大跨连续拱形桁架单层网壳曲杆雨棚施工技术

王根宏

(中铁十局集团西北工程有限公司，陕西西安 710065)

1 网壳雨棚设计概况

青岛客站改造钢结构无站台柱雨棚工程采用三跨拱形单层网壳屋面承重体系，由交叉主钢架、方钢管屋面檩条、钢管桁架式边支撑等组成。钢结构主体外层涂刷室外超薄型聚氨酯类防火涂料。雨棚横向自西向东跨度分别为39.00 m，39.30 m，43.90 m，柱纵向间距30.00 m～39.70 m不等共分隔为14个轴线，总长470.8 m。

2 网壳雨棚安装方案

网壳雨棚原设计安装方案为满堂脚手架，根据现场实际情况进行优化，本着既能保证施工质量、安全，又能满足工期要求，同时尽量降低施工成本费用的原则，决定采用小拼单元吊装和局部高空散装相结合的安装方法。

1)交叉主钢架分7段安装。4段支撑桁架，2段钢管及1段通长钢管。承重支架5个，分别搭设在5个焊接部位。

2)边桁架整体安装。边桁架分段进场，进行预拼装、组装后整体安装，采用二机抬吊。

3)网壳檩条小拼单元吊装。网壳檩条采用小拼单元，局部高空散装相结合的方法进行吊装，尽量减少误差。

3 安装工艺流程

钢柱、格构柱安装→临时支撑安装→主钢架安装→边桁架安装→网壳安装→临时支撑拆除。

4 网壳雨棚施工工艺、方法

4.1 装车、加固

在运输过程中，特别保证构件稳定、牢固，防止构件松动超出运输装载的限界尺寸规定，且减少构件变形，方便装卸，提高装卸效率。

对于汽车运输，还将根据构件运输计划和路线情况，安排每天白天和晚上的装运构件工作。对于大型构件运输应尽量安排在车辆较少的夜间进行。

4.2 安装承重脚手架搭设

根据交叉主钢架吊装分为7段的方案，将每单元焊接节点的下方搭设安装承重脚手架作为支撑点。

在立杆位置铺设50 mm厚通长脚手板→摆放扫地杆(贴近地面的大横杆)→逐根树立立杆，随即与扫地杆扣紧→装扫地小横杆并与立杆或扫地杆扣紧→安装第一步大横杆(与各立杆扣紧)→安装第一步小横杆→第二步大横杆→加设临时斜撑杆→第三、四步大横杆→接立杆→加设剪刀撑→铺脚手板。

4.3 扣件式钢管脚手架安装承重支架的搭设

根据对⑩轴，⑪轴以外轴线站台实测尺寸，考虑主桁架梁下弦杆中心距为3 m，按照下弦杆两侧预留1.5 m计算，设计脚手架为6 m×6 m，49立杆，不设基础(站台面混凝土垫层已施工完毕)。立杆下部铺设20 mm垫板，底部离地面100 mm设扫地杆，四面外侧设剪刀撑。

依据《建筑施工脚手架实用手册》(2003中国建筑工业出版社)进行验算，强度、稳定性均满足要求。

安装承重支架的搭设方式如图1所示。

4.4 网壳雨棚安装

4.4.1 施工组织安排

本次青岛客站无站台柱雨棚钢结构施工采用了两家作业队由中间向两边同时施工的方法，AB，BC，CD三跨同时由⑦轴分别向①轴和○14轴施工。通过这样的施工顺序，不但节省了时间，提高了效率，而且优先施工⑦轴结合部也有利于两侧标高及外观的统一，收到了很好的效果。

4.4.2 交叉主钢架安装

本工程主钢架分4段支撑桁架，3段支撑钢管，共7段吊装。主钢架吊装过程中，为了保证薄壁钢管的起拱度，下方设钢丝索拉结，并且使用铁葫芦调整构件位置。首先安装单元内4个支撑桁架，之后安装薄壁钢管，然后安装与钢管交叉的通长钢管，最后安装补齐剩余段钢管。

4.4.3 边桁架安装

边桁架分段进场后，通过场内胎具进行预拼装，通过班组自检、项目部专检及监理检验三层检验，确保构件外观尺寸合格，重点控制其长度和预拱度。图2中边桁架分段一拼装完成后采用两台吊车抬吊，边桁架分段二、分段三使用一台吊车吊装。

