大跨度空间异形焊接球网架分块安装技术

季炳鑫 孙文涛

（中建七局第四建筑有限公司 陕西省西安市 710000）

1 工程总况

上文提及的冰球馆工程建筑总面积为17767m2，此项工程的屋盖部位以及场外造型边角的部位均采用了大跨度空间异形焊接球网架结构中的钢结构。其中，屋盖部位是正方四角锥形网架，分为上、下两层屋盖，其平面大小为95×123m。其周边的两层框架以及混凝土柱顶由下弦支撑；其内层柱顶和外层柱顶分别是成品球铰抗震支座以及聚四氟乙烯板滑移支座。其精准的最大支撑跨度是60.0m，此结构起拱方向为双向，单层带肋网架为外围网架，此结构是由外层柱顶框架和v字形外围钢结构斜柱支撑，同时分为上和下两部分，这两部分的腰线连接处朝外悬挑约为5.0～8.0m，为空间异形结构造型。

焊接球节点是此项工程的网架结构传力节点，球最大直径为500.0mm，厚度为25.0mm，传力节点共计3400余个；高频焊接钢管以及无缝钢管是此项工程采用的网架管件，共计13000根。

2 设计方案

大跨度空间异形钢网架造型结构由于其施工条件以及结构特点的不同可以分为：分块吊装法、整体提升法、散拼法以及高空滑移法。此项工程的钢结构进行运用施工时，如果工程中混凝土外围框架柱和框架梁正在施工或者已经施工完成，就难以运用高空滑移法进行滑移轨道的建设。并且整体提升法和散拼法都需要占用大面积的场馆场地来完成地面的拼装和搭设脚手架，这对于场馆内其他的施工项目有着极大的影响。而通过综合比较和选择之后确定的场馆外吊装和分块拼装的施工方式，对于场馆内场地的整体施工并无影响；而且可以和土木建设工程施工形成立体交叉平行流水实现工期的缩短，充分体现了分块安装技术的高效性并且也保证了工程的精度。

3 施工流程

3.1 单元网架的划分

此项工程的单元网架的划分是根据各个网架的结构造型特点来定。主要形式有：两个网架单元之间空出一个节间，此节间在单元网架进行分块吊装之后再进行高空拼装。主要由满足单元分块的拼装及吊装刚度、临时支撑胎架的用量、场地内可供布设胎架的位置以及起重机的起重能力来确定网架分块的大小。

图1 网架分块示意图

图2 吊装线路图

3.2 网架的拼装

（1）根据地面拼装和网架安装的坐标差异且工程的结构造型要求，网架单元的分块节点之间坐标差值大、材料耗费量大，在进行网架拼装之前需要在设计模板CAD中将各节点安装的绝对坐标换算为网架拼装的相对坐标，且需要将分块线模尽量放平，便于地面放线。

图3 散装及分块吊装示意图

（2）网架拼装的地面分块拼装的胎架造型由结构特征分为分块整体散拼胎架和四角锥小拼单元拼装胎架。此项工程为保证拼装单元的整体刚度、节省拼装材料用量以及确保拼装精度，综合比选后确定采用单元分块整体拼装，胎架结构造型采用圆形钢管作为支托，通长H型钢材作为底座。而对于单元分块较大的则先搭设拼装胎架再进行施压。

（3）在进行单元网架节点的定位及组装时，必须严谨地遵守拼装顺序：由中间向四周，这一顺序可以避免定位组装时形成封闭区间。否则在网架焊接时会产生一定的焊接收缩应力，从而影响整个网架的拼装精准值。

（4）在进行外围网架的拼装时，根据外围网架的结构位置处于腰线处，且悬挑值相对向外有一定的距离这一情况，在进行地面拼装时很难通过外围网架结构进行实际拼装。所以要将外围网架结构进行分块，分为上下两个拼装单位；同时分别在地面拼装组合完毕之后形成外围网架的最后形状。

