钢网壳结构施工技术的应用

赵玉婷

摘要：新疆大剧院钢结构工程由屋盖壳面和部分钢结构楼盖六部分组成，分别为：屋盖外南北壳面、M轴以南39，400m与47.400m钢结构楼盖主要采用铜管相贯桁架结构体系：屋盖内壳面主要采用方铜管相贯桁架结构体系；屋盖内、外壳面之间幕墙主体钢结构采用矩形管制作：12.700m和18.700m部分楼盖采用实腹式型钢梁制作；M轴以南39.400m与47.400m楼板均采用钢筋桁架楼板，39.400m楼盖上方局部设置43.900m的轻型楼盖；M轴以北47.400m楼盖采用实腹式型钢梁螺栓连接结构，铺设钢筋桁架楼承板，上方局部设置51.900m的轻型楼盖。

关键词：网壳结构；施工技术；应用

中图分类号：TU394 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）06-84-01

前言

本工程前期深化工作量大，杆件空间放样复杂。施工过程中钢管相贯线切割与多支节点制作复杂，内外壳屋盖钢桁架、楼盖钢桁架安装精度控制及连接成片效果控制要求高，节点区域焊接变形和焊缝质量控制难。内外壳屋盖桁架、楼盖钢桁架安装挠度值测量控制要求高；钢结构施工安全控制与防护要求严格。

1.钢结构深化设计技术

本工程钢结构钢构件重量约11000t，分布范围广，内外壳屋盖桁架造型复杂，节点变化多，技术要求高，杆件多为空间三维结构，不能采用常规的平面几何制图来表现：由于空间结构的渐变，导致每个节点均需放样后方能确定准确尺寸。设计稍有偏差就会对制作安装质量、进度带来影响。

深化设计是在钢结构工程原设计图的基础上，结合工程情况、钢结构加工、运输及安装等施工工艺和其他专业的配合要求进行的二次设计。其主要技术内容有：使用详图软件建立结构空间实体模型或使用计算机放样制图，提供制造加工和安裝的施工用详图、构件清单及设计说明。

深化按现场安装顺序分阶段安排设计工作，形成流水，从而保证制作、安装施工。通过引入先进的深化设计软件Xsteel用于三维制造数据拾取，进行构件加工图的绘制，确保了深化设计的高效率和准确性。

2.厚钢板焊接技术

本工程焊接主要分布在十字柱对接、内外壳管桁架焊接及楼盖桁架焊接，最大板厚为50mm，由于桁架钢管的异向性，施工中有大量的钢管相贯线焊接。为便于运输，桁架构件采取分段制造增大了现场钢管拼装焊接量。而由于钢管直径大、壁厚使得高空焊接工作量大。因此厚板焊接、节点区域焊接变形和焊缝质量控制是本工程焊接控制的难点。

钢板板厚大于或等于40mm，且承受沿板厚方向拉力作用的焊接时，应有z向性能保证，可根据《厚度方向性能钢板》GB/T5313的规定选取z向性能等级。本工程采用二氧化碳气体保护半自动焊接技术，选用具有双重保护的优质药芯焊丝进行焊接，提高了施工质量。正式焊接前进行焊接工艺评定选择最优的焊接参数，加强焊接前预热、焊接中层间温度控制和焊接后保温等技术措施，保证了钢板焊缝焊接质量。

3.钢与混凝土组合结构施工技术

本工程内外壳埋件柱及舞台钢骨柱采用十字型钢骨混凝土柱。钢骨混凝土兼具钢结构优点与混凝土结构的优点，同时结构具有良好的防火性能。其关键技术是设计合理的梁柱节点，以确保节点良好的受力性能与加快施工速度。

根据工程技术特点，在钢结构深化设计前，先完成现场钢筋翻样工作，利用BIM技术详细标注穿过钢柱的每根钢筋的位置、标高、孔径等。在工程构件加工时，严格按照深化设计图纸进行开孔，并严格控制钢结构构件的加工精度。保证钢构件制孔质量，所有螺栓孔、连接板均须在工厂制作，严禁现场制孔。钢骨柱的翼缘板上在工厂焊接连接板，保证了所有翼缘板上均不开孔，保证了结构的安全性，螺栓群孔则采用数控钻床制孔，高强度螺栓孔采用钻模钻孔。孔位号完后，进行规孔，以检查孔位的正确。制孔过程中孔壁保持与构件表面垂直；制孔完毕后孔周围的毛刺、飞边用砂轮打磨平整，有效的保证了工程质量。

4.模块式钢结构框架组装、吊装技术

本工程内外壳桁架跨度大，采取地面分段拼装、设置支撑胎架、高空对接的施工方法。桁架单元在地面拼装完成后，采用大型履带吊进行吊装，高空进行对接。

对大跨度弧形桁架在不同标高的分段点，采用Midas7.30弧形桁架结构进行受力分析，确认桁架下端部的受力变形、上端部的下挠均不影响其安装精度，作为本榀桁架的分段面，通过计算机模拟预拼装后再进行地面拼装，实现桁架的整体吊装。在不采用支撑胎架的情况下，依靠弧形桁架自身重量进行就位，对外壳52榀桁架及内壳20榀桁架进行安装。节约了大量桁架结构施工支撑胎架，减少了安装支撑胎架的措施费和人工费，降低了施工成本。

5.砂箱卸载技术

本工程南北外壳桁架采用砂箱进行整体卸载。按沙漏的原理，制作砂箱作为卸载设备。砂箱分内外套筒，内筒嵌套在外筒内并与结构接触，外筒内灌注砂粒，并在筒壁一侧或底端设置排砂口。当卸载时，打开外筒排砂口，结构通过内筒压迫外筒内的砂体从排砂口流出，从而使内筒与结构缓慢下落以达到卸载目的，砂箱内外筒壁厚与直径以及选用材料应根据不同受压情况计算确定。

南北外壳分别设计4个卸载点，一次仅投入4个砂箱即可满足整体卸载要求。遵循“变形协调、卸载均衡、严格控制”的原则：选择晴天无风的天气；提前检查砂箱底部支撑体系加强用材料，复核各临时支撑点坐标测量，特别是标高的复核；由于在卸载过程中无法做到绝对同步，支架支撑点卸载先后次序不同，其轴力必然造成增减。在卸载过程中必须严格控制循环卸载时的每一级高程控制精度，设置测量控制点，在卸载全过程进行监测，与计算结果对照。采用砂箱卸载技术，其工艺简便，投入较少。可循环使用，且承载力较大较之割刀切割受力稳定、安全。

新疆大剧院工程采用以上施工技术措施。加快了施工进度，提高了钢板焊接质量，提高了结构安全性能，创造经济效益约720万元。