雙層球殼鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)

邢司藝　逯艷華

摘 要：本文通過工程實(shí)例介紹超大型雙層球殼鋼結(jié)構(gòu)拼裝、安裝的施工工藝，采用“分塊拼裝、高空嵌補(bǔ)”的施工方法，為確保雙層球殼整體施工工期和安全性提供了有效的保障，同時也保證了施工質(zhì)量和精度，滿足了設(shè)計(jì)和規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：雙層；球殼；施工技術(shù)；分塊；嵌補(bǔ)

1 工程概況

遼寧省科技館工程位于遼寧省沈陽市渾南新區(qū)中心地帶，西鄰智慧三街，南鄰全運(yùn)南路與7號路東段之間，依傍市民廣場，是遼寧省文化場館重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一，總建筑面積102508m2。在主體結(jié)構(gòu)西北側(cè)，Q～K/1～5軸線之間為雙層鋼球殼網(wǎng)架，其中，工程球幕結(jié)構(gòu)內(nèi)球殼采用圓鋼管相貫結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)球幕半徑13690mm，高度15640mm，主要球幕桿件為？準(zhǔn)273*8與？準(zhǔn)168*8圓鋼管相貫而成。外側(cè)球幕為H250X150X6X12、H250X150X6X10型鋼和直徑400mm鼓型節(jié)點(diǎn)相貫組成，外側(cè)球半徑19525mm，高度為27475mm，在平面位置上，兩球圓心并不在一個點(diǎn)上，兩球中心偏離1995mm，雙層球殼網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約250t。

2 雙層球殼施工特點(diǎn)分析

2.1 雙層球殼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、現(xiàn)場拼裝及安裝難度大

工程采用的雙層球殼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式特殊，節(jié)點(diǎn)眾多復(fù)雜，且均要求全熔透焊接。

2.2 雙層球殼鋼結(jié)構(gòu)施工過程的結(jié)構(gòu)安全性計(jì)算及監(jiān)測

雙層球幕坐標(biāo)不同心，需進(jìn)行施工過程結(jié)構(gòu)安裝工況分析及計(jì)算，包括不同吊裝工況對結(jié)構(gòu)的影響，現(xiàn)場安裝采取加固處理部位的加固方案和安全性的分析計(jì)算。

3 雙層球殼網(wǎng)架拼裝方法及措施

3.1 地面定位基準(zhǔn)線的劃線

（1）根據(jù)構(gòu)件的實(shí)際投影尺寸，在地面上劃出網(wǎng)架弦桿及節(jié)點(diǎn)的中心線，外形輪廓線等；

（2）地面線型是網(wǎng)架零部件定位的一個重要基準(zhǔn)，劃線時應(yīng)嚴(yán)格控制其精度要求，以確保構(gòu)件在拼裝過程中定位的精確度。

3.2 組裝胎架的制作

（1）組裝胎架是保證構(gòu)件制作精度的另一個重要條件，因此，胎架設(shè)置后必須有一定的承載力，并且不得有明顯的晃動；

（2）胎架豎桿設(shè)置時，可根據(jù)組裝工藝圖的要求進(jìn)行設(shè)置，必須充分考慮構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，以免出現(xiàn)零部位定位、安裝時與胎架相碰的情況；

（3）胎架高度及其水平度必須控制在±1mm以內(nèi)，根據(jù)組裝工藝圖提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，胎架必須經(jīng)專職檢查員驗(yàn)收合格后方可使用；

（4）胎架模板的設(shè)置，必須保證構(gòu)件的定位方便安全可靠。因此需設(shè)置專用的定位模板，胎架模板須采用數(shù)控切割，以保證胎架的組裝定位精度。

3.3 弦桿的定位

（1）將拼接合格后并經(jīng)校正后的網(wǎng)架弦桿吊上組裝胎架進(jìn)行定位，定位前此翼緣板上腹板的中心定位線必須預(yù)先劃出；

（2）定位時將翼緣板外輪廓線和腹板的中心線對齊地面位置線，同時控制其端部與地面位置線。

3.4 腹桿的定位

（1）將拼接合格的腹桿分別吊上組裝胎架進(jìn)行定位，腹桿面、腹板中心線必須預(yù)先進(jìn)行劃線；

（2）定位時將腹桿中心線及外邊線定對地面及弦桿安裝位置線，嚴(yán)格控制腹桿與弦桿之間的垂直度，同時還需控制腹桿的水平度及水平標(biāo)高。

3.5 整體焊接、校正

全部構(gòu)件安裝完交專職檢查員驗(yàn)收后進(jìn)行焊接，焊接時采用CO2藥芯焊絲氣體保護(hù)焊，焊接時從中間向兩端對稱進(jìn)行。焊接時先焊立角焊，再焊平角焊，并采用較小的焊接線能量以減小焊接變形。

