大跨度弧形螺栓球网壳施工技术应用

杨 秀 刁

(山西建筑工程(集团)总公司，山西 太原 030003)



·施工技术·

大跨度弧形螺栓球网壳施工技术应用

杨 秀 刁

(山西建筑工程(集团)总公司，山西 太原 030003)

结合弧形网壳结构特点，根据类似工程的施工经验，介绍了其工艺特点及原理，从起步跨选取、测量放线、起步跨拼装、小拼单元制作、高空散装等方面，分析了其操作要点，并提出了其质量控制标准及相关措施。

弧形网壳，大跨度，起步跨，小拼单元

1 弧形网壳结构特点

大跨度弧形网壳横断面多采用三心圆形式，沿跨度方向起弧，弧顶高度一般为网架跨度的1/2～1/3,受力性能与体型有密切关系，相同跨度不同体型的三心圆网壳内力分布和峰值可能存在较大差异，合理的体型能使结构具有良好的受力性能，并可节省用钢量。三心圆网壳体型系数主要与网格尺寸、弧段半径、各圆弧段网格数、落地斜角度、网壳厚度有关。弧段半径根据斗轮机操作范围和设计要求确定；结构矢高和落地斜角对结构受力和耗钢量影响较大，矢高增加或落地斜角增大，可以改善结构受力性能，但会增加耗钢量和降低空间利用率；网架厚度增加会使耗钢量和水平推力增加，但在一定范围内能使网壳耗钢量较低。在结构设计时应通过多方案对比选取合理的体型系数，在满足使用要求和结构受力性能的同时，使结构的用钢量较低。

2 工艺特点及原理

根据类似工程的施工经验，拟定多种施工方案，从安全、经济、工期、质量等方面进行对比，根据柱点支撑位置、跨度、弧顶高度、网格尺寸等选用“制作安装起步跨，结合高空散装法”施工工艺。起步跨网格少、重量轻，吊装机具选取方便；起步跨、小拼单元在地面进行作业，制作、安装精度相对高；吊装安全，各吊点受力与设计基本一致；作业面多，各工序穿插作业，工期有保证；高空散装过程中，容易保证小拼单元、杆件精准就位，弧形网壳结构造型满足设计要求。

基本原理是：在长度方向选取一个(或多个)柱网支撑位置，作为起步跨宽度，再由一端支座处开始，沿跨度方向在地面逐步进行拼装、用起重设备提升，直到另一端支座就位，预先安装一条(块)网壳结构；在模具上进行小拼单元制作，验收合格后，将制作好的小拼单元、散件吊装至高空对接拼装成整体结构。由于悬挑拼装单元始终为一个稳定体系，不需设置任何支架承受其自重和施工荷载，当拼装到一定悬挑长度后，设置相应的支撑架，以减少(避免)因自重和施工荷载产生的挠度。

3 工艺流程和操作要点

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程图见图1。

3.2 操作要点

起步跨选取：起步跨是根据网架长度方向支撑柱点位置及尺寸、网架弧顶高度、网格尺寸、网格数量，结合现场场地情况等因素，综合考虑选取。为了合理选取起步跨、吊装中吊点的位置，使用Tekla设计软件仿真技术，建立3D模型(杆件和球的规格、型号与原设计完全相同)，模拟起步跨的制作与吊装，验算起步跨的强度、刚度和整体稳定性，确保起步跨拼装、吊装、就位过程中的质量和安全。

新建兴保铁路冯家川煤炭储运装系统钢网壳大棚工程，平面尺寸为136 m×84 m，支座间距为6.8 m，网壳弧顶高度42 m。起步跨取在网架长度方向中部(尺寸为13.6 m×84 m)，开始上弦7个网格、下弦6个网格，逐步变为上弦5个网格、下弦4个网格，直到另一端支座对称部位变为上弦7个网格、下弦6个网格(如图2所示)。

测量放线：网架安装前需与土建方实时联测，复核支座预埋件、预埋螺栓轴线位置和标高，并做好书面记录，经双方签字确认。各支承点中心线用黑线划出，高差在埋件上用数据标出，以便安装时进行适当调整；用水准仪、钢卷尺、吊锤测量小拼单元模具的轴线、对角线尺寸，经检查符合设计和规范要求后方可进行制作、安装；在球节点上设置钢卷标尺，结合激光扫平仪、水准仪进行测量控制；检测设备由专人保管和使用，并应在检测合格有效期限内。

