异形复杂钢网壳安装技术

□文/余流 张印 代跃强

异形复杂钢网壳安装技术

□文/余流 张印 代跃强

某景观塔为一个以标志性、景观性为主，登高观景功能为辅的高层建筑；另外一个重要的作用是对现有烽火台遗址的保护性开发。工程主体为钢框架，外围异形单层网壳，屋顶正交正放管桁架。钢网壳采用钢管相贯焊接节点形式，制作、安装难度大且精度要求高。通过工程实践，介绍异形钢网壳安装施工技术，提出网壳单元定位安装新的措施和方法。

钢结构；网壳；制作；安装；异形；复杂结构

1　工程概况

某景观塔建筑规模2 127.97 m2，总高度70.456 m，共17层；主体采用钢框架结构形式，分为塔基及塔身两部分，主体框架外围设置单层网壳，网壳为管相贯结构，呈中间细两端粗的圆柱形结构，见图1。10.000m标高以下为室外空间，10.000～49.000 m是对原烽火台遗址的保护空间，为竖向交通区域，配以核心筒外历史怀思梯及19.000、37.000、49.000 m标高的满铺楼板；顶部55.700m标高的满铺楼板是参观者可达的最高区域，在本层可全方位观瞻城市风貌。

景观塔独特的外围网壳造型、有限的场地条件和严格的安装标准，对施工过程提出来很高的要求。

图1　建筑效果

2　施工方案研究

2.1确定安装方法

网壳的空间定位较为复杂，若针对每根钢管进行高空定位，安装工作会加大难度且不易控制，拖延工期，网壳的安装在钢框架安装焊接结束之后进行，此时钢框架已成为刚性整体，空间位置已被精确固定，网壳安装直接利用与钢框架固接的锥头等为基准点，分层安装。考虑到网壳不是空间独立的，它与钢框架是有连接的，每两层6 m会连接一次，可将连接节点设想为球节点或支座。因此，可只对钢框架做精确测量定位，就相当于对连接节点做了精确定位，节点定位完成，杆件也就相应地定位，网壳的测量就简化为连接节点相对于钢框架的相对位置测量，大大减少了空间测量工作量且可操作性强。

网壳按连接样式和空间位置可大致分为4段，第1段是2F～5F，第2段是5F～11F，第3段是11F～17F，第4段是17F以上，见图2。

图2　网壳划分

第1段高约9 m，中间与钢框架无连接节点且杆件较多，变化较大，较难定位，不适合空间散拼，拟在地面进行分块拼装，高空对接。将左下至右上走向的杆件设为主弦杆，另一个走向的杆件设为次杆，分块的方法就是将两条主弦杆及其内的腹杆为一单元，总共分为8个单元，在地面的胎架进行拼装焊接，使用汽轮吊进行吊装，在相邻两个单元均安装就位后，再连接单元之间的连接腹杆。采用分块安装的方法，省去了高空定位的复杂性，只需将锥头连接节点定位准确，再将单元主弦杆上下节点与锥头连接重合后，就已将网壳定位准确了。

第2段网壳若直接采用X单元，现场施工难度较大，因此将X单元分解为“人”型单元和1根杆件组成，将左下至右上走向的杆件设为主弦杆，另一个走向的杆件设为次杆，主弦杆不打断，次杆打断安装，将每个“人”型在地面钢平台上拼装成型，此“人”型单元是一个平面的，没有角度，定位简便。使用汽轮吊将“人”型单元起吊至指定标高，只将“人”型的端点与锥头连接焊接，再连接单元之间的连接杆即可完成安装。

第3段网壳较为简单，在上下相临的锥头之间没有杆件的交叉，所以不存在主次杆件，都不用打断安装，安装也较简单，只需做成类似“/”型单元，再与锥头连接固定即可。

第4段网壳即17F以上外围网壳与钢框架没有连接节点，仅与屋顶管桁架连接且上口呈喇叭花状，直径越来越大，此部分网壳若高空散拼时，网壳结构不稳定，也存在定位复杂的问题，考虑应在管桁架安装完成后开始进行，将管桁架视为钢框架的一层固定结构。由于该部分高空焊接作业非常困难，故将管桁架以下有交叉的部分做成“X”形单元，与之相对的管桁架外侧网壳暂不焊牢，使之有一定的自由度。其余单根杆件单独安装，简化安装工序。管桁架上部的网壳因上端无框架约束，在地面拼装成七个单元，高空组对，依靠上端的环状进行约束成型。

