史 佳

(杭州市蕭山區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站,浙江 杭州 311201)

單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡潔,網(wǎng)格劃分靈活、造型美觀,節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單、安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn),備受建筑師們的青睞。但是，由于整體穩(wěn)定對缺陷敏感、施工控制難等一系列問題,大大限制了該類結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

于是，減小施工誤差帶來的幾何缺陷——即選擇合適的安裝控制技術(shù)和方法對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的空間節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確定位、精確安裝,是保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定和順利施工的關(guān)鍵。

1 安裝方案的選擇

網(wǎng)殼的安裝方法隨拼接方法和安裝機(jī)具的不同,主要有高空散裝法、分塊安裝法和整體安裝法,其中分塊安裝法是大型曲面網(wǎng)殼安裝采用常規(guī)吊裝設(shè)備,簡潔支撐實現(xiàn)安裝的有效方法。

杭州國際博覽中心屋面城市客廳為單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),桿件為H型鋼,節(jié)點(diǎn)為焊接轂節(jié)點(diǎn),直徑達(dá)60 m,總重約600 t,底部通過52個銷軸式鉸節(jié)點(diǎn)支承于屋面48.93 m標(biāo)高的環(huán)形桁架上,安裝最高點(diǎn)標(biāo)高為85.625 m。結(jié)構(gòu)具有直徑大、構(gòu)件數(shù)量多、安裝高度高等特點(diǎn),因此采用了分塊安裝法的做法。

2 空間精確定位分塊安裝施工方法

為確保安裝的空間精度,首先使用三維設(shè)計軟件Solidworks建立球面網(wǎng)殼的三維模型取得各節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)；并根據(jù)吊裝起重能力將網(wǎng)殼分塊,見圖1；再對不同的分塊網(wǎng)殼設(shè)計拼裝胎架并出具加工詳圖,然后根據(jù)模型進(jìn)行測量定位,每個網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)下均設(shè)有專門定位十字撐；最后分塊起吊分層安裝來完成網(wǎng)殼的整體拼裝。

圖1 杭州國際博覽中心單層網(wǎng)殼分塊示意圖

杭州國際博覽中心單層網(wǎng)殼共分89塊,其分塊胎架設(shè)計成如圖2所示的十字型支撐胎架。使用Solidworks軟件設(shè)計的拼裝胎架見圖3、圖4。

圖2 轂節(jié)點(diǎn)下部的十字形支撐

圖3 拼裝胎架圖

圖4 分片單層球面網(wǎng)殼拼裝示意

3 網(wǎng)殼分塊的拼裝與焊接

按各分塊網(wǎng)殼拼裝加工詳圖進(jìn)行分片網(wǎng)殼拼裝時,首先使用全站儀定位胎架節(jié)點(diǎn)支架,測定十字形支撐面的高程、方位和傾角并焊接牢固,復(fù)核固定后的十字形支撐的定位偏差應(yīng)≤3 mm,然后放置好轂節(jié)點(diǎn)并點(diǎn)焊固定,再組裝H型桿件,組裝間隙偏差調(diào)整在±1.0 mm以內(nèi)點(diǎn)焊固定；而后將實測拼裝節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)輸入計算機(jī)進(jìn)行契合度復(fù)核,找出并調(diào)整偏差后進(jìn)行焊接。

在地面拼裝時,節(jié)點(diǎn)與單根桿件焊接應(yīng)遵循一定的焊接順序來減少拘束,盡量使每條焊縫能自由的收縮,以便減小焊接殘余應(yīng)力。

對于桿件為H型鋼、節(jié)點(diǎn)為焊接轂節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),應(yīng)先焊接桿件的腹板焊縫,再焊接下翼緣焊縫,最后進(jìn)行上翼緣焊縫的焊接,見圖5。節(jié)點(diǎn)上的桿件均采取對稱施焊,見圖6。

圖5 轂節(jié)點(diǎn)上單根桿件焊接順序

圖6 轂節(jié)點(diǎn)上的桿件采取對稱施焊

4 網(wǎng)殼的分塊吊裝與整體安裝支撐

杭州國際博覽中心單層網(wǎng)殼安裝的臨時支撐體系見圖7。

圖7 杭州國際博覽中心單層網(wǎng)殼支撐的剖面示意

此網(wǎng)殼從上往下共分為5層,89塊,最大分塊重量為9 t,共設(shè)置4圈支撐架。第1圈支撐架為中心支撐,支撐第1層分塊球面網(wǎng)殼；第2圈支撐架支撐第2層和第3層球面網(wǎng)殼；第3圈支撐架支撐第3層和第4層球面網(wǎng)殼；第4圈支撐架支撐第5層球面網(wǎng)殼。支撐架最高35 m,各圈支撐架之間拉有水平支撐。

吊裝流程：先施工第1層和第5層,然后施工第2層,再施工第3層,最后施工第4層。

為實現(xiàn)網(wǎng)架分塊吊裝的精確定位,每分塊網(wǎng)殼選擇3個或3個以上節(jié)點(diǎn)作為安裝定位點(diǎn),在定位點(diǎn)上設(shè)置定位托架(圖8),定位托架固定在臨時支撐上部。

圖8 分塊網(wǎng)殼下部定位托架示意

5 臨時支撐卸載

單層網(wǎng)殼安裝完成并驗收合格后,開始臨時支撐的卸載。由內(nèi)向外先卸載橫向水平支撐,再卸載豎向支撐。

6 結(jié) 語

曲面單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安裝的關(guān)鍵是保證安裝精度,減小施工誤差帶來的初始缺陷。本案采用計算機(jī)輔助3D模型定位分析與分塊吊裝等施工技術(shù),保證了空間精確定位安裝,提高了施工質(zhì)量和施工進(jìn)度,形成了一套“空間精確定位分塊安裝”的施工方法和經(jīng)驗。整體工程于2016年4月竣工。2017年11月榮獲“魯班獎”。