大面積異形混合節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架安裝技術(shù)研究

胡鐵厚，李永明，錢(qián)英育，高領(lǐng)寬，陳東旭

（1.中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200112；2.浙江江南工程管理股份有限公司，杭州 310007）

1 引言

大空間異形網(wǎng)架混合結(jié)構(gòu)是一種由不同材料結(jié)構(gòu)體系組合而成的混合結(jié)構(gòu)體系,上部屋蓋往往采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系,下部則多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系[1]，焊接空心球和螺栓球混合使用是目前鋼網(wǎng)架施工中常用的節(jié)點(diǎn)形式。

對(duì)于大型網(wǎng)架安裝工程的北京首都機(jī)場(chǎng)T3B航站樓屋蓋是大跨度雙曲面抽空三角錐混合節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，與鄭州大劇院屋蓋類似。采用了邊桁架首先安裝，然后內(nèi)部網(wǎng)架跟進(jìn)安裝，邊桁架采取在地面拼裝、地面驗(yàn)收的施工方法。采用吊機(jī)進(jìn)行分段吊裝，高空就位，內(nèi)部曲面網(wǎng)架為螺栓球桿連接和焊接球桿連接相結(jié)合，采用高空散拼的安裝方法[2]。山西孝義體育館混合節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架工程采用高空散裝累積提升和空間定位相結(jié)合的方法[3]。廣西荔浦體育館鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋面、南京青奧體育公園室內(nèi)田徑館鋼網(wǎng)架采用高空散裝法，從一側(cè)向另一側(cè)進(jìn)行安裝[4，5]。南寧東站屋蓋網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)工程采用了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)累積提升結(jié)合水平張拉的施工技術(shù)[6]。

鄭州大劇院屋面網(wǎng)架投影面積約16000 m2，網(wǎng)架采用正交四角錐、斜交四角錐、三角錐及下弦局部抽空等結(jié)構(gòu)形式。舞臺(tái)及音樂(lè)廳、觀眾廳上空集中了大量焊接球，其余位置主要是螺栓球加少量焊接球混合使用，整體外觀呈異形，網(wǎng)架開(kāi)始安裝時(shí)，下方土建專業(yè)墻、樓板等基本已經(jīng)成型，大型吊裝設(shè)備交通受阻，場(chǎng)地條件非常受限，安裝難度大。

鑒于此，大劇院采用了合理選擇起步單元，設(shè)置臨時(shí)支點(diǎn)，逐步向四周擴(kuò)展散裝的整體路線；將網(wǎng)架分為A、B、C三個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)域內(nèi)先施工焊接球網(wǎng)架，后施工螺栓球網(wǎng)架；螺栓球網(wǎng)架安裝時(shí)采用模塊化拼裝技術(shù)；在場(chǎng)地受限，施工環(huán)境復(fù)雜的情況下，搭設(shè)滿堂腳手架形成大面積操作平臺(tái)。

2 起步單元選取

大劇院總體分為A、B、C三個(gè)區(qū)，根據(jù)工程特點(diǎn)，將屋面平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)再劃分六個(gè)區(qū)進(jìn)行施工，選一區(qū)作為起步單元，按照一至六區(qū)的順序搭設(shè)滿堂腳手架作為操作平臺(tái)，進(jìn)行高空散裝法施工，如圖1所示。

圖1 屋面平板網(wǎng)架分區(qū)示意圖

3 螺栓球臨時(shí)支點(diǎn)設(shè)置

使用MIDAS GEN軟件對(duì)網(wǎng)架安裝過(guò)程中各種受力變形狀態(tài)下的撓度進(jìn)行了模擬計(jì)算，結(jié)果未設(shè)置臨時(shí)支點(diǎn)時(shí)網(wǎng)架變形撓度范圍為93.895～176.879 mm，超出了規(guī)范規(guī)定的網(wǎng)架的撓度值不得超過(guò)設(shè)計(jì)值（113.3 mm）的1.15倍（130.3 mm）的硬性要求，而加設(shè)臨時(shí)支撐點(diǎn)后模擬計(jì)算顯示撓度值范圍為12.392～28.321 mm，符合規(guī)范要求。通過(guò)軟件模擬，確定臨時(shí)支點(diǎn)布置位置如圖2所示。

圖2 臨時(shí)支點(diǎn)布置圖

臨時(shí)支點(diǎn)材料選用φ140 mm，Q235B。在滿堂腳手架放線的同時(shí)，一并放線布置好臨時(shí)支點(diǎn)，設(shè)置于下弦球水平投影位置處，腳手架操作平臺(tái)上方。為保證腳手架整體剛度，在立桿加密之間設(shè)置水平連接，并與滿堂腳手架連接，如圖3所示。