4.4.4 网壳檩条安装

本工程结构为单层柱面网壳，吊装量巨大。经现场研究，决定采用小拼单元吊装和局部高空散装相结合的安装方法，减少安装误差。通过场内胎具预拼装，重点控制曲杆的弧度、矢高和弦长以及直杆的平直度。网片吊装前先在主钢架上弹线定位，主钢架之间沿管壁上边线东西向拉线辅助网片定位，确定后点焊固定，完成一整片三角区域后自检合格报监理检验，合格后满焊，最后固定南北向方管，尽量减少累积误差。

具体安装顺序如图3所示，小拼单元吊装完成后，将南北方向的方管散件高空散装。

5 关键施工技术及解决办法

青岛站无站台柱雨棚大跨度连续拱形桁架单层网壳施工关键技术有三项:网壳雨棚构件加工制作变形控制、网壳雨棚构件的安装精度控制、施工过程安全控制。

5.1 网壳雨棚构件加工制作变形控制

青岛站雨棚为大跨连续拱形桁架单层网壳结构，其结构复杂，构件的加工制作过程中的外形尺寸、跨中高度、平面侧向弯曲变形、杆件轴线交点错位、焊接变形等不易控制。在制作过程中主要应采取以下措施来控制变形。

5.1.1 提高胎具制作的精度

胎具是保证构件制作精度的关键，首先根据构件外形的形状进行电脑1∶1放样，做出杆件中心的相应坐标点，根据坐标点用全站仪、经纬仪、水准仪等测量工具在加工平台上进行1∶1放样并制作胎具。

1)所有制作关键控制点均用全站仪将坐标点打出来以保证制作精度，关键控制点包括:主钢架钢管的矢高和弦长、边桁架的长度和预拱度、屋面网壳曲杆的弧度、矢高和弦长以及直杆的平直度。2)加强立柱间连接，保证其不发生位移。3)精确测量钢管托板位置，托板与立柱焊牢，保证其不发生变形。

5.1.2 加强工序管理，减少焊接变形及焊接应力

1)管与管的拼接焊缝尽量在自由状态下进行，既可减小误差，又可减小焊接残余应力。

2)弦杆弧度偏差采用千斤顶或手拉葫芦进行校正时，应逐步缓慢进行，避免形成硬弯或使管口扭曲变形，必要时进行火焰校正。

3)采用对称施焊和多层多道焊缝连续施焊的工艺措施，减少焊接变形和焊接应力，每一道焊接完成后及时清理焊渣和表面飞溅物，用锤击法消除中间焊层应力。

5.2 雨棚构件的安装精度控制

由于网壳跨度较大，在吊装过程中容易发生变形，这就需要在安装时选择好控制点和安装方法，并建立精确的现场测量控制网。主控制网建立后，在施工过程中，每月复核一次，确保测量精度。

5.2.1 交叉主钢架安装精度控制

交叉主钢架吊装时，全站仪架设于主拱分段点前方，全站仪架设的位置要同时能看见支撑桁架与钢柱连接的位置和分段点的位置，支撑桁架起吊后，将上下弦杆对应预先在钢柱上弹测的定位线，全站仪复核无误后，再拨转一定的角度，控制支撑桁架另一端(即分段点端口)的位置，支撑桁架两端的位置均调整好后，方可进行焊接。

5.2.2 边桁架安装精度控制

边桁架根据预先弹出的控制线进行吊装就位，同时，为确保安装精度，在吊装全过程中用全站仪实施监控，主要监控边桁架两端及中部的位置及标高。

5.2.3 网壳安装精度控制

方管檩条小拼单元吊装时，利用交叉钢架、边桁架和方管上预先弹测的控制线进行控制。吊装全过程中，测量人员用全站仪监控檩条拱顶的安装位置和标高，控制屋面的形状。网壳小拼单元的吊装控制拱顶标高和相邻小拼单元的误差。

6 结语

通过该工程的探索实践，可掌握大跨度连续拱形桁架单层网壳雨棚的分段、运输、组装及吊装等关键施工技术，锻炼培养人才，并积累相关经验，对今后类似条件的工程施工具有较强的借鉴意义。

［1］徐君兰.大跨度桥梁施工控制［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］董继斌，刘善维.网壳结构的边界条件及支座设计［J］.空间结构，2006(10):122-123.

［3］沈祖炎，陈扬骥.网架与网壳［M］.上海:同济大学出版社，1997.