復(fù)雜雙曲異型焊接節(jié)點單層網(wǎng)殼施工關(guān)鍵技術(shù)

文／陳宏剛 杭州市城市土地發(fā)展有限公司 浙江杭州 310021

方敏勇 行家建筑科技（上海）有限公司 上海 201900

1、工程概況

長樂冶金大廈工程位于福建省長樂市首占新區(qū)廣場路西側(cè)。工程項目建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計為：鋼管網(wǎng)殼/鋼管桁架+玻璃雨蓬結(jié)構(gòu)。建筑外型設(shè)計十分新穎、美觀和獨特的花瓶式 “聚寶盆”的建筑結(jié)構(gòu)曲面造形。項目建設(shè)將成為長樂市新區(qū)廣場標(biāo)志性的建筑物。

（1）大廈屋頂建筑設(shè)計尺寸為：

L = 106.8m (長)

B= 59.6m (寬)

H= 20.0m (高)

（2）大廈屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計為：

邊長(A=3.0m)的三角形網(wǎng)格組成的單層雙曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。（圖1、圖2、圖3) 所示。

圖1 整體鋼結(jié)構(gòu)軸測效果圖

圖2 整體結(jié)構(gòu)平面圖

圖3 整體鋼結(jié)構(gòu)立面圖

（3）單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由箱型構(gòu)件和異型節(jié)點組成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

（4）網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)采用：

結(jié)構(gòu)設(shè)計主要為：方型鋼管單層網(wǎng)殼及局部結(jié)構(gòu)采用鋼管桁架。

（5）網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)主要截面的尺寸規(guī)格為：□280x120x10 x16。

（6）本工程采用新穎、美觀和獨特的花瓶式 “聚寶盆”的建筑造形和玻璃雨蓬結(jié)構(gòu)形式，其功能是讓自然光線透過玻璃雨蓬和“聚寶盆”傾瀉照射進入地下空間。使整個地下空間在自然采光條件下，顯得十分明亮通暢。同時，滿足環(huán)保和綠色的設(shè)計理念。

2、工程結(jié)構(gòu)特點和難點

由于建筑造型和建筑結(jié)構(gòu)的特殊性和復(fù)雜性，在鋼構(gòu)件加工制作、鋼結(jié)構(gòu)焊接安裝方面增加了難度，其主要特點和難點如下：

（1）鋼構(gòu)件連接件，其節(jié)點構(gòu)造均為異型，雙曲異型焊接節(jié)點復(fù)雜，數(shù)量多且難度大。

（2）型鋼交叉的節(jié)點域構(gòu)造復(fù)雜，板件組裝質(zhì)量要求高，制作困難。

（3）圓管桁架彎制難度大，玻璃雨棚為圓弧型圓管桁架。在專業(yè)工廠加工制作過程中，弧度的精度和質(zhì)量控制難度大。

（4）工程建筑造型新奇、獨特及復(fù)雜，建筑結(jié)構(gòu)局部和整體變形控制精度要求高，施工難度大。

（5）花瓶式“聚寶盆”殼體的瓶頸狀態(tài)空間結(jié)構(gòu)，建筑外形奇特，鋼結(jié)構(gòu)“高空散拼”安裝施工過程中，需要精確計算、精準(zhǔn)測量和精心施工。

（6）采用“高空散拼”安裝工藝，不僅高空露天焊接工作量大，而且焊接難度高、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定且較難控制。

3、鋼結(jié)構(gòu)施工工藝

在專業(yè)工廠加工制作鋼構(gòu)件，主要包括直桿件和雙曲異型焊接節(jié)點制造兩部分。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、“高空散拼”安裝工藝和構(gòu)件運輸方案，鋼構(gòu)件在鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)工廠內(nèi)，先行加工制作網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件、桁架桿件及框架鋼柱。分部分件的鋼桁架桿件、鋼構(gòu)件節(jié)點等在工廠完成預(yù)拼裝后再運往施工現(xiàn)場，利用TC6015型塔吊進行“高空散拼”施工作業(yè)。

3.1 桿件加工制作

（1）結(jié)構(gòu)截面形式，全部采用直形的箱型鋼結(jié)構(gòu)桿件。深化設(shè)計階段尤為關(guān)鍵，必須把鋼結(jié)構(gòu)桿件尺寸、放樣和下料必須精準(zhǔn)正確。

（2）為確?，F(xiàn)場“高空散拼”施工作業(yè)順利進行和安裝工程質(zhì)量控制，必須嚴(yán)格控制鋼桿件的制作加工精確度、精準(zhǔn)度和精心施工。

（3）鋼結(jié)構(gòu)桿件連接采用全焊接方式，鋼桿件加工尺寸、鋼桿件形狀和焊接坡口等，必須確保其鋼桿件的平直度、平整度。

為提高“高空散拼”安裝、焊接和鋼桿件與節(jié)點之間的連接質(zhì)量，鋼桿件加工制作均由專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)工廠完成。

（4）鋼構(gòu)件在板材切割下料、箱型桿件加工制作、圓鋼管相貫面切割下料和焊接工藝等。專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)工廠技術(shù)/質(zhì)監(jiān)人員精心策劃和全面細致地編制施工組織設(shè)計。精確且嚴(yán)格執(zhí)行加工制作施工工藝、技術(shù)措施、測量手段和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).在加工制作全過程控制中，全面提高鋼構(gòu)件加工制作標(biāo)準(zhǔn)和精度。

