賀勃濤 姚志剛

1　網(wǎng)架結(jié)構(gòu)造型的分類(lèi)

隨著近年來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技的迅速發(fā)展，建筑工程中的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)造型也產(chǎn)生了諸多的形式和種類(lèi)，而且也在不斷地研究與創(chuàng)新。由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、剛度大、自重輕以及節(jié)省鋼材使用量等明顯優(yōu)勢(shì)，此項(xiàng)技術(shù)普遍的應(yīng)用于文體館、飛機(jī)維修庫(kù)、加油站等大跨度工程中。通?？梢詫?shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有十余種，但對(duì)于各個(gè)網(wǎng)架的特性和適合工程的綜合比選之后，現(xiàn)可將網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分為以下三個(gè)主類(lèi)。

1.1　平面桁架系網(wǎng)架

此種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是由平面桁架而演變成型的，組成部分為上下兩個(gè)弦桿、豎桿和斜桿，其基本網(wǎng)架單元為網(wǎng)片。平面桁架系網(wǎng)架分為下列四種。

（1）兩向正交正放網(wǎng)架：兩向節(jié)間為偶數(shù)，支撐平面為斜桿以保證傳遞水平荷載；

（2）兩向正交斜放網(wǎng)架：各個(gè)榀桁架剛度各異而形成良好的作用空間；

（3）兩向斜交斜放網(wǎng)架：適用于受力欠佳、矩形平面、構(gòu)造復(fù)雜的特殊要求建筑；

（4）三向網(wǎng)架：適用于三角形、圓形和多邊形等跨度較大的網(wǎng)架平面，其受力性能好，空間剛度大。

1.2　四角錐體系網(wǎng)架

此種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可分為下列五種。

（1）正放四角錐網(wǎng)架：應(yīng)用范圍最廣、受力均勻、空間剛度大；

（2）斜放四角錐網(wǎng)架：應(yīng)用較為廣泛，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，弦桿上短下長(zhǎng)；

（3）正放抽空四角錐網(wǎng)架：經(jīng)濟(jì)效果好、構(gòu)造簡(jiǎn)單、桿件數(shù)目少，用于較小跨度平面；

（4）棋盤(pán)型四角錐網(wǎng)架：弦桿上短下長(zhǎng)，剛度較好；

（5）星型四角錐網(wǎng)架：弦桿上短下長(zhǎng)，剛度稍差，適用于中小跨度的平面。

1.3　三角錐體系網(wǎng)架

此種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)組成部分為弦桿和斜桿，根據(jù)三角形的穩(wěn)定性確定結(jié)構(gòu)造型。所以此種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以順置也可以倒置。根據(jù)其弦桿的連接方式和基本網(wǎng)架單元的組合方式不同，分為下列三種。

（1）三角錐網(wǎng)架：適用于中大跨度平面，受力均勻、空間剛度大；

（2）抽空三角錐網(wǎng)架：適用于中小跨度平面，整體剛度較差；

（3）蜂窩型三角錐網(wǎng)架：適用于中小跨度的周邊支撐網(wǎng)架、多邊形、圓形網(wǎng)架平面。

2　網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）大跨度網(wǎng)架的空間結(jié)構(gòu)通常都是由各個(gè)小構(gòu)件組成的，而且各個(gè)連接點(diǎn)之間與構(gòu)件都比較單一，所以需要首先完成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的單元預(yù)制、構(gòu)件預(yù)制和各個(gè)零部件以保證高程度的工業(yè)化。此項(xiàng)操作完成之后既能縮短工期，又能提高成品的質(zhì)量。且網(wǎng)架的各個(gè)預(yù)制構(gòu)件和單元的尺寸小、重量輕，故而可以提高運(yùn)輸、儲(chǔ)存、安裝、卸載的方便度。與此同時(shí)，網(wǎng)架的單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省了在現(xiàn)場(chǎng)施工安裝時(shí)的工作量以及所需技術(shù)措施，且不需要大型起重設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）通過(guò)綜合比選之后確定應(yīng)用的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其各個(gè)面的受力均勻且剛度較大。即使將其應(yīng)用于大跨度建設(shè)工程時(shí)，也能在一定程度上節(jié)省鋼材料的用量。通過(guò)比較網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的三向受力與單向受力的平面結(jié)構(gòu)，前者由于重量輕而更能節(jié)省鋼材料的用量。即使其有著多樣曲面的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，只要有精密的設(shè)計(jì)方案就能減少其變形、達(dá)到受力均勻且合理的目的、節(jié)省鋼材料的用量。

