多曲面懸挑網(wǎng)架施工技術

雷志芳 閆月勤

1 工程概況

高平市體育中心體育場看臺網(wǎng)架結構為正四角錐、空心球—管焊接結構。網(wǎng)殼投影面積約5500 m2，采用厚皮圓鋼管獨立柱多點支撐。支撐柱兩排，網(wǎng)架前后懸挑，呈多變曲面，曲面最高點標高+29.000 m，最低點標高+21.471 m，球坐標不一，桿件規(guī)格尺寸甚多。

2 施工難點及其分析

1)錨栓成型式安裝技術;2)厚皮管圓柱加工技術;3)光譜試驗的應用;4)錯落有致的臺模架搭設技術;5)計算機模擬桿件與球節(jié)點的相貫量、經(jīng)驗數(shù)據(jù)加減、全站儀測量定位技法、單面施焊雙面成型技法、高空散裝法，消除焊接應力的施工工藝。

3 施工方案確定

從錨栓安裝、鋼柱制安到網(wǎng)架成型施工組織一體化。根據(jù)多變曲面錯落有致地搭設符合曲面的臺模，結合全站儀打點定位測量技術，采用高空散裝及三向定點拼裝工藝，按先成片后定支座、先中間后向四周擴散的拼焊，以減少焊接殘余應力。應用單面施焊雙面成型的焊接技法，網(wǎng)架焊接完畢后采用間隔同步卸載法卸載。

4 關鍵施工技術

4.1 錨栓的安裝

多曲面懸挑網(wǎng)架鋼柱錨栓的安裝精確度對鋼柱安裝及網(wǎng)架支座的定位精確度有很大影響。用逐條安裝法在安裝現(xiàn)場操作，不易保證錨栓的垂直度及相互之間的尺寸要求，且積累誤差大，也不易現(xiàn)場檢測、復核、驗收。為此對每個柱腳錨栓采用成型式整體安裝法。

采用此辦法施工分兩個主要工序:

1)根據(jù)圖紙要求柱腳錨栓的布置及錨栓間相對位置尺寸將已加工合格的錨栓組裝成型。具體做法:a.制作成型模架。用8 mm厚鋼板制作柱腳板模具，模具上按施工圖要求的錨栓位置和尺寸開孔?？讖揭詣偤么┻M錨栓為宜，不得大于錨栓直徑0.2 mm。利用角鋼做支架與上下兩塊模板組裝成專用模架。b.在模架上安裝錨栓后，利用鋼筋將錨栓連接牢固，點焊成不變形結構。

2)安裝分初裝和校準兩步，初裝是在錨栓間鋼筋未完全安裝之前，經(jīng)測量放線將成型栓體吊裝安裝支設到施工圖要求的相應位置，并拉結臨時固定。校正是在相應處鋼筋安裝完畢，模板支設加固完畢，并檢查驗收合格后，在水準儀和全站儀的檢測下，校正到所要求的標高和精確位置，并用鋼筋作電焊加固。安裝校正準確定位用全站儀跟蹤檢查。準確定位前，模板支設及加固必須全部完成，經(jīng)檢查驗收可靠后進行。

4.2 焊接圓鋼管柱的制作安裝

大體量懸挑鋼架一般鋼柱直接用型鋼的不多，如高平體育場懸挑網(wǎng)架鋼柱為φ508×30的圓形柱，材質要求為Q235B，柱體采用30 mm厚Q235B鋼板，圓柱制作采用3000 t液壓沖壓機沖壓成型，自動埋弧焊內外施焊工藝焊接而成。

1)制作工藝流程為:板材檢查→下料銑邊→預彎→成型→合縫預焊→內焊→外焊→精整→校直→管體校圓→焊縫超聲波探傷→平頭倒角→測長稱重。

2)定位焊用CO2氣體保護焊，內外施焊采用自動埋弧焊，管體校圓采用校圓機，校圓機有內模滾和外模滾，在模滾與管體的滾動下將管體校圓，偏差控制在規(guī)范允許范圍內。

3)鋼柱安裝采用汽車式起重機吊裝，對高重鋼柱安裝時，在起重機的配合下拉結好臨時纜風繩，并用水準儀和全站儀檢測，通過調整錨栓上下螺帽校正鋼柱的垂直度、柱基板標高和準確定位。并在二次澆筑部位，沿柱基板周圍四個方向支設墊鐵。檢測復查準確無誤后方可摘吊車鉤。為了保證鋼柱柱基的二次澆筑質量，采用無收縮混凝土，自流平灌漿法施工。

