大跨度空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量控制

韋世妍

（廣西建工集團(tuán)第一建筑工程有限責(zé)任公司 廣西 530001）

1 工程概況

巴中市綜合體育館位于巴中市北龕小區(qū)（圖1），總建筑面積為60878m2。本工程鋼結(jié)構(gòu)主要由一圈環(huán)形桁架、網(wǎng)殼及上部兩榀大型拱形裝飾桁架組成（圖2）。體育館長134.4m，寬134.4m，鋼結(jié)構(gòu)由下部混凝土柱支撐，支座位置分布于環(huán)桁架下方及中間拱形裝飾桁架下方位置。環(huán)桁架下方為36個(gè)支承點(diǎn)，裝飾桁架下方為12個(gè)支撐點(diǎn)及4個(gè)拱腳，支撐點(diǎn)與拱腳節(jié)點(diǎn)均采用抗震球鉸支座連接。網(wǎng)殼采用球型結(jié)構(gòu)布局，主要為螺栓球節(jié)點(diǎn)，局部維焊接球節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)格尺寸約4m×4m，網(wǎng)殼厚度大部分為3m。

圖1 巴中市綜合體育館鳥瞰圖

圖2 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系鋼結(jié)構(gòu)示意圖

2 本工程施工特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

2.1 制作加工難度高

本工程有約8000根桿件、1800個(gè)節(jié)點(diǎn)球，如此大數(shù)量桿件對從圖紙深化到加工制作等各個(gè)環(huán)節(jié)均產(chǎn)生較大壓力。因其桿件截面小，在制作精度上，對節(jié)點(diǎn)接頭的角度、長度以及平面彎弧控制提出了較高要求。節(jié)點(diǎn)作為整個(gè)網(wǎng)殼關(guān)鍵的承受力和傳遞力結(jié)構(gòu)，為確保結(jié)構(gòu)安全，需要確保構(gòu)件制作質(zhì)量。為此，在進(jìn)行構(gòu)件加工之前，需要構(gòu)建相應(yīng)的三維模型，并對彎扭構(gòu)件所有控制點(diǎn)對應(yīng)的三維坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，并以計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，制作配套的預(yù)拼裝和組裝胎架。

2.2 現(xiàn)場安裝精度控制難度高

由于本工程造型優(yōu)美，風(fēng)格獨(dú)特，且工程桿件數(shù)量多，空間跨度大，網(wǎng)殼最大跨度約125m，安裝強(qiáng)度高，采光頂網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)所在的空間位置各不相同，桿件的角度不同，致使網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)的牛腿方向各不相同，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)有12個(gè)支座節(jié)點(diǎn)，通過34根支撐桿與網(wǎng)殼下弦球節(jié)點(diǎn)連接，支撐于混凝土柱頂，網(wǎng)殼上部通過44根支撐桿與網(wǎng)殼上弦28個(gè)節(jié)點(diǎn)球節(jié)點(diǎn)連接，托起上部裝飾桁架結(jié)構(gòu)，每一個(gè)構(gòu)件加工完成后應(yīng)在施工現(xiàn)場進(jìn)行空中對接，因不同構(gòu)件有不同的空間坐標(biāo)，同時(shí)空間坐標(biāo)屬于三維坐標(biāo)，所以對計(jì)算有很高的要求，在施工前還要進(jìn)行現(xiàn)場放樣，這使得測量工作不僅難度大而且工作量多。

2.3 施工現(xiàn)場焊接量大，要求高

常規(guī)設(shè)計(jì)一般采用焊接球或螺栓球節(jié)點(diǎn)，為保證建筑效果，設(shè)計(jì)采用六向交接焊接節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)上、下底板整板下料，機(jī)加工折彎，以確保網(wǎng)架結(jié)構(gòu)平滑過渡（圖3）。鋼結(jié)構(gòu)在施工現(xiàn)場完成拼裝以后，不同構(gòu)件應(yīng)采用坡口全熔透焊接的方法，焊縫要達(dá)到相同的強(qiáng)度，根據(jù)一級焊縫的要求進(jìn)行質(zhì)量控制，這使得現(xiàn)場的焊接施工有很高質(zhì)量要求，而且工作量很大，但實(shí)際的焊接環(huán)境卻不理想。

圖3 螺栓球及焊接球節(jié)點(diǎn)示意圖

2.4 施工現(xiàn)場組織協(xié)調(diào)難度大

圖紙深化時(shí)加大人工干預(yù)，編號按照區(qū)域、所位于網(wǎng)殼網(wǎng)格屬性（弦桿還是腹桿）以及所在軸線位置等進(jìn)行編號，并將相鄰桿件捆扎打包，掛牢標(biāo)牌號，發(fā)往現(xiàn)場；現(xiàn)場以滿足一周吊裝庫存量為準(zhǔn)，安排加工構(gòu)件發(fā)運(yùn)工作，減少現(xiàn)場堆放量。構(gòu)件分區(qū)存放，且不得相互疊壓。在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場安裝時(shí)，其它工種的施工一般也同時(shí)展開，這樣做的目的是加快進(jìn)度，縮短工期，但這會(huì)使現(xiàn)場組織與協(xié)調(diào)變得十分困難。