3　大跨度鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升施工關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1　鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的制作加工

上文已提及，大跨度網(wǎng)架的空間結(jié)構(gòu)通常都是由各個(gè)小構(gòu)件組成的，其采用鋼管或者型鋼為原材料。但由于網(wǎng)架內(nèi)外部之間的桿件連接結(jié)構(gòu)數(shù)量多且網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是封閉式的，因此鋼結(jié)構(gòu)件的制作技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，且很難矯正已經(jīng)加工成型卻發(fā)生變形的桿件。所以必須嚴(yán)格落實(shí)大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的各個(gè)鋼結(jié)構(gòu)件和各個(gè)桿件的安裝、制作及其焊接等施工工作，且對(duì)于最終的網(wǎng)架拼裝結(jié)果進(jìn)行提升，以達(dá)到高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、安全的建筑工程。

（1）制作鋼管：鋼管的制作工藝中，根據(jù)鋼管桿件不同程度的切割要求，采取的儀器是數(shù)控相貫線(xiàn)切割機(jī)。此種儀器可以根據(jù)切割前的預(yù)制樣品程序進(jìn)行自動(dòng)化切割技術(shù)。由此可以得出，鋼管制作工藝程序中切割樣品程序的編程是尤其重要的。為了達(dá)到有效控制與合理提高切割程序質(zhì)量的目的，可以使用CAD與AUTOCAD結(jié)合完成升級(jí)與編程。

（2）制作網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的焊接球結(jié)構(gòu)：制作網(wǎng)架焊接球的第一步就是要對(duì)半球進(jìn)行下料。首先要根據(jù)加工的構(gòu)件坡口和焊接目標(biāo)的直徑完成下料半球尺寸的計(jì)算。再由之前得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行切割程序，嚴(yán)格控制誤差的范圍在1mm左右，并且產(chǎn)生的切割切口不能出現(xiàn)大雨3mm的凹陷或2mm的熔深。制作網(wǎng)架焊接球的第二步為壓制半球。首先需嚴(yán)格控制溫度范圍在1000～1100℃之間（脫模溫度保持650℃以上），半球充分煅燒之后，利用液壓機(jī)（350～630T）對(duì)半球進(jìn)行施壓并待其成型，再脫模并自然冷卻。制作網(wǎng)架焊接球的第三步為連接半球成為焊接球。焊接時(shí)采用的專(zhuān)業(yè)儀器是需二氧化碳?xì)怏w對(duì)其進(jìn)行保護(hù)的空心球自動(dòng)焊接機(jī)。

3.2　地面組裝

網(wǎng)架地面組裝技術(shù)操作過(guò)程中，應(yīng)先在地面組裝好網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的主體部分再進(jìn)行起吊。其中拼裝場(chǎng)地的嚴(yán)謹(jǐn)與否決定了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，例如拼裝場(chǎng)地需滿(mǎn)足絕對(duì)平整以達(dá)到高效率的拼裝、網(wǎng)架安裝之前則需要勘探場(chǎng)地以達(dá)到高精準(zhǔn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

3.3　液壓提升

由圖1可以看出液壓提升技術(shù)的特點(diǎn)如下。

圖1　液壓控制系統(tǒng)技術(shù)體系分析

（1）可以通過(guò)設(shè)備的提升進(jìn)行不斷組合，由此結(jié)構(gòu)整體提升不再受重量、跨度、面積等因素的限制；

（2）承重體系采用柔性鋼絞線(xiàn)，合理的承重點(diǎn)至關(guān)重要，如果承重點(diǎn)的選擇合理客觀，則整體提升的幅度和高度就不受限制；

（3）提升油缸錨可以實(shí)現(xiàn)逆向運(yùn)動(dòng)自我鎖定，既保證了液壓提升操作過(guò)程的安全，又可以長(zhǎng)期可靠地在任意位置實(shí)現(xiàn)鎖定各個(gè)構(gòu)件的目的；

