金建勇，樓政權，徐閩濤，陸海濤

(中天建設集團浙江鋼構有限公司，浙江 杭州 310008)

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浠水縣雜技館鋼結構球面網殼施工關鍵技術

金建勇，樓政權，徐閩濤，陸海濤

(中天建設集團浙江鋼構有限公司，浙江 杭州 310008)

摘要：湖北省浠水縣雜技館項目外罩面是由矩形截面桿件構成的球面網殼結構，節(jié)點采用NΦN鼓式節(jié)點。經過方案比較，本工程搭設局部腳手架，采用小拼單元內擴高空散裝法對球面網殼進行安裝施工。在此，詳細介紹該球面網殼的測量定位、小拼單元預拼裝、安裝及質量控制等關鍵技術。

關鍵詞：球面網殼；安裝；小拼單元；測量定位

單層球面網殼結構具有結構簡潔，網格劃分靈活、造型美觀，節(jié)點構造簡單、安裝方便等一系列優(yōu)點，備受建筑師們的青睞。但是也存在整體穩(wěn)定性差、節(jié)點剛度要求大、施工控制難、對缺陷敏感等一系列問題，以致大大限制了該類網殼結構的發(fā)展[1]。

浠水雜技館外罩面球殼跨度56 m，矢高32.33 m ，矢跨比約4/7，是典型的超半球單層球面網殼結構。網殼由于矢跨比大，網架承載力降低，結構曲面變化大，施工難度增大，技術處理上較復雜，因而在應用方面較少見。本文對其空間三維坐標控制、安裝方案等施工要點進行了分析闡述，為以后類似工程施工提供一些經驗和借鑒。

1工程概況

浠水雜技館位于湖北省浠水縣，建筑高度37.90 m，總建筑面積11 000 m2，鋼結構部分包括外罩面球面網殼、中部鋼桁架演藝訓練平臺及內部懸掛馬道等。網殼頂標高36.53 m，直徑56 m，頂部設有通風井及吊頂，每個三向單元面層鋪設連接件，支撐外部三角錐形玻璃幕墻和鋁板。

整個球面網殼由NΦN鼓式節(jié)點和矩形鋼方管桿件組成，從基礎至頂部共分19環(huán)，由兩部分組成，其中一區(qū)(1至15環(huán))為葵花形三向網格體系，頂部二區(qū)(16至19環(huán))為加強的雙層組合網殼。球殼桿件截面尺寸為□150×8、□130×8，節(jié)點采用圓管φ351×16加上下蓋板(圖1)，均采用Q345-B鋼材。支座采用鉸接平板支座支承于下部主體結構上，共72處，通過加強環(huán)向桿件與支座的連接，有效解決了下部主體剛度和溫度變化對單層球殼的影響問題。

球面網殼立面見圖2。

圖1　鼓式節(jié)點

圖2　網殼立面圖

2安裝方案選擇

2.1地面拼裝、高空吊裝法

需在網殼周邊設立4～6塊臨時拼裝場地，對拼裝場地進行硬化加固處理，把整個網殼分成若干片，在周邊拼裝場地上設立專用胎架，進行網殼分塊中拼，然后分塊吊裝。

2.2高空散裝法

高空散裝法是指網格結構的桿件和節(jié)點或事先拼成的小拼單元直接在設計位置總拼，拼裝時一般要搭設全支架，有條件時，可選用局部支架的懸挑法安裝，以減少支架的用量[2]。

全支架安裝法，一般是將面層按網殼曲面形狀搭成臺階狀，每層臺階按規(guī)定標高鋪設腳手板，再用小型可調支承工具支承節(jié)點，網殼在設計標高一次拼裝完成[3]。

2.3方案比較

1)施工資源滿堂腳手架法只要有一般的起重機械和鋼管腳手架即可，無特殊要求。吊裝法不但對整個施工現(xiàn)場的施工道路、人員等有更高的要求，而且需投入大型吊裝機械。

2)工程進度采用滿堂腳手架一次性投入較大，不利于立體交叉作業(yè)，進度較慢。采用吊裝法，在拼裝場地先拼裝后吊裝合攏，工期較快。

3)經濟性采用滿堂腳手架施工只是鋼管架的租賃費及拆裝費，比較便宜。采用吊裝法施工，每片重量較大，需采用200t汽車式起重機吊裝，起重機租賃費和施工道路上都將投入較大。

4)質量在滿堂腳手架工作平臺上作業(yè)，施工質量容易控制。高空吊裝法對結構的拼裝精度要求高，受構件制作精度影響大，且容易產生施工安裝初應力。

5)安全全支架法可采用通常的安全防護在高空作業(yè)。吊裝法在中拼單元就位和單元間拼接時的高空作業(yè)，安全風險較大。

從經濟、技術、進度、質量、安全角度考慮，本工程決定采用高空散裝法進行安裝。1～8層環(huán)網格采用局部支撐架+小單元拼裝進行順做懸挑安裝，自下而上遞進，合攏內擴施工；9～19層環(huán)網格采用全支架法安裝。

