□文/余流 張印 代躍強

異形復雜鋼網(wǎng)殼安裝技術

□文/余流 張印 代躍強

某景觀塔為一個以標志性、景觀性為主，登高觀景功能為輔的高層建筑；另外一個重要的作用是對現(xiàn)有烽火臺遺址的保護性開發(fā)。工程主體為鋼框架，外圍異形單層網(wǎng)殼，屋頂正交正放管桁架。鋼網(wǎng)殼采用鋼管相貫焊接節(jié)點形式，制作、安裝難度大且精度要求高。通過工程實踐，介紹異形鋼網(wǎng)殼安裝施工技術，提出網(wǎng)殼單元定位安裝新的措施和方法。

鋼結(jié)構(gòu)；網(wǎng)殼；制作；安裝；異形；復雜結(jié)構(gòu)

1　工程概況

某景觀塔建筑規(guī)模2 127.97 m2，總高度70.456 m，共17層；主體采用鋼框架結(jié)構(gòu)形式，分為塔基及塔身兩部分，主體框架外圍設置單層網(wǎng)殼，網(wǎng)殼為管相貫結(jié)構(gòu)，呈中間細兩端粗的圓柱形結(jié)構(gòu)，見圖1。10.000m標高以下為室外空間，10.000～49.000 m是對原烽火臺遺址的保護空間，為豎向交通區(qū)域，配以核心筒外歷史懷思梯及19.000、37.000、49.000 m標高的滿鋪樓板；頂部55.700m標高的滿鋪樓板是參觀者可達的最高區(qū)域，在本層可全方位觀瞻城市風貌。

景觀塔獨特的外圍網(wǎng)殼造型、有限的場地條件和嚴格的安裝標準，對施工過程提出來很高的要求。

圖1　建筑效果

2　施工方案研究

2.1確定安裝方法

網(wǎng)殼的空間定位較為復雜，若針對每根鋼管進行高空定位，安裝工作會加大難度且不易控制，拖延工期，網(wǎng)殼的安裝在鋼框架安裝焊接結(jié)束之后進行，此時鋼框架已成為剛性整體，空間位置已被精確固定，網(wǎng)殼安裝直接利用與鋼框架固接的錐頭等為基準點，分層安裝?？紤]到網(wǎng)殼不是空間獨立的，它與鋼框架是有連接的，每兩層6 m會連接一次，可將連接節(jié)點設想為球節(jié)點或支座。因此，可只對鋼框架做精確測量定位，就相當于對連接節(jié)點做了精確定位，節(jié)點定位完成，桿件也就相應地定位，網(wǎng)殼的測量就簡化為連接節(jié)點相對于鋼框架的相對位置測量，大大減少了空間測量工作量且可操作性強。

網(wǎng)殼按連接樣式和空間位置可大致分為4段，第1段是2F～5F，第2段是5F～11F，第3段是11F～17F，第4段是17F以上，見圖2。

圖2　網(wǎng)殼劃分

第1段高約9 m，中間與鋼框架無連接節(jié)點且桿件較多，變化較大，較難定位，不適合空間散拼，擬在地面進行分塊拼裝，高空對接。將左下至右上走向的桿件設為主弦桿，另一個走向的桿件設為次桿，分塊的方法就是將兩條主弦桿及其內(nèi)的腹桿為一單元，總共分為8個單元，在地面的胎架進行拼裝焊接，使用汽輪吊進行吊裝，在相鄰兩個單元均安裝就位后，再連接單元之間的連接腹桿。采用分塊安裝的方法，省去了高空定位的復雜性，只需將錐頭連接節(jié)點定位準確，再將單元主弦桿上下節(jié)點與錐頭連接重合后，就已將網(wǎng)殼定位準確了。

第2段網(wǎng)殼若直接采用X單元，現(xiàn)場施工難度較大，因此將X單元分解為“人”型單元和1根桿件組成，將左下至右上走向的桿件設為主弦桿，另一個走向的桿件設為次桿，主弦桿不打斷，次桿打斷安裝，將每個“人”型在地面鋼平臺上拼裝成型，此“人”型單元是一個平面的，沒有角度，定位簡便。使用汽輪吊將“人”型單元起吊至指定標高，只將“人”型的端點與錐頭連接焊接，再連接單元之間的連接桿即可完成安裝。

第3段網(wǎng)殼較為簡單，在上下相臨的錐頭之間沒有桿件的交叉，所以不存在主次桿件，都不用打斷安裝，安裝也較簡單，只需做成類似“/”型單元，再與錐頭連接固定即可。