（4）液壓提升設(shè)備承載能力大、體積小、重量輕。

3.4　同步控制

某屋蓋項(xiàng)目中，計(jì)算機(jī)同步控制技術(shù)的高效實(shí)施得到了各行各界的一致認(rèn)可和高度評(píng)價(jià)。先提出此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求。

（1）需保持各個(gè)吊點(diǎn)提升時(shí)的同步性，且控制誤差范圍在-10～10mm之間；

（2）需保證每一臺(tái)液壓提升設(shè)備的受載均勻。

4　BIM的應(yīng)用

工程施工人員對(duì)于工程設(shè)計(jì)圖紙的轉(zhuǎn)換理解能力，是二維表達(dá)在建筑工程的傳統(tǒng)工作模式中的重要決定因素。諸如上文提及的文體館、飛機(jī)維修庫(kù)、加油站等大跨度工程，應(yīng)用到BIM技術(shù)可更直觀地處理信息模型和分析工程的參數(shù)化，以此保證高效率地完成施工任務(wù)。

4.1　建立三維模型

Tekla Structure軟件主要用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)架主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的三維建模，其特性是該軟件允許同一模型多人同時(shí)建模。其主要工藝流程為：首先鍵入某工程所需要的全部信息于BIM模型中；再經(jīng)過(guò)綜合管線(xiàn)完成布設(shè)復(fù)核之后得到項(xiàng)目工程的BIM模型。

圖2　生成BIM的綜合模型流程圖

4.2　模擬構(gòu)件

建筑工程的傳統(tǒng)平面工作模式中工作難度大，是由于其網(wǎng)架構(gòu)件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)件數(shù)量多等因素影響。而由BIM構(gòu)建出的三維模型能精確地完成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的施工任務(wù)，其主要工作原理為：簡(jiǎn)單化地呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)架空間形態(tài)以及降低現(xiàn)場(chǎng)安裝工程的誤差和錯(cuò)誤率。除此之外，BIM還真實(shí)的將倒角、螺栓、孔距等構(gòu)件反映在了三維模型當(dāng)中，簡(jiǎn)單、高效地完成了構(gòu)件的模擬。

4.3　模擬施工

這一工藝的主要目的在于復(fù)核設(shè)計(jì)方案是否完全可行以及進(jìn)行施工方案的完善。傳統(tǒng)施工方式中，很難實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)地控制鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對(duì)接點(diǎn)的坐標(biāo)，也就很難實(shí)現(xiàn)實(shí)際安裝工作的準(zhǔn)備。故而施工模擬這一工藝提高了整個(gè)工程工作的管理和控制效率。

4.4　BIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）作業(yè)流程具有同時(shí)性、高效性；

（2）模擬工藝具有精確性、直觀性；

（3）施工結(jié)果具有節(jié)約性、高質(zhì)性。

5　結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種建筑工程的施工量也會(huì)大幅度增加，大跨度鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升施工技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越普遍。由于大跨度鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)造型的裝卸有著很大的難度，所以掌握其整體提升施工的關(guān)鍵技術(shù)是保證建筑物的安全性與穩(wěn)定性的先決條件。現(xiàn)階段通過(guò)大量大跨度鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升施工的最終結(jié)果表明，這一技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中存在的問(wèn)題越來(lái)越少，其施工方式和工藝在進(jìn)一步地發(fā)展、完善、創(chuàng)新并逐漸成熟。

[1]曾強(qiáng).空間鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制液化整體提升技術(shù)[J].施工技術(shù)，2014：15～17.

[2]陳冬冬.大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升技術(shù)研究與應(yīng)用[J].重慶大學(xué)，2013：24～25.