圖3 臨時(shí)支點(diǎn)示意圖

4 起步單元網(wǎng)架安裝

放線→安裝支座→搭設(shè)臨時(shí)支點(diǎn)→安裝下弦平面網(wǎng)格→安裝腹桿四角錐→安裝上弦桿→調(diào)整、焊接→支座焊接、檢驗(yàn)。

先安裝支座，再安裝下弦一榀網(wǎng)格，然后依次為腹桿和上弦桿，邊安裝邊測(cè)量定位，如中間有桿件放入困難，可用千斤頂微頂網(wǎng)架下弦球調(diào)節(jié)后放入。安裝時(shí)應(yīng)墊實(shí)下弦球，確保下弦節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定不產(chǎn)生位移，同時(shí)邊安裝邊用全站儀對(duì)各控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量定位。

一區(qū)起步單元安裝完成后，即可將工作面展開(kāi)，陸續(xù)散裝其他單元。

5 混合節(jié)點(diǎn)施工

本網(wǎng)架工程節(jié)點(diǎn)包含了焊接球與螺栓球（見(jiàn)圖4、圖5）?？偟陌惭b原則為先焊接球網(wǎng)架施工，后螺栓球網(wǎng)架施工，當(dāng)焊接球網(wǎng)架部分全部焊接完成并檢驗(yàn)合格后，再進(jìn)行周邊螺栓球網(wǎng)架的安裝。

圖4 焊接球節(jié)點(diǎn)

圖5 螺栓球節(jié)點(diǎn)

5.1 焊接球施工

1）放球：將已驗(yàn)收的焊接球，按規(guī)格、編號(hào)放入安裝節(jié)點(diǎn)內(nèi)，同時(shí)應(yīng)將球調(diào)整好受力方向與位置。一般將球水平中心線的環(huán)形焊縫置于赤道方向。

2）放置桿件：將備好的桿件，按規(guī)定的規(guī)格布置鋼管件。放置桿件前，應(yīng)檢查桿件的規(guī)格、尺寸以及坡口、焊縫間隙，將桿件放置在2個(gè)球之間，調(diào)整間隙，點(diǎn)固。

3）焊接：先下弦節(jié)點(diǎn)，后上弦節(jié)點(diǎn)，從中間向兩側(cè)擴(kuò)散施焊。每個(gè)節(jié)點(diǎn)所有焊縫第一遍焊接完成后再焊接第二遍，以防止應(yīng)力集中造成網(wǎng)架變形。

5.2 螺栓球施工

螺栓球部分先提前拼裝為模塊，單元模塊由兩種形式：一種形式為1個(gè)螺栓球、2根上弦桿和2根腹桿組成；一種形式為1個(gè)螺栓球、2根下弦桿和2根腹桿組成。拼裝時(shí)應(yīng)將單元模塊節(jié)點(diǎn)球處的所有螺栓全部擰緊，利用塔吊吊裝就位進(jìn)行整體拼裝。

先安裝下弦單元模塊，當(dāng)整排下弦模塊安裝完后，再進(jìn)行后一排的上弦模塊安裝，整排上弦模塊安裝完后，再進(jìn)行下一排的下弦模塊安裝，如此交替安裝直至安裝完成。

6 臨時(shí)支點(diǎn)拆除

A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)同時(shí)卸載（拆除臨時(shí)支點(diǎn)），完成整個(gè)過(guò)程，卸載過(guò)程用千斤頂在卸載點(diǎn)位置向上微頂，割除支承點(diǎn)鋼管，卸載應(yīng)幾組支點(diǎn)同步下降，分區(qū)分階段按比例的拆除支撐點(diǎn)，保證網(wǎng)架卸載的同步，如圖6所示。

圖6 卸載分區(qū)示意圖

網(wǎng)架支點(diǎn)拆除過(guò)程中需對(duì)網(wǎng)架進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)網(wǎng)架撓度變化情況，網(wǎng)架施工完成后也需定期進(jìn)行網(wǎng)架的變形監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)跨度較大區(qū)域網(wǎng)架變形，做好記錄，分析相應(yīng)區(qū)域的沉降和位移，當(dāng)發(fā)現(xiàn)變動(dòng)較大時(shí)，立即進(jìn)行矯正。

7 結(jié)論

1）通過(guò)合理劃分施工區(qū)域，選擇起步單元，使工作面有序展開(kāi)。

2）采用MIDAS軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，準(zhǔn)確確定臨時(shí)支點(diǎn)位置。

3）將焊接球區(qū)域網(wǎng)架安裝完畢后向四周輻射安裝螺栓球網(wǎng)架。

4）采用單元模塊化拼裝，提高了工作效率。

5）安裝過(guò)程中采用臨時(shí)點(diǎn)支撐形式，減少了大量支撐的搭設(shè)，節(jié)約了鋼材，降低了成本。