第4段網(wǎng)殼即17F以上外圍網(wǎng)殼與鋼框架沒有連接節(jié)點，僅與屋頂管桁架連接且上口呈喇叭花狀，直徑越來越大，此部分網(wǎng)殼若高空散拼時，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，也存在定位復雜的問題，考慮應在管桁架安裝完成后開始進行，將管桁架視為鋼框架的一層固定結(jié)構(gòu)。由于該部分高空焊接作業(yè)非常困難，故將管桁架以下有交叉的部分做成“X”形單元，與之相對的管桁架外側(cè)網(wǎng)殼暫不焊牢，使之有一定的自由度。其余單根桿件單獨安裝，簡化安裝工序。管桁架上部的網(wǎng)殼因上端無框架約束，在地面拼裝成七個單元，高空組對，依靠上端的環(huán)狀進行約束成型。

2.2腳手架搭設方案

網(wǎng)殼的散裝需搭設腳手架，主要是人員的操作平臺，不承重。因核心筒每層均有混凝土樓板，腳手架不能提前搭設在核心筒內(nèi)，以免影響土建施工，所以腳手架只能在混凝土樓板澆筑養(yǎng)護完成后進行搭設，按照懸挑腳手架的搭設規(guī)則進行搭設，每層與鋼框架做附著，保證穩(wěn)固。腳手架每層操作平臺按照腳手架規(guī)范鋪設木跳板，作為人員操作平臺，考慮安全，每三層做滿層的硬防護，防止上下層交叉作業(yè)時的一些零星構(gòu)件墜落導致人員傷害。腳手架搭設進度跟隨外圍網(wǎng)殼的安裝進度，不能超搭設，影響吊裝。

3　網(wǎng)殼單元的定位制作

3.1計算機定位過程

網(wǎng)殼單元制作主要是將單根的鋼管制作成網(wǎng)殼單元的定位工作。在實際的施工過程中，為便于安裝和減少高空作業(yè)工作量，根據(jù)現(xiàn)場條件將網(wǎng)殼劃分為若干個小單元，將這若干個小單元鏈接成為一個整體。根據(jù)常用的工程軟件設計出一套較為快捷，普遍適用于現(xiàn)場施工技術人員的計算機仿真定位方案，以第一段網(wǎng)殼單元為例，具體步驟如下：

1）將準備制作的網(wǎng)殼單元中各個節(jié)點的設計坐標提取出來；

2）在AutoCAD軟件中輸入設計節(jié)點的X、Y、Z坐標創(chuàng)建各個節(jié)點，再通過LINE命令將各個節(jié)點相連進而得到模型的軸線圖，通過創(chuàng)建局部坐標系等一系列操作，變換成為適用于平面，便于工人焊接操作的軸線模型并且在軸線上創(chuàng)建若干新的點，進而保證現(xiàn)場拼接的精度，將模型保存成為MIDAS/Gen軟件能夠打開的DXF文件；

3）在MIDAS/Gen軟件中導入DXF文件，輸入材料和截面屬性并對散亂的節(jié)點編號進行整理，在窗口顯示拼裝效果圖；

4）輸出各個節(jié)點坐標到EXCEL軟件中進行節(jié)點平面投影坐標圖的繪制并對投影坐標和高程進行列表。

3.2施工現(xiàn)場拼接

根據(jù)上述方法得到的各個節(jié)點坐標，在胎具上進行放線、定位，標高應用水準儀即可滿足施工定位的需要，大大減少了工作量，也減少了拼裝誤差。拼接具體步驟：

1）選在混凝土地面上進行胎具的制作，鋪好專用胎具，在幾個胎具之間進行剛性連接，保證胎具的穩(wěn)定性；

2）在胎具上根據(jù)坐標點進行放線、定點，利用L75×5的角鋼做成定位卡具，卡具的間距比網(wǎng)殼鋼管外半徑大5mm，便于鋼管在卡具上的安放；

3）在鋼管斷面處依次進行焊接，即可得到一個完整的網(wǎng)殼單元。

從實際施工的結(jié)果來看，本套方法具有簡便、快速、易操作的特點，精度也能滿足施工的要求。

4　結(jié)語

本工程全部為斜向鋼管、施工現(xiàn)場場地有限、高空吊裝風速較大這些都給施工過程增加了很大的難度，經(jīng)過施工技術人員對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行仔細研究，得出了一套切實可行的施工方法，全部建成后各個節(jié)點偏離設計節(jié)點均＜3cm，使施工的精度和進度都得到了保證。由于MIDAS/Gen、AutoCAD和EXCEL這三款軟件均為鋼結(jié)構(gòu)施工常用軟件，通過配合使用，能夠較好地完成本工程的網(wǎng)殼定位工作。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由于其曲面而形成部分細部分粗的外形，給安裝帶來了困難，根據(jù)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特點，在不同部位制作不同的網(wǎng)殼單元，取得了良好效果。

［1］GB50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范［S］.

［2]GB50205—2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.

［3］JGJ 61—2003，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術規(guī)程［S］.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.04.003

□張印、代躍強/河北工業(yè)大學。

□TU391

□C

□1008-3197（2015）04-06-02

□2015-07-24

□余流/男，1972年生，高級工程師，中國建筑第六工程局有限公司，從事復雜施工技術研究。