3 嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)

3.1 充分做好施工前準(zhǔn)備階段的質(zhì)量控制

做好充分的技術(shù)準(zhǔn)備工作能夠達(dá)到事半功倍的效果，施工人員十分重視鋼結(jié)構(gòu)施工前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，重點(diǎn)圍繞如何確保安裝前準(zhǔn)備階段的質(zhì)量控制，切實(shí)做好以下幾方面的工作：

3.1.1 審查專業(yè)分包方的綜合資質(zhì)

本工程鋼結(jié)構(gòu)由專業(yè)施工單位負(fù)責(zé)分包，通過審查后發(fā)現(xiàn)這一施工單位的綜合實(shí)力滿足要求，具有相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工資質(zhì)，承接類似工程經(jīng)驗(yàn)豐富，為施工提供有力保障和良好基礎(chǔ)。

3.1.2 復(fù)核并會(huì)審設(shè)計(jì)詳圖

施工詳圖是進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)制作的重要依據(jù)，在施工詳圖中需要明確各類構(gòu)件的細(xì)節(jié)，包括所用材料、節(jié)點(diǎn)與焊縫，但對原設(shè)計(jì)圖紙而言，通常都不具備此特征，需要以構(gòu)件結(jié)構(gòu)為依據(jù)，同時(shí)充分結(jié)合制作與安裝施工基本要求進(jìn)行細(xì)化，從而得到能轉(zhuǎn)化為工程直接進(jìn)行加工的詳圖。在本工程中，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)圖主要由專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)分包方負(fù)責(zé)，在完成相應(yīng)的深化設(shè)計(jì)工作以后，首先，工程總承包方應(yīng)積極督促專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)分包方向原設(shè)計(jì)院提交相應(yīng)的詳圖，由原設(shè)計(jì)院對深化設(shè)計(jì)圖進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)；其次，施工總承包方組織所有參建方對所得詳圖實(shí)施會(huì)審，重點(diǎn)審查詳圖是否對其它專業(yè)設(shè)置如預(yù)埋件、預(yù)埋板等方面的遺漏。

3.1.3 審查鋼結(jié)構(gòu)專項(xiàng)施工方案

鋼結(jié)構(gòu)專項(xiàng)施工方案，作為組織和指導(dǎo)施工作業(yè)的關(guān)鍵文件，工程總承包方需要對專項(xiàng)專業(yè)方案予以深入核查，主要是對專項(xiàng)方案的針對性、程序性與符合性進(jìn)行重點(diǎn)審查。①按有關(guān)規(guī)定，危險(xiǎn)性較大的分部、分項(xiàng)工程，在工程施工前還應(yīng)在施工組織設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上編制專項(xiàng)施工方案，超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部、分項(xiàng)工程，承包方還應(yīng)組織專家對專項(xiàng)施工方案進(jìn)行論證，故本工程鋼結(jié)構(gòu)專項(xiàng)施工方案必須進(jìn)行專家認(rèn)證；②專項(xiàng)施工方案編制必須充分考慮工程基本特點(diǎn)，并分析所處環(huán)境及管理方法，要有良好的可操作性；③符合性審查的內(nèi)容為：與施組設(shè)計(jì)直接相關(guān)的結(jié)構(gòu)受力、工藝方法、技術(shù)手段及安全措施等，必須符合國家有關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

3.1.4 審查施工作業(yè)人員資格及機(jī)械設(shè)備

主要是審查特殊工種施工人員特種作業(yè)證和技術(shù)等上崗證書，對本工程技術(shù)焊接工人要組織專門的培訓(xùn)及考試，熟悉不同的焊接設(shè)備、不同的焊接工位、不同的環(huán)境和各種不同的焊接工藝。本工程開始前對焊工及其他工種進(jìn)行專門培訓(xùn)，并取得相應(yīng)的資格證書或上崗證。對于超聲波探傷人員必須持有中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測學(xué)會(huì)的技術(shù)資格證書，設(shè)備審查主要是對關(guān)鍵設(shè)備所處狀態(tài)進(jìn)行檢查，相關(guān)檢修和保養(yǎng)記錄完善與否等。

3.2 制作過程中的質(zhì)量跟蹤控制

在制作過程中，專職質(zhì)檢員必須對各個(gè)制作環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督，如材料使用、機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況、上崗人員變化、執(zhí)行工藝指導(dǎo)書情況，以及操作方法等方面，實(shí)行跟蹤監(jiān)控。發(fā)現(xiàn)有違規(guī)和影響工程質(zhì)量的情況，應(yīng)立即要求改進(jìn)和處理。

3.3 嚴(yán)格做好網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安裝的質(zhì)量控制

空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安裝是鋼結(jié)構(gòu)工程中的重要環(huán)節(jié)之一，它主要包括網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的定位、空中吊裝、焊接以及涂裝等。在現(xiàn)場安裝中，施工人員應(yīng)重點(diǎn)做好以下幾方面工作：