3施工技術及控制要點

3.1網殼安裝順序

測量定位放線→腳手架支撐架搭設→小單元預拼裝→小單元現(xiàn)場吊裝→全站儀測量定位→節(jié)點焊接→坐標及焊縫檢測→整改驗收→表面涂裝。

3.2支撐架設計

采用安全可靠的滿堂腳手架支撐作為主體支撐系統(tǒng)，其中第1～8環(huán)支撐架搭設在已施工完成的混凝土結構上，采用局部滿堂腳手架；從第9環(huán)至網殼頂部采用滿堂腳手架，腳手架支撐搭設在已施工的桁架平臺樓面上。腳手架搭設剖面見圖3。

滿堂腳手架橫向間距1.2m×1.2m，步距為1.2m，腳手架最高搭設高度為12.200m。每層工作平臺的高度為每層鼓式節(jié)點下200～300mm。經驗算分析，桁架平臺樓面滿足設計及施工荷載要求。

我們借鑒腳手架U型支托并結合矩形鋼管截面，制作了專用的可調式支撐工具(圖4)，用以調節(jié)支撐并固定鋼結構和腳手架之間的連接。該支撐工具構造簡單、使用靈活，給鋼結構的安裝定位帶來了較大的便利。

3.3網殼安裝順序

1)網格結構第一圈安裝：首先在地面進行分塊預拼裝，每塊構件包括一個鼓式節(jié)點和兩根桿件(徑向桿)，形成單個三角形。用小型汽車吊進行吊裝就位，調節(jié)可調式支撐工具來調整就位位置。兩個相鄰的小拼單元吊裝完成后，安裝水平環(huán)向桿件。分2個班組，以此類推把總共72塊構件安裝完成(圖5)。

2)從第二環(huán)開始，小拼單元擴大，包括兩個鼓式節(jié)點和5根桿件(含4根徑向桿和1根水平桿)。吊裝完相鄰的擴大小拼單元后，也要立即連接中間的水平環(huán)向桿件(圖6)。

3)本環(huán)焊接合攏，經測量和檢驗合格后按從下向上分段分區(qū)逐層安裝。

4)采用這種方法吊裝的優(yōu)點有：小單元重量較小，對吊裝機械設備的起重能力要求小，便于操作人員靈活安裝；測量和調整安裝單元時可以對每個節(jié)點進行控制，保證將每個節(jié)點安裝的實際坐標與設計坐標誤差降到最低限度。

5)第3至13層環(huán)的安裝方法與第2層環(huán)相同(圖7)。

圖3　支撐架設計立面圖

圖4　可調支撐工具

圖5　首層環(huán)小單元吊裝

圖6　2層環(huán)小單元吊裝

圖7　第3～13層環(huán)小單元吊裝

6)第14層環(huán)結構進行了抽桿，安裝時，小拼單元也有所變化，每個小拼單元采用“個字形”小單元吊裝，即由一個鼓式節(jié)點和3根徑向桿件組成。安裝方法同上。

7)第16層環(huán)至19層環(huán)為網殼頂部通風井，為雙層組合網格結構，安裝采用高空散裝法。在全支架上滿鋪腳手板形成工作面，構件到位后高空進行拼裝(圖8)。

8)網殼結構安裝完成后，形成閉合完成的球面網殼，便可進行外圍檁條和鋁板、玻璃的安裝。

圖8　通風井頂部小拼單元

3.4小單元拼裝關鍵技術

在鋼構散件進入拼裝現(xiàn)場之前，首先進行拼裝場地平整度測量，使場地滿足拼裝要求；根據(jù)拼裝要求設置并校準拼裝工作平臺。

根據(jù)設計圖，在拼裝工作臺上測定出待拼裝鋼結構在拼裝狀態(tài)下的水平投影，主要包括軸線、外廓線、節(jié)點大樣。在確定鋼結構長度時要考慮溫度變形及其它因素產生變形的影響，并對長度值進行相應的修正。小拼單元CAD放樣圖見圖9。

網殼小單元拼裝控制數(shù)據(jù)主要為桿件長度、桿件與桿件夾角、桿件與鼓式節(jié)點角度。桿件長度通過鋼尺進行測量；桿件之間夾角的測量通過從桿件與節(jié)點連接端開始，向另一端量取2m距離，做好標記，最后測量兩個桿件標記點之間距離(圖10)。與CAD放樣結果(圖9d))進行比較，控制角度。桿件與鼓式節(jié)點角度，鼓式節(jié)點水平放置于胎架上，通過鋼尺測量桿件兩端高差，根據(jù)CAD放樣數(shù)據(jù)調整桿件水平度(圖11)。