2.2脚手架搭设方案

网壳的散装需搭设脚手架，主要是人员的操作平台，不承重。因核心筒每层均有混凝土楼板，脚手架不能提前搭设在核心筒内，以免影响土建施工，所以脚手架只能在混凝土楼板浇筑养护完成后进行搭设，按照悬挑脚手架的搭设规则进行搭设，每层与钢框架做附着，保证稳固。脚手架每层操作平台按照脚手架规范铺设木跳板，作为人员操作平台，考虑安全，每三层做满层的硬防护，防止上下层交叉作业时的一些零星构件坠落导致人员伤害。脚手架搭设进度跟随外围网壳的安装进度，不能超搭设，影响吊装。

3　网壳单元的定位制作

3.1计算机定位过程

网壳单元制作主要是将单根的钢管制作成网壳单元的定位工作。在实际的施工过程中，为便于安装和减少高空作业工作量，根据现场条件将网壳划分为若干个小单元，将这若干个小单元链接成为一个整体。根据常用的工程软件设计出一套较为快捷，普遍适用于现场施工技术人员的计算机仿真定位方案，以第一段网壳单元为例，具体步骤如下：

1）将准备制作的网壳单元中各个节点的设计坐标提取出来；

2）在AutoCAD软件中输入设计节点的X、Y、Z坐标创建各个节点，再通过LINE命令将各个节点相连进而得到模型的轴线图，通过创建局部坐标系等一系列操作，变换成为适用于平面，便于工人焊接操作的轴线模型并且在轴线上创建若干新的点，进而保证现场拼接的精度，将模型保存成为MIDAS/Gen软件能够打开的DXF文件；

3）在MIDAS/Gen软件中导入DXF文件，输入材料和截面属性并对散乱的节点编号进行整理，在窗口显示拼装效果图；

4）输出各个节点坐标到EXCEL软件中进行节点平面投影坐标图的绘制并对投影坐标和高程进行列表。

3.2施工现场拼接

根据上述方法得到的各个节点坐标，在胎具上进行放线、定位，标高应用水准仪即可满足施工定位的需要，大大减少了工作量，也减少了拼装误差。拼接具体步骤：

1）选在混凝土地面上进行胎具的制作，铺好专用胎具，在几个胎具之间进行刚性连接，保证胎具的稳定性；

2）在胎具上根据坐标点进行放线、定点，利用L75×5的角钢做成定位卡具，卡具的间距比网壳钢管外半径大5mm，便于钢管在卡具上的安放；

3）在钢管断面处依次进行焊接，即可得到一个完整的网壳单元。

从实际施工的结果来看，本套方法具有简便、快速、易操作的特点，精度也能满足施工的要求。

4　结语

本工程全部为斜向钢管、施工现场场地有限、高空吊装风速较大这些都给施工过程增加了很大的难度，经过施工技术人员对网壳结构进行仔细研究，得出了一套切实可行的施工方法，全部建成后各个节点偏离设计节点均＜3cm，使施工的精度和进度都得到了保证。由于MIDAS/Gen、AutoCAD和EXCEL这三款软件均为钢结构施工常用软件，通过配合使用，能够较好地完成本工程的网壳定位工作。网壳结构由于其曲面而形成部分细部分粗的外形，给安装带来了困难，根据网壳结构的特点，在不同部位制作不同的网壳单元，取得了良好效果。

［1］GB50017—2003，钢结构设计规范［S］.

［2]GB50205—2001，钢结构工程施工质量验收规范［S］.

［3］JGJ 61—2003，网壳结构技术规程［S］.

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.04.003

□张印、代跃强/河北工业大学。

□TU391

□C

□1008-3197（2015）04-06-02

□2015-07-24

□余流/男，1972年生，高级工程师，中国建筑第六工程局有限公司，从事复杂施工技术研究。