4.3 焊接空心球的加工

1)空心球一般用熱壓工藝制作，首先將鋼板下料后加熱至850℃～900℃，這個溫度區(qū)段屬于鋼材正火處理溫度，加熱后的坯模經(jīng)過空氣中自然冷卻，保持鋼材強度的同時能夠保持良好的塑性和韌性，對鋼材是有利的，但是加熱溫度超過1000℃鋼材易產(chǎn)生脫碳現(xiàn)象，除影響鋼材的強度外同時影響焊縫質量。脫碳現(xiàn)象較嚴重時表面有麻點可以通過肉眼看到，不嚴重時表面幾乎看不出跡象，解決這方面問題，通過對其做光譜試驗來檢驗。經(jīng)檢驗合格后的壓制球殼，在車床上修切邊緣及開設坡口，最后進行鋼球的組對和施焊。

2)空心球的焊接方法:把組對好的空心球放在轉胎上，用手工電弧焊施焊。壁厚大于16 mm的大型空心球焊接時用埋弧自動焊，先用CO2氣體保護焊或手工電弧焊，小直徑焊條打底，以保證在焊透的同時避免燒穿，然后用自動埋弧焊填肉、蓋面。

4.4 網(wǎng)架拼安臺模的搭設

1)臺模設計。根據(jù)符曲線的變換搞好臺模設計。根據(jù)網(wǎng)架曲面形狀和下弦球的空間位置，分區(qū)分段、分片設計不同標高的平臺面，以便支設可調節(jié)下弦節(jié)點托，支撐下弦球。必須先通過驗算三保證，即保證臺模架有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。采用換載計算法，驗算看臺梁板能否滿足臺模、網(wǎng)架及施工荷載作用，并繪制臺模施工搭設圖。

2)臺模架的搭設施工。a.根據(jù)臺模搭設圖布置桿件采用全站儀在網(wǎng)架下基面打點，并標注標高。b.臺模搭設形成一個穩(wěn)定體系過程中，必須采用軟硬連接使臺模架與已施工完畢的混凝土建筑可靠連接，以保證施工安全萬無一失。c.臺模架周邊和臺模架的高低差處必須搭設安全防護欄，掛設安全防護網(wǎng)。d.分區(qū)分片對臺模上可調式下弦球節(jié)點托的位置進行再次檢測和復核，并做好加固調整，方可進入下道工序鋼球及桿件吊裝安裝。

4.5 網(wǎng)架桿件的制作

在桿件制作之前應做好三項準備:

1)技術準備:根據(jù)設計說明并考慮桿件的溫度影響、焊接收縮量、相貫量等因素，確定桿件下料長度。利用計算機配料，以控制下料的損耗。桿件下料宜用機床下料，桿件長度的允許偏差應為±1 mm。下料后開設坡口，對加工場地、擺放場地、使用現(xiàn)場等作周密的規(guī)劃和布局，由于桿件尺寸種類繁多，分類擺放，防止混桿和錯桿。2)現(xiàn)場規(guī)劃準備:根據(jù)工藝流程和現(xiàn)場場地，結合安裝使用，對桿件從原材料堆放、噴砂、下料、檢查驗收、半成品放置、涂刷底漆、成品桿件放置，作合理布置。3)配備專業(yè)人員根據(jù)現(xiàn)場需求，檢查、驗收、擺放、管理、領用。按要求分區(qū)、分類，按標識擺放。

