空間波浪形多跨螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架施工技術(shù)

于海祥，左相飛，李治強(qiáng)

（重慶建工集團(tuán)股份有限公司，重慶 401122）

0 引言

近年來，城市化進(jìn)程迅速推進(jìn)，圖書館、展覽館、體育館等大跨度、大空間的建筑需求日益增加，鋼結(jié)構(gòu)以其強(qiáng)度高、韌性好、自重輕、抗震性能好以及裝配化程度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。然而螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工精度要求高，受力工況復(fù)雜，本文依托實(shí)際項(xiàng)目，總結(jié)螺栓球網(wǎng)架施工工藝方法，以期為類似工程提供參考。

1 項(xiàng)目概況

某項(xiàng)目總建筑面積7071.71m2（其中：長(zhǎng)76m，寬60m），地下一層、地上一層（局部?jī)蓪樱?，最大建設(shè)高度為19.6m。屋面為螺栓球網(wǎng)架，網(wǎng)格形式為正放四角錐，支座采用平板支座。鋼管材質(zhì)均為Q345B，螺栓球?yàn)?5#鋼。該項(xiàng)目網(wǎng)架平面為矩形，網(wǎng)架跨度為37.7+36.7m，長(zhǎng)度為58.4m，網(wǎng)架矢高2.2m，網(wǎng)架從1 軸至11 軸呈曲線形狀。網(wǎng)架四周支座為鋼筋混凝土牛腿，中間支座為鋼筋混凝土柱頂，其布置詳見圖1、圖2。

圖1 網(wǎng)架平面布置圖

圖2 網(wǎng)架正立面圖

2 項(xiàng)目主要重難點(diǎn)分析

（1）屋面網(wǎng)架整體為單曲面，施工質(zhì)量控制難度大，需空間三維定位，測(cè)量復(fù)雜，精度要求高。

（2）因場(chǎng)地受限，鋼網(wǎng)架起步基本單元分為兩片進(jìn)行吊裝，在空中對(duì)接后，再整體落位，技術(shù)要求高、施工難度大。吊裝方法的選擇不僅應(yīng)在技術(shù)上和安全上切實(shí)可行，而且還應(yīng)兼顧經(jīng)濟(jì)適用、合理有效的原則。

（3）網(wǎng)架吊裝安全及高空散裝的安全措施較難實(shí)施，如何采用經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)措施來保證施工安全，是工程的重中之重。

（4）網(wǎng)架吊裝及散裝過程構(gòu)件受力工況復(fù)雜，須與設(shè)計(jì)最終成型后受力工況統(tǒng)籌考慮。

3 施工方法的確定

螺栓球網(wǎng)架安裝方式通常采用分片安裝法、整體吊裝法、滿堂支架法、滑移法、整體頂升法和高空散裝法。安裝工藝方法各有特點(diǎn)[1]，如表1 所示。

表1 螺栓球網(wǎng)架安裝通常方式

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及工期要求，項(xiàng)目屋面采用高空散裝法施工（起步基本單元采用分片吊裝）。

4 屋面網(wǎng)架安裝

4.1 網(wǎng)架安裝思路

根據(jù)網(wǎng)架支承點(diǎn)布置及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將J 軸—G 軸區(qū)域網(wǎng)架分為兩個(gè)單元模塊，即J—G 軸/1/5—11 軸為單元模塊一，J—G軸/1—1/5 軸為單元模塊二，詳見圖3。兩個(gè)單元模塊在地面拼裝完成，吊裝就位作為起步基本單元（即J—G 軸網(wǎng)架作為起步基本單元）。再由G 軸向A 軸方向在塔吊輔助下逐跨進(jìn)行高空散裝，由J 軸向L 軸方向在吊車輔助下進(jìn)行高空散裝，直至完成網(wǎng)架安裝。

圖3 起步基本單元吊裝分塊示意圖

單元模塊地面拼裝順序：散件卸貨→編號(hào)清理→螺栓球清理→測(cè)量定位→胎架制作→網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)定位→螺栓球定位安裝→下弦桿安裝→腹桿安裝→頂部螺栓球安裝→上弦桿安裝→緊固→整體檢查與驗(yàn)收。

網(wǎng)架施工順序：起步基本單元地面拼裝→基礎(chǔ)復(fù)核→安裝支座→臨時(shí)支撐→起步基本單元吊裝→臨時(shí)支撐→高空散裝→調(diào)整、緊固→支座焊接與驗(yàn)收。

