白麗楠

(中交一航局第一工程有限公司，天津 300456)

近幾年體育館、展覽館等大跨度建筑中大量使用多層次多曲面焊接球網架，它既可以滿足建筑剛度、強度方面的要求，保證整體結構穩(wěn)定、安全；同時還能支持復雜的造型，對提高建筑的美觀度和藝術性也有幫助。但是這類鋼結構網架對施工技術有著嚴格要求，并且由于桁架跨度大、懸挑長度長、安裝高度高，增加了施工難度。因此，在鋼結構網架施工中必須采取精細化管理，前期要做好設備的選型、材料的檢驗，中期要加強現場管理和質量控制，后期要仔細做好驗收。通過加強施工管理、把控施工要點，才能提高工程建造質量，發(fā)揮多層次多曲面焊接球鋼結構網架的應用優(yōu)勢。

1 工程概況

某體育館占地總面積7270m2，建筑總高度23.8m，整體呈橢圓形，共分為3 層，采用多層次多曲面單層焊接球鋼結構網架施工技術。工程中使用的鋼管為Q345B 型鋼，空心球材料為Q235-B 鋼，連接件為Q345 鋼，焊條為E50 系列焊條。整個工程中使用到的焊接球件共計4032 個，鋼管10422支，網架自重497t。

2 網架施工流程及技術要點

2.1 制作焊接球

在制作焊接球時，必須要嚴格遵循《鋼網架焊接空心球節(jié)點》(JG/T11-2009)中的有關規(guī)定，包括基礎材料的品類、質量要求、制作方法等。鋼板下料時要注意預留焊接收縮余量，并且保證切割后的鋼板邊緣沒有刨邊、變形等問題。然后將準備好的料丕進行加熱，使其溫度上升至800℃左右，放到漏模中進行熱壓，得到半球。使其自然冷卻，然后用樣板修正半球的弧度、打磨切邊與坡口；按照同樣的方法制作和處理另外一個半球，最后將兩個半球組對拼接，形成一個完整的球件。焊接半球時，通常要進行多層、多道焊接，保證焊道焊平，沒有明顯的焊縫外凸現象。

2.2 放線定位

參考施工圖紙，根據網格尺寸和節(jié)點位置在施工平面上進行放線。通過空間坐標的測量、控制，標記出每一個網架球件的準確位置，并在相應位置上做球件定位控制點，如圖1所示。

圖1 球節(jié)點測量放線定位示意圖

在球節(jié)點測量放線時，還要注意每個區(qū)段盡量多布置幾個控制點，以消除因為誤差帶來的施工質量問題。使用全站儀進行高程定位，保證同一曲面上多個空心球的高度誤差在允許范圍內；使用鉛垂儀確定平面位置，為后續(xù)網架分層施工提供參考。

2.3 搭設承重平臺

本次工程中操作平臺為高低跨階梯式滿堂鋼管腳手架，根據施工需求的不同，操作平臺各處的規(guī)格也有差異，最小作業(yè)面積不低于5.5m×5.5m。平臺上堆放材料的最大荷載為2 個鐵球、4 根桿件，施工時的均勻分布荷載為280kg/m2。另外在平臺周邊布置欄桿、安全網，保證高空作業(yè)安全。樓面下方需要使用立桿支承時，在立桿底部放置一塊厚度為30mm、尺寸為150mm×80mm 的長方形墊板墊平。承重平臺搭設完畢后，現場質檢人員根據《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》(JGJ130-2011)進行驗收。

2.4 固定球節(jié)點

空心焊接球制作完畢并經過質量檢驗確認符合施工要求后，將其安裝到承重平臺的支架上。選擇可調節(jié)螺桿制作臨時支架，在螺桿的底部用扣件將其固定在承重平臺上，按照施工圖紙將所有可調節(jié)螺桿固定到相應的位置后，在水準儀的輔助下調節(jié)螺桿的高度，使其與圖紙上標定的高度一致。然后用起重機將準備好的空心焊接球垂直吊起，放到由螺桿組成的臨時支架上。現場施工人員采用3 點固定式將球焊接在支架頂面，如圖2 所示。