3.2 雙曲異型焊接節(jié)點加工制作

雙曲異型焊接節(jié)點加工制作質(zhì)量控制的關(guān)鍵因素：

（1）依照設(shè)計/施工要求，針對于網(wǎng)殼節(jié)點加工制作的特點、難點和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、精度要求，編制切實可行的施工工藝和技術(shù)措施。

（2）把所有雙曲異型焊接節(jié)點的加工制作，劃分為完全獨立和重點的分部分項工程并組織實施作業(yè)。

（3）為方便于雙曲異型焊接節(jié)點加工制作的質(zhì)量控制和管理計劃，按設(shè)計加工圖紙加工要求和網(wǎng)殼節(jié)點的幾何特征、特性、共性和規(guī)律，將雙曲異型焊接節(jié)點統(tǒng)一分類、集中管理和進行立體流水作業(yè)。同時，嚴(yán)格把控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量計劃，對網(wǎng)殼節(jié)點的制作質(zhì)量進行統(tǒng)一檢測。有利于曲異型焊接節(jié)點施工質(zhì)量提高和施工計劃有效控制。

（4）雙曲異型焊接節(jié)點制作加工工序。

（見表1）

表1 雙曲異型焊接節(jié)點制作加工工序

4、鋼結(jié)構(gòu)安裝施工

4.1 施工方案

鋼結(jié)構(gòu)安裝施工分為兩個部分：

（1）塔樓之間的鋼結(jié)構(gòu)管架。

（2）塔樓外側(cè)鋼結(jié)構(gòu)管架。

鋼結(jié)構(gòu)安裝施工順序為：

（1）首先安裝二棟塔樓內(nèi)側(cè)之間的鋼結(jié)構(gòu)管架。

（2）隨后再安裝二棟塔樓外側(cè)兩旁的鋼結(jié)構(gòu)管架。

由于工程鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計釆用花瓶式“聚寶盆”造型，鋼結(jié)構(gòu)體系為單層曲面網(wǎng)殼空間，其局部結(jié)構(gòu)體系剛度較差。

在單層曲面網(wǎng)殼空間尚未完全形成整體結(jié)構(gòu)體系前，網(wǎng)殼空間結(jié)構(gòu)體系處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此鋼結(jié)構(gòu)安裝施工方案采用：

（1）搭設(shè)滿堂腳手管支架工作平臺。

（2）鋼結(jié)構(gòu)管架安裝施工采用“高空散裝法”。

（3）單層曲面網(wǎng)殼空間鋼結(jié)構(gòu)管架安裝時，根據(jù)曲面網(wǎng)殼弧度，腳手管支架搭設(shè)成階梯形和曲面形狀。

（4）鋼結(jié)構(gòu)安裝施工設(shè)備選用中聯(lián)重科二臺TC6015型塔吊。TC6015型塔吊分別布置在二棟塔樓的南/北兩側(cè)并實施網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)散件的吊運和安裝施工。

圖4 滿堂腳手架搭設(shè)示意圖

4.2 安裝施工設(shè)備

（1）設(shè)備最大起重能力

TC6015型塔吊最大起重半徑Rm=60m，額定起重量Qm=1.5T；

實際起重工作半徑Rs=50m時，額定起重量Qs=2.3T。

（2）鋼構(gòu)件最大重量

單層曲面網(wǎng)殼空間鋼結(jié)構(gòu)安裝施工采用“高空散裝法”, 網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)以散件為主。網(wǎng)殼鋼構(gòu)件最大重量Q=0.5 T(包括1.1附加系數(shù))。

（3）起重安全系數(shù)

安全系數(shù)計算 K=Qs /Q

K=2.3 T/0.5 T= 4.6 (安全可靠)。

本工程擬選用二臺TC6015型塔吊設(shè)備可滿足鋼結(jié)構(gòu)安裝施工需要。

4.3 鋼結(jié)構(gòu)安裝施工工藝流程

4.4 安裝施工技術(shù)措施

（1）鋼構(gòu)件運抵安裝施工現(xiàn)場后，由TC6015型塔吊進行垂直和水平運輸至滿堂腳手管支架工作平臺進行焊接拼裝。

（2）采用CAD放出網(wǎng)殼曲面的大樣。

（3）采用高精度測量測繪儀器,精確、精準(zhǔn)地測量并確定網(wǎng)殼曲面節(jié)點的控制坐標(biāo)。

（4）運用CAD放樣和測量所確定的網(wǎng)殼曲面節(jié)點三維體系控制坐標(biāo)，精確、精準(zhǔn)且有效地控制整個網(wǎng)殼曲面形狀。（如圖5）

圖5 工程現(xiàn)場照片

（5）在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計階段和網(wǎng)殼節(jié)點鋼構(gòu)件安裝施工時，將網(wǎng)殼節(jié)點中心的控制坐標(biāo)進行換算成網(wǎng)殼節(jié)點頂面坐標(biāo)，方便于網(wǎng)殼節(jié)點鋼構(gòu)件安裝施工的精確和快捷定位。

結(jié)語：

本文介紹的長樂冶金大廈“聚寶盆”鋼架鋼結(jié)構(gòu)項目特點和難點，單層網(wǎng)殼、雙曲異型焊接節(jié)點鋼結(jié)構(gòu)的專業(yè)工廠加工制作過程。并且介紹了單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)杵件、雙曲異型焊接節(jié)點施工工藝和關(guān)鍵關(guān)施工技術(shù)。

鋼架鋼結(jié)構(gòu)安裝采用“高空散拼”施工工藝且經(jīng)過精確計算、精準(zhǔn)測量和空中焊接質(zhì)量控制，確保單層雙曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)順利建設(shè)。同時，為鋼管網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)工程施工積累豐富經(jīng)驗，可供今后類似工程提供參考。