施 磊

（中鐵十六局集團(tuán)城市建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100018）

0 引言

隨著科技的發(fā)展，建筑行業(yè)也加快了腳步邁入嶄新的階段。大跨度鋼結(jié)構(gòu)是較為前沿的一項(xiàng)施工技術(shù)，如今在世界各國廣泛應(yīng)用并迅速發(fā)展。我國相對(duì)一些發(fā)達(dá)國家來說，大跨度鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)起步稍晚，但其熱度并不輸于其他國家。早在 2008 年之前我國采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)建造鳥巢、水立方，成為我國建筑行業(yè)的標(biāo)志性建筑，使我國建筑行業(yè)跨出巨大一步，對(duì)國內(nèi)外影響均巨大。隨著時(shí)代的不斷革新，大跨度鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)需與時(shí)俱進(jìn)、更新進(jìn)步。本文根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目，研究一種大跨度球形網(wǎng)架施工工藝方法，對(duì)大跨度球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行深入分析［1］。

1 項(xiàng)目概況

克什克騰旗經(jīng)棚一中體育館建設(shè)項(xiàng)目，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市西北部克什克騰旗經(jīng)棚鎮(zhèn)經(jīng)棚一中，東與宇宙地鎮(zhèn)接壤，南與萬合永鎮(zhèn)、芝瑞鎮(zhèn)相連，西與錫林郭勒盟正藍(lán)旗相鄰，西北與達(dá)來諾日鎮(zhèn)毗鄰，北與巴彥查干蘇木為鄰。本工程總用地面積約為 3 310 m2，建筑總面積為 5 849.81 m2，建筑高度 18.8 m，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)［2］，屋架結(jié)構(gòu)采用正放四角錐螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；網(wǎng)架最大跨度約 63 m，主要網(wǎng)格尺寸為 3 m×3 m，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)厚度約 2.7 m，如圖 1 所示。

圖1 網(wǎng)架立面圖

本工程的難點(diǎn)在于如何將相對(duì)復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行高精度、高質(zhì)量的焊接，拼裝選用初步地面拼裝結(jié)合高空散裝的方式，將各部件在地面精準(zhǔn)拼裝，后采用吊車對(duì)地面上拼裝好的網(wǎng)架進(jìn)行吊裝作業(yè)，吊裝過程及吊車點(diǎn)位的選擇難度較大。

2 大跨度球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)材料特點(diǎn)

鋼材的強(qiáng)度對(duì)于大跨度的球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來說有著極高的要求，鋼網(wǎng)架對(duì)比于傳統(tǒng)建筑來說，缺少了傳統(tǒng)建筑中梁、柱的支撐作用，網(wǎng)架的跨度越大，其所受到荷載的作用下剪力也隨之越大，材料自身的質(zhì)量是克服剪力重要因素之一。通常，提高材料自身質(zhì)量的方法多采用增加剛構(gòu)件的材料厚度，以提高厚度增強(qiáng)材料強(qiáng)度，但厚度的增加隨之帶來的是構(gòu)件自重的增加，從構(gòu)件重量上增加了網(wǎng)架的荷載。如今時(shí)代發(fā)展，科技飛速進(jìn)步，各種新型的材料涌入了建筑工程當(dāng)中，其中 Q460E 的鋼材綜合性能相對(duì)來說較為突出。

2.2 連接施工技術(shù)特點(diǎn)

大跨度的球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工中，連接節(jié)點(diǎn)部位的連接方式通常為焊接及螺栓連接。采用焊接的節(jié)點(diǎn)部位，在焊接的過程中［3］，焊接所產(chǎn)生的高溫會(huì)對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件材質(zhì)發(fā)生變化，焊接形成的焊縫也有可能造成構(gòu)件拼接部位的形變，因此，構(gòu)件采用焊接連接時(shí)，需做好焊接前的準(zhǔn)備，可預(yù)估焊接部位的焊縫長度及深度，以此作為依據(jù)對(duì)構(gòu)件焊接部位進(jìn)行開槽處理，開槽深度等于焊縫深度。螺栓連接時(shí)，選用高強(qiáng)度螺栓，其抗拉強(qiáng)度應(yīng)為≥900 N/mm，螺栓需經(jīng)過多次復(fù)擰。

2.3 安裝施工技術(shù)特點(diǎn)