圖2 焊接球節(jié)點安裝示意圖

2.5 安裝鋼支桿

鋼支桿的作用是將原本相互獨立的焊接球節(jié)點連接起來，從而形成單層焊接球鋼結構網架，安裝方式如圖3 所示。在鋼支桿安裝過程中施工人員要重點關注以下技術要點：

圖3 鋼支桿安裝示意圖

(1)將網架劃分成若干個區(qū)段，并在每個區(qū)段內設置3-5 個不等的控制點。以控制點為參考，校正網架拼裝中的誤差。要求節(jié)點偏移量＜2mm，對角線誤差＜3mm；

(2)鋼支桿同樣需要進行質量檢驗，有彎曲、變形或者劃損的一律不得使用；

(3)鋼支桿下料時要求采用機械切割，并且留出2mm 的收縮余量。在桿件組裝前，需要檢查鋼支桿的端口與球面是否吻合，若留有明顯空隙需要重新處理鋼支桿的坡口；

(4)焊接方式以點焊為主，小管徑采用三點焊，大管徑采用四點焊，并且保證焊透、焊牢；

(5)焊接完畢后再進行一次質量檢查，利用經緯儀檢測焊接球的高低差，若誤差超出允許范圍需要調整。

2.6 網架的焊接

2.6.1 焊接工藝

本次工程中選擇手工電弧焊，所用焊條有E5015 和E5016 兩種，直徑分別為3.2 和4.0mm。兩種焊材的焊接工藝參數如表1 所示。焊接前要檢查一遍網架，如果構件表面有油垢、銹跡等要清理干凈，為焊接作業(yè)創(chuàng)造良好條件。在焊接點下方可以鋪上防火板，防止焊渣掉落對鋼結構造成破壞?，F場焊接人員清理坡口兩側20mm 范圍內的雜質，并使用角磨機清根、打磨。經現場質檢人員評定確認符合焊接條件后開始進行焊接。

表1 焊接工藝參數

2.6.2 球管焊接

本次工程中球管焊接選擇了“單面焊雙面成型網架管球對接焊縫”技術，具體操作流程為：使用Φ3.2 焊條進行打底焊，調節(jié)設備設定為合適的焊接電流，起弧后將坡口鈍邊燒溶成溶孔，按照同樣的方式立即燒溶空心球的對應位置。然后壓低電弧，將燒溶后的管口與球面對接。在冷卻以后，形成了補強焊縫，再選擇Φ4.0 焊條補焊至指定高度。在球管焊接時，第一層焊縫必須要完全焊透，同時兼顧背部成型良好，為第二層焊接創(chuàng)造有利條件。第一個球管焊接完畢后，按照相同的方法依次完成其他球管的焊接，直到整個網架焊接完畢。另外，每完成一個球管的焊接，要求現場施工人員將焊縫及承重平臺表面掉落的熔渣、藥皮等清理干凈，營造良好的作業(yè)環(huán)境。

2.6.3 無損檢驗

整個鋼結構網架焊接完畢后，安排質量檢驗人員進行外觀檢查，主要檢查內容包括球管焊接處有無裂紋、咬邊、漏焊等常見缺陷。如果有要及時做好記錄，并由焊接人員進行處理。完成外觀檢測后，再使用無損檢測技術進行潛在質量缺陷的檢查。本次工程中選擇超聲波探傷儀，對網架各個階段進行檢測，將所得檢測結果與《鋼結構工程施工及驗收規(guī)范》(GB 50205-2020)進行對比，如果有不符合標準的，做好記錄并及時返修。所有缺陷返修結束后進行第二次檢測，直到確定整個網架不存在焊接缺陷。

