。屋面桁架、型鋼、屋面板等所有工序完成前后，均應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力檢測。鋼結(jié)構(gòu)工程所有工序完成后，在建筑物使用過程中，應(yīng)按季節(jié)、天氣等環(huán)境變化情況，分別進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，確保結(jié)構(gòu)安全使用。

4 結(jié)語

懸挑焊接球節(jié)點(diǎn)單元式鋼網(wǎng)架高空吊裝施工方法與高空散裝法比較，具有以下優(yōu)缺點(diǎn)[7,8]：

1）大量的拼裝工作在地面進(jìn)行，施工操作方便，質(zhì)量便于檢查和檢測試驗。

2）每榀網(wǎng)架、桁架拼裝，可在混凝土結(jié)構(gòu)完成前進(jìn)行，既可在場外加工組裝，也可在場內(nèi)地面拼裝，整個過程，不占用工程施工工期。另每榀鋼結(jié)構(gòu)單元組裝采用小型機(jī)械吊裝，使用大型吊車較少，且可同時組裝，功效高，加快了鋼結(jié)構(gòu)單元組裝進(jìn)度。

3）不需要搭設(shè)大量的支撐腳手架，安全設(shè)施投入減少。

4）集中吊裝對其他工序施工影響較小。

5）每榀鋼結(jié)構(gòu)單元按照設(shè)計要求和規(guī)范規(guī)定進(jìn)行地面拼裝，空間尺寸容易控制。

6）高空作業(yè)相對大量減少，降低了安全風(fēng)險。

7）對拼裝完成且檢查驗收合格的每個鋼結(jié)構(gòu)單元組件，選用滿足吊裝噸位要求的大型機(jī)械，起吊前進(jìn)行試吊，并按照設(shè)計使用功能和空間要求，起吊前，在低空進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)單元就位前空間位置及姿態(tài)的調(diào)整和控制，耗時較長。

8）依據(jù)每榀鋼結(jié)構(gòu)單元組件的荷載、起吊高度、拼裝順序，需事先確定吊裝路線，對大噸位吊車行走道路路基要求高，高空就位固定及拼裝要求高。上述整個過程耗時較長。其中吊車道路路基處理可提前進(jìn)行。