4.2 起步跨地面拼裝

首先在地面放出下弦球位置，根據(jù)網(wǎng)架設(shè)計(jì)相對(duì)標(biāo)高按照1:1 制作胎架，胎架采用φ89 的圓管作為支撐并用水平桿和斜桿進(jìn)行加固，使之成為一個(gè)穩(wěn)定體系；從支座位置開始拼裝，拼裝按圖紙單元依次進(jìn)行平行延伸。為保證拼裝的精度，減少積累誤差。組裝順序如下：放線（驗(yàn)線）→布置胎架→放置下弦節(jié)點(diǎn)墊板→完成4 個(gè)下弦螺栓球節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)間的下弦桿安裝定位→繼續(xù)安裝下弦螺栓球及下弦桿→安裝上弦螺栓球節(jié)點(diǎn)和腹桿→完成上弦螺栓球節(jié)點(diǎn)間的上弦桿。

4.3 吊裝工況確定

（1）吊點(diǎn)設(shè)置

吊點(diǎn)設(shè)置須考慮吊裝工況下各桿件內(nèi)力均衡，并與安裝完成后正常使用狀態(tài)下網(wǎng)架受力工況接近。該工程吊裝時(shí)采用4 個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)設(shè)置于網(wǎng)架上弦螺栓球位置。

（2）吊裝工況計(jì)算

該工程充分發(fā)揮EPC 工程總承包優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)人員采用3D3S 14.0 版本對(duì)吊裝單元模塊工況、散裝工況、臨時(shí)支撐等進(jìn)行安全驗(yàn)算，吊裝工況應(yīng)力比云圖詳見4、圖5。網(wǎng)架桿件最大強(qiáng)度應(yīng)力比0.58，滿足網(wǎng)架模塊吊裝施工要求。

圖4 吊裝單元網(wǎng)格模塊一吊裝工況應(yīng)力比云圖

圖5 吊裝單元網(wǎng)格模塊二吊裝工況應(yīng)力比云圖

4.4 吊車選型

單元模塊一重量21.32t，單元模塊二重量17.82t，經(jīng)查詢QAY400K 汽車式起重機(jī)參數(shù)，在其主臂長(zhǎng)度57.4m、吊裝半徑28m 時(shí)可吊重24.1t，故該工程選擇兩臺(tái)QAY400K 汽車式起重機(jī)進(jìn)行吊裝。

4.5 臨時(shí)支撐

首先在J、H、G 軸/4、8 處分別設(shè)置臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐主立管采用φ219*6 的焊管進(jìn)行支撐，底部采用2 根2.0m 長(zhǎng)的H250形成十字支撐。立管與立管之間的連接采用法蘭盤加8 套10.9 級(jí)M22*95mm 高強(qiáng)螺栓連接，頂部立管采用直徑為40mm 厚的鋼板進(jìn)行封堵，頂部用頂升能力達(dá)180mm 的YQ-30 型液壓千斤頂（頂推能力達(dá)到30t）處理，每根臨時(shí)支撐采用4 根16mm 鋼絲繩進(jìn)行斜拉穩(wěn)固。采用3D3S 14.0 版本，對(duì)臨時(shí)支撐強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，其結(jié)果滿足要求，詳見表2。

表2 設(shè)計(jì)驗(yàn)算結(jié)果表(強(qiáng)度和整體穩(wěn)定)

起步基本單元模塊吊裝完成后，中間區(qū)域支撐（2#、5#臨時(shí)支撐）頂部的液壓千斤頂緩慢泄壓，在泄壓過程中觀察網(wǎng)架架體的平整以及底部的撓度值，待架體完全穩(wěn)定后，拆除支撐2#、5#支撐，向4 軸、8 軸的下一跨安裝點(diǎn)移動(dòng)、支設(shè)。待下一跨安裝完成后，同理拆除3#、6#支撐移至再下一跨安裝點(diǎn)，如圖6 所示。

圖6 臨時(shí)支撐移動(dòng)布局圖

4.6 起步基本單元吊裝

（1）起步基本單元模塊地面拼裝完成后，對(duì)網(wǎng)架的幾何尺寸進(jìn)行復(fù)核，確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行吊裝。

（2）將鋼絲繩通過卸扣固定于網(wǎng)架上的弦球上，隨后用吊車將網(wǎng)架吊裝模塊速吊至離地面1m 左右高度，檢查索具是否牢固及觀察整個(gè)網(wǎng)架吊裝模塊在空中的自由伸展?fàn)顩r，此時(shí)的網(wǎng)架吊裝模塊變形需滿足吊裝要求。

（3）起步單元模塊采用兩臺(tái)400t 吊車同時(shí)分片吊裝，待兩片單元網(wǎng)格模塊位于設(shè)計(jì)網(wǎng)架正上方時(shí)進(jìn)行對(duì)接，對(duì)接完成后再整體緩慢下落，逐漸靠近安裝位置，且人工輔助準(zhǔn)確置于支座上。將支座螺栓固定后，吊車方可松鉤，詳見圖7。

圖7 單元格網(wǎng)架吊裝立面示意圖

（4）因起步跨網(wǎng)架距離安裝位置有一定距離，須在網(wǎng)架跨度兩端設(shè)置溜繩，吊車旋轉(zhuǎn)工程中，地面人員通過溜繩小幅度地調(diào)整網(wǎng)架方向，達(dá)到安裝位置的正上方。