拼裝結束后，要對拼裝體的幾何尺寸進行驗收測量，為最終安裝提供依據(jù)(圖13)。

圖9　小拼單元CAD放樣圖

圖10　桿件角度檢查

圖11　桿件與鼓式節(jié)點角度檢查

圖12　完成拼裝的單元組件

3.5安裝測量定位

1)復測網殼底部平板支座的位置標高。當有偏差時應調整支座部件尺寸。

2)鼓式球節(jié)點定位控制及測量是本工程施工難度較大的工作，節(jié)點三維空間的位置精度直接影響整個建筑外觀效果。節(jié)點坐標測量工作主要有節(jié)點安裝定位測量、安裝矯正測量、焊接變形監(jiān)測、安裝完畢驗收測量等。

3)安裝定位是通過測量鼓式節(jié)點球上蓋板中心的三維坐標是否與設計值坐標一致來實現(xiàn)的。測量具體操作如下：①根據(jù)設計圖紙模型，計算出測站點、各鼓式節(jié)點球的三維坐標；②在測站點架立全站儀，精確整平對中；③輸入測站點坐標及高程、全站儀的儀高、后視點方位角，精確瞄準后視點按設角鍵；④在鼓式節(jié)點中心點架立棱鏡，轉動全站儀對準棱鏡，按坐標測量鍵，獲取鼓式節(jié)點坐標，計算實測坐標與設計坐標的差值，測量過程見圖13；⑤調整U型支托頂撐，使其調到預定的高度和水平位置，調整鼓式球節(jié)點的位置，直到球節(jié)點定位準確；⑥重復以上過程，放樣出該測站點上的所有待放樣點。

4)為了避免放樣誤差的積累，安裝時必須對每個小拼單元鼓式節(jié)點進行測量控制，每環(huán)結構合攏后再進行復核矯正測量。每環(huán)網格下節(jié)點焊接前，應確保做到各鼓式節(jié)點徑向距離合格。出現(xiàn)的誤差要在每環(huán)安裝時消除，不得造成累積誤差。整體安裝后，作一次全面檢查和測量。

圖13　全站儀測量

3.6支撐系統(tǒng)卸載

當雜技館所有節(jié)點焊接完畢并檢查合格后，進行支撐系統(tǒng)的卸載，卸載采用由上而下、逐層拆卸支撐工具的方法。拆除過程中，檢測坐標控制點的變化情況，當變化值是在合理范圍內時方可進行下道支撐具的拆卸。

4質量控制

質量控制措施包括：

1)網殼施工中嚴格執(zhí)行《空間網格結構技術規(guī)程(JGJ 7—2010)》《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范(GB 50205—2001)》《鋼結構焊接規(guī)范(GB 50661—2011)》等有關標準規(guī)范，并嚴格按照設計圖紙施工。

2)對于購進的矩形鋼管，必須有材料出廠合格證及原始的材料質量保證書。并對材料的外觀及幾何尺寸等進行檢測，檢驗結果與質保書規(guī)定相符時，方可辦理入庫手續(xù)。

3)桿件下料時，應根據(jù)設計圖紙放樣，并預留焊接收縮量。

4)小拼單元拼裝胎架應牢固穩(wěn)定，每榀單元拼裝前檢查胎架坐標數(shù)據(jù)，避免拼裝誤差累計。

5)焊接必須嚴格按焊接工藝要求操作，按照對稱焊接的方法焊接，減少焊接變形和焊接應力。

6)油漆材料、厚度和質量要求必須達到設計規(guī)范規(guī)定。

5結語

球面網殼主要是將加工好的網殼桿件通過高空散裝法從下往上安裝，形成穩(wěn)定、安全的網殼不變結構，并且經濟效益和社會效益顯著。本工程應用了安裝支撐工具、小單元吊裝、全站儀測量等技術，確保了浠水縣雜技館這一高大新穎工程得以呈現(xiàn)。

參 考 文 獻

[1]葛金剛.強震作用下單層網殼結構倒塌機理及抗倒塌措施[D].天津:天津大學，2012.

[2]中國建筑科學研究院.JGJ 7—2010空間網格結構技術規(guī)程[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]卓新，董石麟.球面網殼順作懸挑法與全支架安裝法施工內力特性及其對比分析[C]//第八屆空間結構學術會議論文集.開封：中國土木工程學會橋梁及結構工程學會空間委員會，1997:647-652.

收稿日期：2016-01-14

作者簡介：金建勇(1987—)，男，浙江青田人，工程師，從事建筑工程施工管理工作。

中圖分類號：TU758.11

文獻標志碼：B

文章編號：1008-3707(2016)03-0050-05

Construction Key Technology of the Steel Structure SphericalBraced Domes for the Circus in Xishui County

JIN Jianyong, LOU Zhengquan, XU Mintao, LU Haitao