3.6 完整性驗(yàn)收

（1）自檢互檢合格后，提交專職檢查員及監(jiān)理進(jìn)行完整性驗(yàn)收；

（2）驗(yàn)收時采用地樣法及全站儀相結(jié)合的方法進(jìn)行，有效的控制構(gòu)件加工的質(zhì)量。

3.7 外球幕網(wǎng)架的拼裝工藝流程

3.8 外球幕網(wǎng)架的拼裝工藝流程

3.9 拼裝桿件公差要求

①構(gòu)件長度：±5mm；②構(gòu)件寬度：±2mm；③網(wǎng)架彎曲矢高：L/1000mm，且不大于10mm；④網(wǎng)架扭曲：H/250，且不大于5mm。

3.10 鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場拼裝精度保證措施

①嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)拼裝工藝、確保拼裝構(gòu)件尺寸的精度；②保證現(xiàn)場拼裝胎架精度，確保拼裝質(zhì)量；③采取合理的焊接工藝、焊接順序、減少焊接變形；④加強(qiáng)過程監(jiān)測和質(zhì)量監(jiān)測；⑤確保測量精度達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)。

4 雙層球殼安裝方法的施實(shí)

（1）雙層球殼專項(xiàng)施工方案在施工前經(jīng)專家論證會通過。

（2）雙層球殼的單元塊劃分。

（3）鋼結(jié)構(gòu)球殼的吊裝方法及工藝要求。雙層球殼的安裝采用“地面拼裝球殼分塊，球殼下部設(shè)置臨時支撐，大型吊車安裝球殼分塊，現(xiàn)場塔吊配合安裝嵌補(bǔ)段構(gòu)件”。

（4）臨時支撐的布置。根據(jù)球殼網(wǎng)架安裝分塊特點(diǎn)，在網(wǎng)殼安裝前布置臨時支撐架，臨時支撐底部設(shè)置在強(qiáng)度較高的土建柱或主梁結(jié)構(gòu)上并作相應(yīng)的加固措施。具體臨時支撐布置見下圖示：

（5）臨時支撐節(jié)點(diǎn)計(jì)算及單元分塊安裝工況模擬分析。

各工況計(jì)算結(jié)果：結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為155.6MPa<310MPa，最大變形為15.1mm；支撐的最大應(yīng)力為42.7MPa<215MPa，最大變形為5.9mm，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求！

（6）安裝工況流程圖

5 球殼結(jié)構(gòu)主體卸載

根據(jù)計(jì)算時得出的各支撐點(diǎn)卸載時需要降低的行程來具體實(shí)施每一步驟的卸載行程，每次卸載時要先在支撐塊上用水平尺畫出每次需要下降到的位置，使用千斤頂把支撐塊降到預(yù)定位置后再次把墊塊墊上；千斤頂撤出后準(zhǔn)備下一步驟的卸載，使整個卸載過程中不出現(xiàn)卸載點(diǎn)完全失去作用的情況，使整個結(jié)構(gòu)逐步下降，確保主體結(jié)構(gòu)的安全，直到結(jié)構(gòu)卸載完成。

卸載過程中分3步驟，在每一步驟中卸載過程中要嚴(yán)密監(jiān)測整個結(jié)構(gòu)的撓度變化情況，遇到在卸載步驟中與驗(yàn)算結(jié)果差異較大的情況應(yīng)查找原因，調(diào)整卸載實(shí)施方案，重新確定卸載行程即頂升高度控制在不大于2mm范圍，確保卸載過程的安全性，設(shè)計(jì)計(jì)算最大變形值為15mm，現(xiàn)場安裝控制值小于10mm，經(jīng)現(xiàn)場最終監(jiān)測變形值為9mm，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的變形量。

6 效益分析

7 總 結(jié)

遼寧省科技館球幕雙層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)工程通過“分塊拼裝、高空嵌補(bǔ)”安裝方法，科學(xué)的組織施工和有效的質(zhì)量管理，為整體施工工期提供了有效的保障，球幕鋼結(jié)構(gòu)工程安裝精度滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，為超大型球殼安裝施工探索了一條新的途徑。