大型体育场屋面曲面网架施工技术

方 键

常州第一建筑集团有限公司 江苏 常州 213000

1 工程概况

湖北荆州奥林匹克体育场看台屋面为曲面网架（图1），采用双层正放四角锥网壳形式，杆件采用圆钢管，节点采用焊接球，支座采用管形焊接节点形式，使用现有埋件与下部结构连接。屋面网架横向悬挑25 m，纵向跨度160 m，外观呈月牙形，表面为双曲面，总面积约9 400 m2。

图1 荆州体育场看台屋面鸟瞰

2 钢结构安装施工

2.1 施工方法

根据现场实际施工条件，为了提高安装精度及加快工程进度，采用部分地面预拼条形单元网架，用汽车吊提升至高空就位，其他部分高空嵌补散装，最终形成整体结构的安装方法。

2.2 安装流程

本工程屋面网架安装流程为：网架支座单元安装（24个支座单元形成一个整体）→地面条形网架单元预拼→地面网架单元提升→地面网架单元精确就位→地面网架单元与支座单元拼接成整体→高空条形网架嵌补拼接→以上工序交替进行。网架安装起始单元从网架中间开始，同步向两头展开（图2～图4）。

图2 网架中部先安装2条预拼网架

图3 高空嵌补散装网架及安装预拼网架

图4 网架拼装结束

2.3 方案操作工艺要求

2.3.1 网架支座单元安装

1）使用地面条形网架单元预拼，用同样的方法将网架支座上方的单元拼装完成。

2）在看台上将网架支座上方单元与支座进行连接安装，完成单个网架支座单元的安装（图5、图6）。

图5 网架支座单元立面

图6 网架支座杆件三维

3）用相同的方法将24个网架支座单元安装完成，且必须将24个支座连接成一个整体后，方可连接安装预拼条形网架单元。

2.3.2 条形单元网架地面拼装

1） 地面预拼条形网架采用焊接胎模拼装成型，焊接胎模主体用型钢制作。

2） 每个预拼条形网架结构形式都不同，上、下球节点空间坐标也不同，地面预拼时需特别注意（图7）。

图7 地面预拼条形网架

2.3.3 高空嵌补散装网架单元

先安装相邻2个条形网架，后嵌补散装网架条形单元。

2.3.4 高空安装坐标控制

由设计单位提供具体的预起拱参数或网架自重挠度及最终挠度，并据此进行预拼条形网架安装定位控制坐标点设置（图8）。

图8 预拼条形网架安装定位控制坐标点设置（红色箭头处）

2.3.5 高空预拼网架定位及安装焊接

1）高空预拼网架定位支撑点的坐标及高程参数必须预先设置好。

2）定位控制坐标必须另加安装预起拱参数。

3）预拼网架定位、测量无误后方可进行安装焊接。

4）安装焊接顺序：球节点处，下弦球节点→上弦球节点；杆件处，弦杆→腹杆。

2.3.6 高空嵌补部分网架散装及焊接

1）节点顺序：从支座根部开始至网架头部结束。

2）杆件顺序：下弦水平横杆→上弦球节点（一球四杆）→上弦水平横杆。

2.3.7 脚手架拆除前网架定位支撑拆除

1）必须在全部网架安装结束后进行。

2）按程序复核、验收合格后方可进入定位支撑的卸载工序。

3）支撑卸载规范：

① 网架平面：从网架中部开始，同步向网架两端方向。

② 网架节点：从网架端部向网架根部方向。

③ 卸载1/3后：检查网架支座结构情况（焊接）。

④ 卸载2/3后：检查网架支座结构情况（焊接）、整体网架结构、网架头部挠度参数。

⑤ 全部卸载后：网架整体检查（焊接、变形、最终挠度）。

2.4 安装焊接工艺

2.4.1 焊接球节点焊缝收缩量

焊接球节点加套管时，每条焊缝收缩应为2～4 mm；不加套管时，每条焊缝收缩应为1～2 mm。

2.4.2 管球焊接

首先进行定位焊，焊点2～4处，确保钢管端部和球面的环形焊缝完全吻合，焊缝长度30 mm左右。

正式焊接时，环形焊缝是以管子的垂直中心由2个半圆形的焊缝组成的，一半按照先仰焊或立焊，再平焊的顺序，在仰焊或立焊及平焊处形成2个接头，这样可以使铁水与熔渣分离完全，焊接熔深可以得到控制。焊接缺陷可能存在于仰焊或立焊与平焊部位，先焊的一半部位，其仰焊的起弧点及平焊的起弧点位置必须超过环形焊缝的半圆。

钢管壁厚较薄时（4～9 mm），以坡口≥45°为宜。由于存在局部未焊透的情况，所以加强部位的高度要≥3 mm；钢管壁厚较厚时（10 mm以上），采用圆弧坡口，钝边尺寸小于2 mm，内衬管单面焊接双面成型。为保证焊缝的焊接质量，等强焊缝必须符合二级焊缝的质量要求。钢管厚度大于4 mm时，开坡口焊接，钢管与球壁间必须留有3～4 mm间隙，以便加衬管焊接时根部易焊透。

2.4.3 焊接质量检验

质检人员应对所有焊缝进行100%的外观检查，并保存好记录。严禁有漏焊、裂纹、咬肉等缺陷。除进行外观检验外，对大中跨度钢管网架的拉杆与球的对接焊缝，应作无损探伤检验，其抽样数不少于焊口总数的20%，对内部有超标缺陷的焊缝必须进行返修，应从缺陷两端加上50 mm作为清除部分，并以与正式焊缝相同的焊接标准进行补焊。同一条焊缝只允许有2次返修，返修后的焊缝必须进行复测，满足探伤标准后方可视为合格，并且作好探伤检测记录，提供探伤报告[1-4]。

2.5 安装过程检验

安装网架过程中的质量检验，由安装人员根据施工工序进行自检，质量员组织有关人员按相关规范进行全面复检，做好各种检验记录，每道工序安装完毕后，必须经过质量员专检合格后方能进入下道工序施工，并办理交接验收手续。

2.6 涂装

由工厂完成无机富锌底漆2道、环氧云铁中间漆2道。现场网架安装完成后，先进行底漆、中间漆修补，接着进行2道聚氨酯面漆涂刷作业。

1）钢构件的除锈和涂装应在制作质量检验合格后进行。

2）构件表面采用喷砂或抛丸除锈，除锈等级Sa2.5，其质量要求应符合国家相关标准的规定。

3）不需要涂装的部分：埋入混凝土中的钢构件；箱形及钢管截面内的封闭区；地脚螺栓和底板板底；被混凝土覆盖的钢构件表面。

4）钢构件出厂前不需要涂防腐漆，但构件安装后需补漆的部位：高强螺栓未涂漆部分；高强螺栓节点摩擦面，工地拼接部位及两侧100 mm；因碰撞脱落防腐漆的部位、地脚螺栓外露部位。

5）对于现场焊缝，应仔细打磨后再刷防锈漆，要求同本体部分。

6）对于运输及施工中损坏的底漆，应手工打磨后补足底漆厚度。

3 结语

通过工程实践，证明荆州奥林匹克体育中心看台曲面网架所采用的施工技术，能够克服结构施工难度大、施工工期紧张等困难，顺利完成了焊接量大、跨度大的异形结构网架施工。该技术的应用不仅能满足相关规范的要求，而且能减少高空焊接，有利于控制焊接变形，节省下部临时支撑，缩短工期，产生了良好的社会效益和经济效益。