2.7 安裝彈性支座

彈性支座安裝在鋼結構網架的支承結構處，其作用是為上部網架提供適量的自動收縮空間，從而提高網架結構的穩(wěn)定性。彈性支座的結構組成及組裝方式如圖4 所示。

圖4 彈性支座結構圖

在一塊正方形的底板上，分別固定了鋼管支托和肋板。將支座球安裝到底板上，底板地面與過渡板之間采用滑動連接，而過渡板通過加勁肋固定在預埋板上。預埋板的另一端固定于鋼筋混凝土結構中。在多層次多曲面焊接空間鋼結構網架安裝結束后，通過彈性支座既可以調節(jié)網架的位置精度，又能增強其整體穩(wěn)定效果。

2.8 安裝拉索

本工程中使用到的鋼結構網架還配備了由拉索和弦支球撐桿組成的弦支結構。該結構內置4 條對稱分布的預應力索，每條長度22.5m，兩端設有可調節(jié)式錨具，最大調節(jié)范圍120mm。安裝拉索前，現場施工人員要檢查千斤頂、卷揚機等設備，保證設備工況良好；檢查操作平臺，保證平臺牢固和作業(yè)安全。在安裝時，將拉索運送到指定位置后，按照施工圖紙現場組裝拉索，并扭動兩端的調節(jié)桿，方便安裝拉索。在拉索兩端索體外安裝起吊抱箍，并使用卷揚機將其吊升至指定高度，完成連接。按照相同方法依次完成4 根拉索的安裝。

2.9 同步張拉

拉索安裝完畢并經過質量檢查無問題后，開始同步張拉。張拉前讓千斤頂空載運行2 次，目的是排除油缸、油管內的殘余空氣。然后將連接器、千斤頂、張拉桿等按照順序連接起來，重新啟動油泵后，緩慢增加壓力。隨著壓力上升，同步調節(jié)拉索，并最終達到設定的張拉值?，F場張拉人員要密切觀察壓力示數，達到對應的壓力后立即停止加壓，記錄此時的示數后在拉索兩端同步張拉，保證網架的受力均衡。每根拉索分3 次張拉，張拉到位后擰緊錨具螺母，然后千斤頂卸壓。觀察控制標高是否滿足施工要求，若不滿足則重新調整索具。張拉結束后拆除承重支架，按照“先中間，后邊緣；先網片支架，后支座支架”的順序，逐步卸載防止網架因為受力不均衡而出現應力變形。

3 網架施工質量控制

在本次工程中貫徹落實精細化質量管理理念，在各個階段均采取了嚴格的質量控制措施。例如準備階段仔細檢查桿件、球件的質量，制作鋼管時必須保證切割面平滑無毛刺，空心球表面無波紋、凹陷等；在網架焊接階段，所用焊接材料及輔助材料都必須有合格證書，焊條使用前需要烘干，構件焊接前要檢查圓度、長度、平直度，焊接完成后要進行外觀檢查和超聲波檢查等；在張拉階段保證千斤頂與油表配套標定，張拉速度不得超過100MPa/min 等。在質量控制中，誤差控制是一項核心內容，也是保證網架結構穩(wěn)定的關鍵因素。尤其是拼裝單元節(jié)點中心偏移量、分條分塊網架單元長度誤差、網架結構制作中心偏移量等，都是現場施工管理中需要重點關注的對象。本次工程中各檢查項目及其誤差控制要求如表2 所示。

表2 網架結構安裝允許偏差及檢驗方法

4 結論

多層次多曲面焊接球鋼結構網架技術已經被廣泛應用于現階段的體育館、展覽館等大跨度建筑中。在應用這一技術時，除了要熟悉施工流程外，還要強化質量管控意識，從前期制作鋼支桿、焊接球，到中期網架焊接，再到后期質量檢測，實行全過程的精細化管理，從而消除網架質量缺陷，發(fā)揮這一技術的應用優(yōu)勢。通過推廣應用焊接球鋼結構網架施工技術，促進我國建筑行業(yè)的綠色、環(huán)保發(fā)展。