曲面球形网架施工工艺及技术分析

李青山

(山西省第三建筑工程公司，山西长治 046000)

0 引言

曲面球形网架是一种屋盖承重结构，是多次超静定空间结构的一类。这种网架结构与一般平面架结构相比，改变了受力状态，能承受来自各方的荷载，具有较强的抗震性能，是目前我国大多数建筑中广泛使用的一种结构。但是由于诸多因素的影响，给曲面球形网架施工带来了一定的困难。为确保该结构施工质量安全，本文就曲面球形网架施工工艺与技术进行了研究分析，阐述了该网架结构的优点，从而为类似工程施工提供了有利依据。

1 曲面球形网架结构的优点

1)曲面球形网架结构属于高次超静定结构体系，屋面整体刚度受力明确、均匀，在柱距变化时传力环节较少，有利于协调柱距变化后受力不均衡现象。

2)根据对网架结构空间受力分析，可知各杆件材料力学性能得到了充分的利用，相对平面桁架支撑而言，其受力更加科学合理，生产耗费钢材料较小。

3)在建筑工程施工中采用曲面球形网架结构，有效地降低了空间高度，使得建筑造型具有一定的视觉美观效果。网架屋面减轻了结构自重，使得屋盖轻巧，降低了仓库高度。

4)该网架结构抗震性能好，施工工期较短，往往只需要安装小型机械即可。网架结构杆件规格、类型、节点种类较少，决定了该结构的简单性。

5)由于常规屋面体系为平面受力体系，平面外刚度和稳定往往需要复杂的支撑体系来保证，这就使得杆件强度无法得到充分的发挥，导致耗钢量十分大。再加上平面钢桁架杆件类型、规格、节点种类繁多，结构受力线路长，节点连接部分容易受到集中的应力，难以确保良好的抗震性能。且钢桁架和屋面板自重较大，吊装作业一般需要大型机械。在这样的环境下，曲面球形网架结构打破了种种限制与困难，在建筑施工中得到了广泛的应用。

2 曲面球形网架施工工艺及技术分析

1)安装方法。

根据建筑实际球形网架结构形式，将其拆分为每跨的单元形式，这就使得安装施工选择的方法较多。比如可以先在地面组合开始第一跨，等到第一跨安装完成后，直接在空中展开后续部分的组合;另外也可以先进行间隔两跨的安装，然后在两跨间进行空中补跨，依次进行施工。

2)安装前准备。

曲面球形网架在组合安装前，需要放线测量相关的位置，如网架结构支座定位轴线、水平度、标高以及支座锚固位置等，采用水准仪、钢尺以及经纬仪进行实际测量。通常情况下需要对原支撑结构检查后方可进行安装，并且安装需求必须满足国家相关标准和设计要求。由于杆件内力和节点变形是支座节点在一定约束条件下进行计算的，这就使得支承垫块的规格、类型、摆放位置以及朝向都必须满足相关设计要求。比如支座点的位置和朝向分布有周边支承、点支承、两边支撑两边开口等，如果支座点位置和朝向改变势必会引起支承点分布的改变，对网架结构边界条件产生影响。

3)网架的拼装。

采用散装法进行网架的拼装，能大大的缩短施工工期。其具体方法是:把网架中间起拱部分下弦中心部位作为基本的拼装单元，将下弦中心椭圆上的五个节点保持在同一水平面上，其对角偏差保持在±3 mm以下。然后点焊固定组装上腹杆上弦，以此作为基本单元，向四周对称散装。在每圈节点球拼装后，需要利用三维坐标进行复核校正，采用水平仪测量Z向坐标，用吊锤将椭圆中心和待测节点中心垂直投影到地面，测量X和Y轴坐标，在此过程中需要严格控制误差，确保网架成型规矩。如果出现较大错误需要及时的纠正，为后期散装法提供有利的施工条件。拼装网架下弦球节点处需要设置支撑，且高度在300 mm以上，确保仰焊顺利完成。支撑的强度一般需要按照网架承载的重量进行计算，要求底部夯实，并垫有木块。

4)焊接。

a.网架的焊接。

网架焊接是该结构施工中关键的工序，必须予以高度的重视。焊接前需要清洁焊口上的铁锈、杂物，避免油污在焊接电弧作用下生成磷化物，造成焊缝的热脆性，形成焊缝裂纹。焊接时由于母材打火会增加网架的内部应力，应该避免在母材上打火。如果遇到下雨天气，且风力大于五级，应该停止焊接施工，主要原因是雨在电弧作用下可能会电解出氧气和氢气，氢气对钢材具有冷脆性，加上较大的风力导致电焊容易偏弧，造成咬肉。焊接网架时需要遵循从中央到四周、从下到上的顺序，管球焊接采用单面焊接双面成型，多层多道焊接工艺。焊接时需要重视第一层焊缝质量，确保根部熔合好、背面成型整齐。每层焊接完成后需要清洁焊缝表面，认真检查有无缺陷，避免贴角焊缝出现咬肉现象。

b.焊缝的检测。

检测焊缝往往包括外观检测和无损检测两个部分。外观检测是专职检测质量人员对所有焊缝进行100%的外观检测，坚决杜绝裂纹、气孔、咬肉等现象，用焊缝量检测焊缝的高度与宽度是否符合要求。无损检测是采用超声波对其外观进行检测。根据相关规定，对大中跨度钢管网壳的拉杆与球对接焊缝，抽检数量不能小于总数的20%，且需要按照相关标准和制度进行检验。对内部有超标缺陷的焊缝必须进行返修，每条焊缝只能返修两次，返修后复检无误后方可视为合格。

c.焊缝的返修。

在焊接中经常会遇到焊缝返修的问题，焊缝出现裂纹时不能擅自处理，应该向上级部门上报，技术人员查清原因，制定完善的返修措施后才能进行处理。焊缝缺陷是裂纹时，碳弧气刨应该在裂纹两端钻止裂孔并清除裂纹和两端50 mm长的焊缝和母材。对于焊缝的修补需要在破口内引弧，熄弧时填满弧坑。当焊缝长度大于500 mm时，一般采用分段退焊法，并确保焊接的连续性。

d.网架支座的焊接。

网架支座焊接前同样需要清洁表面的油脂和污垢，除去铁锈、油漆涂层等，才能进行下道工序。钢材除锈合格后，油漆应该按照设计要求进行涂刷，第一遍底漆干燥后再进行下一道面漆涂刷，确保涂层厚度达到相关质量与设计要求。表面涂装施工时和施工后，往往需要对涂装过的杆件进行保护，避免尘土和其他杂物的污染。制作完成后必须按照相关规范进行验收，提交相关资料，然后进行切割下料、焊接和喷砂。

5)整体吊装。

在网架拼装完成后，需要进行整体吊装，其具体方法是:在网架的长向南、北两面设置6个吊点，在吊点相应位置的下弦球下设置一个吊装架，上面挂一套滑轮组，由滑轮组带动网架整体上升。每套滑轮组包括一个20 t的定滑轮、一个20 t的动滑轮、一个导向滑轮等。该吊装方法吊点设置在网架两端，接近正吊正放，在高空小距离水平位移就位，具有良好的安全性和稳定性。

3 结语

曲面球形网架结构具有成本低、施工周期短、刚度均匀以及建筑造型美观等优点，在我国大多数建筑工程施工中广泛应用，大量实践表明其取得了较大的技术效益和经济效益。因此相关部门应该不断对曲面球形网架施工工艺和技术进行创新与改进，重视各个施工细节，严格控制施工各环节的难点与重点，促使该技术为建筑行业的蓬勃发展增光添彩。

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