4.6 網(wǎng)架的高空散裝法

1)依據(jù)先成片后固定支座、先中間后向四周擴展的拼裝順序，采用桿件三向定位球節(jié)點與現(xiàn)場測量相結合的放線定位技術。2)在中間區(qū)下弦球網(wǎng)格基準點，按圖紙中鋼球編號先將帶桿件的鋼球吊置于可調下弦球節(jié)點托上，用全站儀測量空心球定位基點，并用拉對角線尺寸的方法復核后，點焊牢固，形成下弦網(wǎng)格。以形成的下弦網(wǎng)格為基礎，定位上弦球，上弦球采用空間三桿定點法，用導鏈吊裝到位。形成錐體后，依次向四面擴展拼裝。3)球與每個桿件頭的連接焊口，采用3處定位，根據(jù)焊口直徑大小，確定定位焊的焊縫長度，一般為20 mm～50 mm。在正式施焊前，必須清理好定位焊縫表面，并用砂輪機將焊縫頭尾打磨與未焊坡口處成斜坡過渡，以便正式施焊時均勻焊透。4)復核定位及尺寸符合要求后，進行球—管接口的施焊。焊接遵循先下弦后上弦的焊接原則，在支座區(qū)域內的桿件與空心球節(jié)點焊接完成后再次復核檢測，根據(jù)實際變形情況，調整柱帽桿件的下料長度，進一步消除焊接殘余應力的集中，同時減少積累誤差。焊接采用單面施焊，雙面成型的焊接技法，完成球體與桿件的焊接。焊接完后清除表面并做好檢查驗收和按要求做無損探傷試驗。5)卸載。網(wǎng)架拼裝及施焊全部完成，經(jīng)驗收合格后，根據(jù)網(wǎng)架結構的情況和各支撐點的結構自重撓度值確定卸載方案，采用間隔同步卸載法，先卸高處后卸低處，防止個別支撐點集中受力，每次卸載不大于10 mm。

4.7 除銹、涂裝

1)按照設計要求達到規(guī)定的除銹等級，“Sa”為拋射噴射，“St”為手工及機械除銹，“F1”為火焰除銹。鋼球一般采用噴砂或拋丸除銹，經(jīng)驗收達到圖紙要求的除銹等級后涂刷專用底漆到要求涂層厚度。涂裝前表面銹蝕度等級和除銹等級按國標GB 8923-88涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級規(guī)定執(zhí)行。2)桿件底漆在桿件下料及開設好坡口且除銹驗收合格后進行，底漆涂刷時在需用焊接的管頭留100 mm長。在桿件組裝，焊接質量驗收合格，方可進行補刷涂層，補層應按規(guī)定的涂刷遍數(shù)分層補刷，涂層應完整，附著良好。面漆的涂刷必須在桿件和球體表面清理干凈且底漆驗收合格后進行，涂刷必須做到涂層均勻，無流墜，表面平滑。

5 質量安全控制措施

5.1 質量控制措施

1)編制詳細的施工方案。

2)測量人員必須持證上崗。所用的測量儀器和鋼尺必須統(tǒng)一，并經(jīng)過計量檢驗合格。測量過程做好詳實記錄，認真填寫不得任意涂改。

3)其他特殊工種必須持證上崗。為保證焊接質量，所有施焊人員必須經(jīng)現(xiàn)場考核，全方位焊接技術過關，單面施焊雙面成型施焊技法過關，方可實施焊接。

4)執(zhí)行“三檢”制度。

5)加強對材質的檢驗及驗收，材質不清或不明的絕不能使用。

6)工序細節(jié)的控制和驗收執(zhí)行JGJ 7-91網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程、JGJ 61-2003/J 258-2003網(wǎng)殼結構技術規(guī)程、JGJ 81-2002建筑鋼結構焊接技術規(guī)程、GB 50205-2001鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范、JGJ 78-91網(wǎng)架結構工程質量驗收評定標準、JG/T 11-2009鋼網(wǎng)架焊接空心球節(jié)點的相關內容。

5.2 安全控制措施

1)貫徹相關的安全技術操作規(guī)程、嚴禁違章作業(yè)。2)搞好進場作業(yè)的安全培訓與教育，作業(yè)中適時根據(jù)情況組織安全技術會議。3)用電設備必須安全可靠，線路絕緣，接地良好。4)進施工現(xiàn)場必須戴好安全帽，各工種必須配置相應的安全防護用品。

6 實施效果分析

采用此技術施工，縮短了工期，提高了效率，減少了危險且確保了結構造型和施工質量。由于場地限制只能采取此技術。經(jīng)過測算采用此施工技術可以省去大筆大型機械費用，比現(xiàn)場外圍制作高空拼裝節(jié)約資金40萬元。

7 結語

隨著人民生活水平的提高和城市基礎設施建設的發(fā)展，將建筑工程與藝術融為一體，以達到滿足使用功能和美化城市的雙重效果。特別是近幾年來城市公共設施的完善和建設，許多公共場所采用造型獨特的具有藝術美感的建筑結構，給施工單位帶來很大的施工難度，大體量多曲面造型懸挑網(wǎng)架即是其中多見之一，因此對于這種類型的網(wǎng)架施工成為施工單位研究的重要課題。

[1]陸惠明，金 玉.體育館工程主體鋼結構施工技術應用[J].山西建筑，2010，36(4):141-142.