3.3 网架的焊接

（1）工程中的网架焊工必须持有焊工全位置考试合格证才能进行焊接操作。

（2）网架焊接顺序为：通过下弦收缩起拱的特性首先焊下弦，其次进行腹杆和上弦的焊接。

（3）焊接球网架结构为：采用打底焊的焊接工艺进行球管对接焊缝。首先通过网架的焊接部位确定电流大小，当焊接位置起拱之后将焊接坡口与焊接球进行钝边和溶烧从而形成溶孔，再将电弧压低，使溶烧的铁水分别凝固在焊缝中形成补强焊缝，然后进行继续焊接并保证每层补强焊缝达到规定的高度。焊缝的焊接分为两层，其中最重要的是第一层的焊缝焊接，其必须保证良好的背部成型和根部的焊透。同时把每一条焊缝分成四个小段，其中统一采用的是锯齿形焊接方法进行施焊，其焊接流程为：焊接对称的四分之一圆弧——再焊接剩余两个四分之一圆弧，多次焊接以完成焊接工作。

3.4 网架的分块吊装

此项工程通过在网架分块模中导入了有限元分析软件而得出各个网架分块的实际重量的精准值，再通过计算出的实际重量进行主要吊装设备的选择、确定综合履带的实际吊起重能力、场地情况的勘探、确定网架分块重量等等一些对于所有网架的分块吊装的精准数据和信息。

通过分析全部网架分块处于吊装状态下的综合履带吊装站位情况，确定各个回转中心的位置点，再将这些位置点用相对圆滑的曲线依次连接，进一步确定履带吊装站位线路。该线路需根据实际吊装场地的情况做压实和平线处理，从而达到履带吊装行驶站位相对精准。同时该工程需要根据不同场地的勘探报告做出换填或者铺设路基箱等措施从而保证级配较好和力学性能良好。吊点的设定应根据网架结构中节点和各个杆件的受力情况而定，需避免在网架分块吊装过程中各个杆件产生的相互作用力产生破坏，则应设定与下弦节点位置。

4 网架支撑结构

此项工程的网架支撑结构体系主要用于单元网架分块拼装的节点支撑和网架分块吊装的站位点的临时支撑结构，通过判断不同形式及用途从而选择不同的支撑材料。

4.1 网架的拼装胎架

此项工程的网架拼装胎架采用的是圆形钢管和通长H型钢材底座支撑构成。其根据单元网架分块的各项坐标从而实现布线和布设，要求各个节点首先分别将各自对应的圆形钢管作为支撑点，构成临时的支撑体系，然后当布设完成之后对这一临时支撑体系的整体刚度和强度以及稳定性进行精准的计算，可适当施压；而对于暂时未满足数据要求的胎架进行部分支撑。需注意，在网架拼装过程中应该对胎架的变形情况进行实时观测和调整，从而避免胎架的沉降和水平位移。

4.2 临时支撑胎架

为节约此项工程的工程措施投入量以及工程成本，支撑体系中的临时支撑胎架由正方形钢制成正方形胎帽扩大平台，其中的四个帽角都布设一个临时支撑点。其运作原理是通过正方形胎帽扩大平台，各个支撑点可支撑四个网架单元的节点，这样一来在胎架用量这一项上实现了可观的节省。临时支撑胎架主要结构体系采用的是标准节，其缀条与主肢之间采用的都是螺栓连接的方式，其优点是有力地保证胎架的周转利用以及在拆装方便。而其底部主要根据混凝土独立筏式基础与预埋件相连。当工程中临时支撑胎架的初步设计完成之后，需通过对分块重量的计算与网架安装顺序的判断，进一步地分析计算胎帽变形、胎身截面强度、胎架基础承载力以及稳定性。

5 网架的卸载

通过网架单元的分块拼装进行支撑胎架的布设，网架单元在完成各项施工之后就进行网架的卸载。采取各个区域多级分工且卸载进度同步的方法，经过千斤顶高频率且微量下降从而达到平衡转移荷载。需注意避免下降较快、卸载不完全等因素造成的破坏。

6 结束语

在现阶段，我国诸多工程存在施工难度大、工程结构造型复杂、工期紧等问题，冰球馆工程就是最好的实例。通过综合比选各项工程技术的优缺点和实际施工场地的情况，最终确定大跨度空间异形焊接球网架分块安装技术为冰球馆工程的主导技术，最终高效完成了此项工程的施工。综上可得，大跨度空间异形焊接球网架分块安装技术是一项高效率、高质量、经济且安全的工程技术，对于同类的各项工程具有较好的参考价值。

[1]黄达.某体育场钢结构网架的施工质量检测鉴定[J].广东土木与建筑，2013：19～22.

[2]叶春.钢结构网架全支架高空散拼在工程中的施工技术应用[J].建筑安全，2014：35～38.