3.3.1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的定位放線、變形監(jiān)測

定位放線主要包括：地面預(yù)拼裝的定位、吊裝焊接過程的空間定位、鋼結(jié)構(gòu)焊接后以及加載過程中的變形觀測。審查測量方案是否合理，測量儀器是否在校準(zhǔn)期內(nèi)，使用的測量基線是否準(zhǔn)確，定位放樣計(jì)算是否正確。同時(shí)，還應(yīng)對現(xiàn)場的測量基線、放樣的軸線與標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，對變形進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測。

3.3.2 焊接質(zhì)量控制

（1）焊接工藝評定

構(gòu)件加工制作前，對首次據(jù)本工程鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)形式、鋼材類型、規(guī)格、采用的焊接方法、焊接位置等，制定焊接工藝評定方案，擬定相應(yīng)的焊接工藝評定指導(dǎo)書，并按指導(dǎo)書要求指導(dǎo)焊工進(jìn)行焊接工藝評定試件的施焊。然后由具有相應(yīng)資質(zhì)的檢測單位進(jìn)行檢測試驗(yàn)，并出具焊接工藝評定報(bào)告（PQR）。根據(jù)焊接工藝評定報(bào)告（PQR）制定相應(yīng)的焊接工藝規(guī)程（WPS），用于指導(dǎo)焊接施工。焊接工藝規(guī)程應(yīng)詳細(xì)的反應(yīng)應(yīng)用的各種焊接方法、接頭形式、焊接位置、焊接參數(shù)、預(yù)熱范圍及溫度、焊腳尺寸、層間溫度控制、消除應(yīng)力措施等各項(xiàng)必需要素。

（2）焊接變形控制

①在進(jìn)行構(gòu)件或組合構(gòu)件的裝配和部件間連接時(shí)，以及將部件焊接到構(gòu)件上時(shí)，采用的工藝和順序應(yīng)使最終構(gòu)件的變形和收縮最小。

②構(gòu)件裝配焊接時(shí)，應(yīng)先焊預(yù)計(jì)有較大收縮量的接頭，后焊預(yù)計(jì)收縮量較小的接頭，接頭應(yīng)在盡可能小的拘束狀態(tài)下焊接。

③對于預(yù)計(jì)有較大收縮或角變形的接頭，可通過計(jì)算預(yù)估焊接收縮和角變形量的數(shù)值，在正式焊接前采用預(yù)留焊接收縮裕量或預(yù)置反變形方法控制收縮和變形。

④對于組合構(gòu)件的每一組件，應(yīng)在該組件焊到其它組件以前完成拼接；多組件構(gòu)成的復(fù)合構(gòu)件應(yīng)采取分部組裝焊接，分別矯正變形后再進(jìn)行總裝焊接的方法降低構(gòu)件的變形。

⑤對于焊縫分布相對于構(gòu)件的中性軸明顯不對稱的異形截面的構(gòu)件，在滿足設(shè)計(jì)計(jì)算要求的情況下，可采用增加或減少填充焊縫面積的方法或采用補(bǔ)償加熱的方法使構(gòu)件的受熱平衡，以降低構(gòu)件的變形。

3.3.3 涂裝質(zhì)量控制

鋼結(jié)構(gòu)的防腐與耐久性與修護(hù)費(fèi)用有直接關(guān)系，對鋼結(jié)構(gòu)的壽命與安全會(huì)造成影響。防腐處理主要分成以下兩部分：①在加工制作完成，如噴砂除銹、底漆處理和中間漆處理；②在施工現(xiàn)場進(jìn)行涂裝，如焊縫防腐與面漆涂裝，因現(xiàn)場的涂裝條件相對較差，所以施工方必須嚴(yán)格控制，特別是對涂裝環(huán)境溫濕度控制、涂料配比控制、涂裝時(shí)間控制、涂裝厚度控制等。

4 結(jié)束語

大跨度空間網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)體系具有造型優(yōu)美，風(fēng)格獨(dú)特、結(jié)構(gòu)輕盈且工程質(zhì)量易于保證。隨著我國現(xiàn)代化大跨度空間網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，越來越多大型公共建筑尤其是大跨度空間網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)建筑已被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)與民用建筑中。其施工質(zhì)量直接關(guān)系到工程結(jié)構(gòu)的安全，作為施工現(xiàn)場管理人員，需要熟悉掌握相應(yīng)的各類施工規(guī)范，切實(shí)做好施工質(zhì)量控制，在實(shí)際工作當(dāng)中不斷積累和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高對大跨度空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系鋼結(jié)構(gòu)工程的專業(yè)管理能力。

[1]尹越，張文博，閆翔宇.天津商業(yè)大學(xué)新建體育館屋蓋環(huán)桁架拱支單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2015，45（16）：11～16.

[2]韓巍，齊欣，張學(xué)利.濟(jì)南省會(huì)文化藝術(shù)中心（大劇院）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013，43（17）：48～53+8.

[3]陳彬磊，郭宇飛，張勇.深圳灣體育中心鋼結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013，43（17）：63～67.