4.7 網(wǎng)架高空散拼

4.7.1 安裝方法

（1）先在地面將網(wǎng)架拼成一球三桿、一球四桿等小拼單元，沿跨度方向進(jìn)行高空散裝，見圖8。

圖8 小拼單元示意圖

（2）高空散裝網(wǎng)架工作面共4 個(gè)工人，上弦、下弦各2 人，操作工人騎坐在所要安裝的節(jié)點(diǎn)上，必須保證安全帶系在已固定好的桿件上；使用塔吊將小拼單元吊至安裝位置，將小拼單元通過桿件螺栓固定在起步跨螺栓球上，吊車再松鉤安裝下一個(gè)小拼單元，見圖9。

（3）網(wǎng)架拼裝采用逐跨向前安裝，同一跨內(nèi)支座間桿件全部安裝到位形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系后方可安裝下一跨網(wǎng)架構(gòu)件。

（4）安裝網(wǎng)架的正下方設(shè)置可滑動(dòng)的安全兜網(wǎng)：網(wǎng)架的正下方沿1 軸、6 軸、11 軸設(shè)置通長(zhǎng)生命線，并沿字母軸設(shè)置可滑動(dòng)的水平兜網(wǎng)，兩端固定在1 軸、6 軸、11 軸的通長(zhǎng)生命線上，可滑動(dòng)安全網(wǎng)隨著網(wǎng)架安裝向前平移。

（5）安裝工人必須戴雙鉤安全帶，安裝過程中把安全帶鎖扣扣至已安裝固定完成的桿件上；工人安裝完一個(gè)四角錐后，在移至下一個(gè)工位過程中必須保證安全帶其中一個(gè)鎖扣在桿件上。

圖9 單元格網(wǎng)架吊裝示意圖

4.7.2 注意事項(xiàng)[2]

（1）高空散裝法安裝網(wǎng)架，應(yīng)隨時(shí)測(cè)量檢查網(wǎng)架質(zhì)量。檢查上弦、下弦網(wǎng)格尺寸及對(duì)角線，檢查網(wǎng)架縱向長(zhǎng)度、橫向長(zhǎng)度、網(wǎng)格矢高。

（2）網(wǎng)架在安裝過程中應(yīng)隨時(shí)檢查各臨時(shí)支點(diǎn)的下沉情況，如有下沉情況，應(yīng)及時(shí)加固，防止出現(xiàn)下墜現(xiàn)象。

（3）網(wǎng)架檢查、調(diào)整后，應(yīng)對(duì)網(wǎng)架高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行重新緊固。

（4）網(wǎng)架高強(qiáng)螺栓緊固后，應(yīng)將套筒上的定位小螺栓擰緊鎖定。

（5）在整個(gè)網(wǎng)架安裝過程中，應(yīng)特別注意軸線的準(zhǔn)確、高強(qiáng)螺栓的擰緊程度、撓度及幾何尺寸的控制。

（6）每安裝一排網(wǎng)架應(yīng)及時(shí)檢查。發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整，不得使誤差累積超過技術(shù)要求，保證完成一排合格一排。

5 操作要求[3]

（1）網(wǎng)架所有構(gòu)件均在工廠加工成型，加工過程中各桿件應(yīng)在醒目位置用油漆做好構(gòu)件編號(hào)標(biāo)識(shí)。

（2）包裝發(fā)運(yùn)時(shí)包裝箱上標(biāo)注構(gòu)件（零件）的名稱、編號(hào)、重量、重心和吊點(diǎn)位置等，并填寫包裝清單，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的安裝順序，鋼構(gòu)件分單元成套供應(yīng)。

（3）構(gòu)件加工完出廠運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)前，對(duì)構(gòu)件尺寸、性能進(jìn)行全面檢測(cè)。

（4）網(wǎng)架安裝前對(duì)網(wǎng)架支撐面頂板（預(yù)埋鐵）位置、標(biāo)高進(jìn)行驗(yàn)收。

（5）現(xiàn)場(chǎng)吊裝人員、起重工、塔吊司機(jī)、塔吊指揮工等特殊工種必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)并取得特種作業(yè)許可證。

（6）吊裝作業(yè)經(jīng)常檢查吊繩、吊具，吊繩斷絲時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。

6 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目屋面螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為曲面線性，施工精度要求非常高。網(wǎng)架總重170 余噸，桿件3200 根，螺栓球841 個(gè)，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜。通過對(duì)施工重難點(diǎn)的分析，選擇采用高空散裝法施工（起步基本單元分片吊裝法）。經(jīng)過合理的組織、科學(xué)的控制，安全高效地完成了屋面網(wǎng)架安裝施工，保證了項(xiàng)目的施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可為同類工程提供參考。