鋼網(wǎng)架的安裝方式主要分為整體提升法、空中滑移法、高空散裝法、分條或分塊法以及多種組合的方法等［4］。整體提升法是將網(wǎng)架在提前準(zhǔn)備好的場地進(jìn)行拼裝，拼裝完成后利用垂直及水平運(yùn)輸機(jī)械將網(wǎng)架運(yùn)至安裝部位進(jìn)行吊裝工作，初步吊裝完成后進(jìn)行整體的調(diào)整加固，此方法難道較大，對(duì)機(jī)械、場地及人力要求高，但所拼裝的網(wǎng)架質(zhì)量較高?？罩谢品ㄍㄟ^可滑動(dòng)的架體對(duì)網(wǎng)架進(jìn)行安裝，此方法存在一定的安全隱患，可滑動(dòng)的架體在拖動(dòng)的過程中有可能產(chǎn)生變形，需隨時(shí)對(duì)架體進(jìn)行檢查，且要有專人監(jiān)督，同時(shí)也會(huì)拖慢施工速度，滑動(dòng)架體頂替腳手架可節(jié)約腳手架所產(chǎn)的費(fèi)用。高空散裝法是在網(wǎng)架施工的區(qū)域搭設(shè)操作平臺(tái)，作業(yè)人員借助操作平臺(tái)把網(wǎng)架的構(gòu)件拼裝完成，操作平臺(tái)多為滿堂腳手架，架體上方架設(shè)踏板，此方法因需搭設(shè)架體對(duì)時(shí)間和材料的消耗較大，但同時(shí)具備相對(duì)的安全性。分條或分塊法是將網(wǎng)架分成條或塊狀，每條或每塊為一個(gè)單元，然后依次吊裝至設(shè)計(jì)圖紙對(duì)應(yīng)的位置［5］，隨后進(jìn)行整體的安裝作業(yè)，條狀或塊狀單元需保證不發(fā)生幾何變形，且保證相對(duì)的位置的準(zhǔn)確性，施工難度較大，但對(duì)場地及機(jī)械設(shè)備要求較低，施工質(zhì)量及安全具有一定的保障。

3 大跨度球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)三維建模

如今三維技術(shù)愈發(fā)強(qiáng)大、完善，利用現(xiàn)階段的三維建模軟件，在施工前根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)施工部位進(jìn)行三維建模（見圖 2）。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，建立大跨度球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工模擬，從拼裝到吊裝直觀、全面地進(jìn)行展示，分析施工中可能出現(xiàn)的問題，進(jìn)行改善，保證施工技術(shù)的可行性［6］。

圖2 三維示意圖

4 施工操作要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備

1）首先對(duì)網(wǎng)架所有構(gòu)件的質(zhì)量進(jìn)行檢測，保證各部件的材料質(zhì)量，檢查內(nèi)容包括：型號(hào)、規(guī)格、材質(zhì)、重量、出廠合格證、檢驗(yàn)記錄、材料檢驗(yàn)報(bào)告以及觀察外形是否有變形、裂紋、大量銹蝕等情況，確保所有構(gòu)件均能滿足設(shè)計(jì)要求。

2）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)相應(yīng)構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)，注明節(jié)編號(hào)、坐標(biāo)、桿件編號(hào)、直徑、長度［7］，標(biāo)記完后進(jìn)行復(fù)查工作，確保構(gòu)件的規(guī)格尺寸與安裝部位相一致，為構(gòu)件的下料工作做好準(zhǔn)備，利于之后的構(gòu)件管理和構(gòu)件安裝。

3）網(wǎng)架加工前需進(jìn)行污染物清理工作，去除氧化皮和銹蝕等污染物，情況特殊時(shí)可采用酸洗和磷化處理，方便之后的表面清理工作。

4）對(duì)所有參與施工的相關(guān)人員進(jìn)行安全及技術(shù)交底，現(xiàn)場設(shè)置控制點(diǎn)，用于網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置的控制和矯正。

5）下料時(shí)對(duì)下弦桿的腹桿的進(jìn)行措施處理，便于焊縫厚度的增加，下弦桿的兩個(gè)端頭向內(nèi)的位置設(shè)置長度 30～50 mm，壁厚 2 mm 襯管，襯管外徑與下弦桿內(nèi)徑相匹配，應(yīng)比下弦桿內(nèi)徑小 0.3～0.5 mm，露出下弦桿端部 3 mm，加強(qiáng)焊接焊縫的質(zhì)量。

6）大、小網(wǎng)架起拱方式，經(jīng)設(shè)計(jì)同意后為單方向起拱（短邊方向）。

4.2 網(wǎng)架組裝

4.2.1 網(wǎng)架支座安裝

本工程網(wǎng)架支座為十字肋型，其支座的底板與預(yù)埋在柱頂?shù)穆癜暹M(jìn)行焊接［8］（見圖 3）。預(yù)埋件的標(biāo)高與中心線需在支座安裝前進(jìn)行復(fù)核，確保坐標(biāo)準(zhǔn)確，以支座的邊緣線結(jié)合十字中心線對(duì)支座進(jìn)行初步固定，固定方式為點(diǎn)焊，再次檢查無誤后采用圍焊方式對(duì)支座焊接牢固。