起步跨拼装、吊装：根据选定的起步跨宽度，在地面从一端支座网格单元开始拼装。先将下弦拼装成一个大的田字形，用水准仪测好基准标高，以上弦球为顶点组成四角锥，向下弦4个球节点上拼装形成一个网格基本单元体，再以这个基本单元体向外进行拼装，拼装开始为上弦7个网格，下弦6个网格，逐步变为上弦5个网格，下弦4个网格。起步跨沿跨度方向安装5个～8个网格(25 m左右)，测量轴线尺寸、弧顶高度，符合设计和规范要求后，进行起步跨第一段吊装，使支座球节点就位，网架另一端用临时支架进行支撑，对在支座中转动的螺栓球，使用φ18的钢筋加工成U形圆弧，将钢筋U形圆弧十字交叉与支座底板焊接，使支座上的螺栓球稳固，防止在安装过程中滑出支座。第一段起步跨一端支座就位，另一端用临时支架支撑后，继续沿跨度方向逐步拼装和提升，直至拼接到距另一端支座就位，完成起步跨网壳安装。当网壳结构施工到一定跨度后，必须在网壳下弦球增设辅助钢丝绳(φ22)，并用倒链进行临时拉固，施工过程中拉接下弦的钢丝绳必须交替拉固，便于控制网架变形、保证整体尺寸。

小拼单元制作、高空散装：小拼单元是预先在模具上将杆球组件。小拼单元形式有：一球一杆、一球二杆、一球三杆、一球四杆等形式，其他形式的杆球组件随用随拼。根据安装图的编号，在拼装模架上先把下弦杆件与球连接，再安装腹杆及上弦杆件，连接必须一次拧紧到位。小拼单元制作顺序应逐排向外进行，同一排中制作顺序应与拼装顺序相反，先拼装的后制作、后拼装的先制作。高空散装顺序是：从起步跨中部，先沿长度方向向两侧拼装，再向跨度

方向两侧支座处进行拼装。待一排网格拼装合龙后再进行下一排网格拼装，逐排向外扩展。把制作好的“小拼单元”或散件吊装至设计位置进行高空散装，高空散装顺序为先下弦后腹杆再上弦。小拼单元提升到安装高度，吊车缓慢转向相应的安装位置，由操作人员通过系在杆件上的绳索，控制杆件缓缓向相应的球节点靠拢，随即将杆件端部螺栓拧进球节点螺栓孔，拧进螺栓采用力矩扳手，确保螺栓紧固到位。网架散装过程中随时检查节点螺栓的紧固情况，必须将螺栓紧固到位，避免螺栓出现假拧现象，不得出现“马蹄缝”。网架全部安装完成后，按规范进行自检，测量几何尺寸、挠度值并做好记录。

4 施工机具及监视测量设备

汽车吊：25 t，50 t汽车吊，用于起步跨拼装；120 t，200 t汽车吊，用于提升起步跨及高空散装。缆风绳、吊索绳、倒链、电焊机、活口(力矩)扳手等。监视测量设备：超声波探伤仪、漆膜测厚仪、经纬仪、水准仪、激光扫平仪、钢卷尺等。

5 质量控制标准及措施

网壳结构采用的原材料及半成品应进行进场验收，其品种、规格必须符合设计要求，检查质量合格证文件和出厂合格证，并按规范和设计要求进行复验，合格后方可使用；一级焊缝探伤比例为100%；二级焊缝探伤比例为20%；螺栓球节点网壳拼装完成后，高强螺栓与球节点应紧固连接，高强螺栓拧入螺栓球内的螺纹长度不应小于1.0d(d为螺栓直径)，连接处不应出现有间隙、松动等未拧紧情况；网壳结构总拼完成后及屋面板施工完成后应分别测量其挠度值，所测挠度值不应超过相应设计值的1.15倍；起步跨制作过程中，对在支座中转动球节点进行固定的U型卡环必须焊接牢固；起步跨吊装和高空散装中，设置观测点控制起吊速度和高度；施工中严格落实各项检查制度，做好自检、互检和专检，上道工序不合格不得进入下道工序，把三检制落到实处；做好检查和交接记录，施工中各项检查记录、施工日志、技术资料应与工程进度同步，且齐全完整。

6 结语

“制作安装起步跨、结合高空散装法”适用于大跨度弧形螺栓球网壳现场安装，根据网格尺寸、弧顶高度、柱网支撑位置、网架厚度选取起步跨尺寸，沿跨度方向由一端向另一端逐步进行拼装、提升。起步跨和小拼单元在地面进行制作，质量有保证。起步跨重量轻、位置选取灵活方便，施工作业面多，与现场设备安装和其他工序可穿插作业，施工速度快，安全有保障。

[1] GB 50009—2012,建筑结构荷载规范[S].

[2] JGJ 7—2010,空间网格结构技术规程[S].

[3] GB 50205—2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].

[4] JGJ/T 10—2009,钢网架螺栓球节点[S].

[5] 王月栋,赵广勇.杆煤棚结构选型[A].第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C].2007.

On application of large-span arc bolt reticulated shell

Yang Xiudiao

(ShanxiArchitecturalEngineering(Group)Corporation,Taiyuan030003,China)

Combining with the features of arc reticulated shell, the paper introduces its craft features and principle according to the construction experience of similar projects, analyzes its operation from the selection for starter span, measurement and lining, starter span assembly, manufacturing of assembly unit, and high loos packaging, and points out the quality control standard and related standard.

arc reticulated shell, large-span, starter span, smallest assembled rigid unit

1009-6825(2017)18-0069-02

2017-04-05

杨秀刁(1968- )，女，工程师

TU745

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