圖3 網(wǎng)架支座示意圖（單位：mm）

4.2.2 網(wǎng)架吊裝

地面拼裝完成的各個(gè)小單元采用兩臺(tái) 25 t 吊車將以拼裝完成部位整體吊裝至柱頂預(yù)埋件處，后依次向另一端方向進(jìn)行高空散裝，拼裝方向可自由選擇，根據(jù)現(xiàn)場情況決定，從任何一端或中端均可。兩個(gè)相鄰支座間的網(wǎng)架為起點(diǎn)，直至網(wǎng)架整體拼裝完成。網(wǎng)架高空散裝過程中，由起步區(qū)跨中開始，拼裝上弦四角錐單元，逐步完成上弦四角錐的拼裝，當(dāng)三個(gè)上弦四角錐單元拼裝完成［9］，即可開始拼裝下弦四角錐單元，后由中部向兩邊擴(kuò)展拼裝。安裝后需對(duì)網(wǎng)架的平面尺寸偏差、支撐點(diǎn)距離偏差、相鄰支撐點(diǎn)高度偏差進(jìn)行檢驗(yàn)（見圖 4）。

圖4 網(wǎng)架拼裝

吊裝時(shí)吊車吊臂與地面形成的夾角應(yīng)為 72°～75°（見圖 5），起吊時(shí)工作范圍大約為半徑 7 m，兩臺(tái)吊車吊臂、夾角、起吊速度應(yīng)一致，吊臂長度應(yīng)在 24.6 m 以上。

圖5 吊車吊裝示意圖（單位：mm）

4.2.3 焊接

1）焊條的要求：焊條要干燥，潮濕天氣下需對(duì)焊條進(jìn)行烘干處理。

2）焊縫要求：應(yīng)任用具有相關(guān)技能證書人員進(jìn)行焊接工作，必須嚴(yán)格要求焊縫的質(zhì)量，不得出現(xiàn)過燒、開裂、夾雜、氣泡，杜絕使用鋼筋或其他材料混入焊縫，焊縫厚度不應(yīng)＜6 mm，需按設(shè)計(jì)圖紙要求對(duì)構(gòu)件焊縫進(jìn)行檢查。

3）支座球焊接時(shí)，需根據(jù)鋼材選擇合適的焊條進(jìn)行焊接作業(yè)。螺栓球大小不同，其預(yù)熱程度不同，直徑＜ 200 mm 的螺栓球預(yù)熱溫度需達(dá)到 150～200 ℃，直徑≥200 mm 的螺栓球預(yù)熱溫度需達(dá)到 200～300 ℃，最多不得超過 350 ℃。

3）烘干的時(shí)間要求如表 1 所示。

表1 烘干時(shí)間表

4.2.4 涂刷防火涂料

為保證網(wǎng)架構(gòu)件質(zhì)量，需采用防腐蝕涂料對(duì)網(wǎng)架進(jìn)行防腐蝕處理，并做好防火涂料涂刷，防火涂料宜選用低碳環(huán)保的材料，例如石膏基質(zhì)材料，所使用的涂料必須經(jīng)過消防管理部門鑒定認(rèn)可并有質(zhì)量保證材料。

5 該施工技術(shù)具有的綜合優(yōu)勢

1）因具備操作平臺(tái)，施工操作人員的安全性得到了相當(dāng)大的提高，規(guī)避了安全隱患，杜絕了安全事故發(fā)生，也從而方便施工操作人員對(duì)大跨度球形網(wǎng)架施工整體操作。

2）地面拼裝和涂料的涂刷對(duì)施工質(zhì)量的提升起到了保障作用，對(duì)于工程管理水平、施工技術(shù)水平以及驗(yàn)收通過率提高同樣起到至關(guān)重要的作用。其使大跨度球形網(wǎng)架的整體功能得到提升，加強(qiáng)了對(duì)網(wǎng)架空間受力的作用，增強(qiáng)了對(duì)集中荷載、非對(duì)稱荷載、局部超載等承受能力。

6 經(jīng)濟(jì)效益

以本工程的工期、人工、機(jī)械、材料為出發(fā)點(diǎn)，采用此施工技術(shù)，比整體工期 60 d 縮短了 10 d，減少了吊車租賃費(fèi) 600 元/時(shí)×6 h×10 d=3.6 萬元，腳手架租賃費(fèi) 3 220 元/d（折算費(fèi)用）×10 d=3.22 萬元，共計(jì) 6.82 萬元，人工費(fèi)成本降低 16.7 %，減少施工過程中工時(shí)消耗 180 工時(shí)，人工費(fèi)用 400 元×180 工時(shí)=7.2 萬元。

綜合測算：采用此施工技術(shù)節(jié)省人工、機(jī)械、材料費(fèi)用成本約為 14.02 萬元。

7 結(jié)語

本工程通過對(duì)大跨度球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的綜合研究，通過三維模擬以及實(shí)際工程實(shí)踐，綜合各項(xiàng)技術(shù)，取長補(bǔ)短，吸納新的技術(shù)，學(xué)習(xí)好的經(jīng)驗(yàn)，確保了此技術(shù)的可行性，進(jìn)而攻破了大跨度球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工中所面臨的難題，帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有助于進(jìn)一步推動(dòng)大跨度球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)的更新與發(fā)展［10］，具有較強(qiáng)的推廣意義。Q