试论大面积大跨度波浪形正反壳钢结构屋面施工技术

2020-06-09张春生

建材与装饰 2020年16期

张春生

（广东蕉岭建筑工程集团有限公司广东广州 511400）

0 前言

大面积大跨度波浪形正反壳钢结构屋面施工的整体施工难度较大，具有钢结构线性控制难度大、施工工艺复杂等问题，因此为了能够满足工程项目施工要求，必须了解大面积大跨度波浪形正反壳钢结构屋面施工的基本要求，完善技术应用路径，这样才能全面提高施工质量。

1 工程案例简介

某项目作为大型会议建筑物，兼顾会议展览以及相关活动职能，总体建筑面积约为136000m2；在结构施工中，主要采用双层网架与双向空间钢架相结合的结构，其中使用了约100000m2的钢结构波浪形屋面，施工难度大，对施工技术要求以及施工质量标准等都提出了较高要求。

本次工程项目屋面施工工艺的基本特征为：①施工工期紧。为了能够为后续的室内施工创造条件，在该工程项目中相关专业承包商需要严格控制工期，争取能够在最短时间内交付给甲方使用。因此本次项目中的总工期为4个月，因此屋面施工对技术提出了较高要求。②施工内容多。在该项目中，涉及较多的施工面，面积较大，并且整个施工过程中涉及较多的工程分项，很多施工内容都需要现场拼装作业。③施工内容繁杂。在该项目中涉及很多复杂的施工工艺项目。从施工过程来看，虽然工程中的工程量不大，但是其中很多交叉作业的情况，且施工范围很大，因此在施工过程中容易出现混乱施工的情况。④施工难度高。在整个钢结构施工过程中，涉及较多的交界面，整体线型结构施工难度大。在该项目施工阶段，为了能够最大程度上保证工程施工顺利进行，需要至少在两个区域内同时施工，因此为了保证施工质量，需要对每个施工作业步骤做统一规划与管理。

2 大面积大跨度波浪形正反壳钢结构屋面的安装与施工关键技术

2.1 总体安装思路

根据该工程项目的施工经验可以发现，由于整个工程的施工作业面很大，并且存在交叉作业施工的情况，结构类型复杂，所以在施工阶段，最终确定了“分区施工、地面拼装以及高空分段吊装”的施工思路。

2.2 钢构件的加工与焊接

钢结构施工质量直接决定了现场施工能力，因此为了最大程度上保证施工质量，该工程中所有的构件均采用工厂化生产模式，通过统一模块实现批量化生产[1]；针对工程中的超大规模构件，使用整体制作与分段运输方法，例如该项目中的网壳、网架等都采用整体加工方法并以散件的形式运送至施工现场。

运抵现场后吊装施工，其中的关键施工工艺包括：①严格把控零部件的质量关，该项目中所有的原材料均由数控切割机施工，加工期间评估焊接收缩余量等关键工艺数据变化，保证原材料的精度完全满足大面积大跨度波浪形正反壳钢结构屋面施工要求。例如本次项目中的钢管相贯线在切割期间使用三维相贯线切割方法，在切割期间需要对材料的长度、切口等进行评估，在检验合格抽才能允许投入施工。②施工期间严把质量关，将构件组装精度控制在理想水平下，并根据设计要求适当增加焊接收缩余量变化。

2.3 现场拼装的关键施工工艺

该项目中现场拼装的主要施工工艺包括：

2.3.1 典型的网壳吊装单元拼装

现场技术人员按照网壳与钢柱之间的相对位置关系变化，将网壳拆分成规格为22000mm×22000mm的小块，并以该小块为拼装单元进行现场施工。

第一步，在平整的场地上按照拼装线路，确定路基箱位置，在全站仪引导下确定控制点，固定胎架支撑物，避免出现明显晃动。在确保胎架稳定的基础上，由监理人员与专职技术人员进行质量检查，见图1。

图1 网壳吊装拼装

第二步，依次吊装已经完成加工的横向连系钢管，并将钢管按照设计规范逐一固定。在固定定位期间，需要测量钢管的标高情况，对于标高满足设计规范的用卡马加固[2]。

第三步，吊纵向连接钢管，并采用与第二步相同的方法定位、固定。

第四步，在完成上述施工步骤后，做自检，并向监理人员汇报。验收合格后，交付焊接工序施工；焊接施工期间需要严格按照设计的焊接次序施工，并注意观察焊接变形情况进行调整。

第五步，焊接结束后，对施工部位做打磨，并检查施工质量，由监理以及现场技术人员自检，形成验收记录。此阶验收期间，需要重点观察焊缝状态以及主要构件的外形尺寸变化等。

第六步，在上述施工步骤验收合格后，强化网壳单元。

2.3.2 拼装网架吊装单元

该项目中，网架吊装单元的拼接应该严格按照图纸进行，确定拼装胎架的基本参数。因此施工期间需要按照既定的坐标控制网硬化场地，这样才能满足现场施工要求；之后根据坐标的平面投影片，在每个主受力点位置设置钢箱路基板的支点；最后，通过型钢支撑方法将构件连接成一个整体。

在设置临时支点之后，设置坐标控制网的x轴与y轴垂直投影线，并复核标高基础线等，优化该工程的平面垂直坐标控制网，并对控制网做验收检验，将竖向胎架杆件之间加设斜撑，形成整体受力稳固体系[3]。期间需要按照空间坐标分布情况，完善胎架的相关操作平台设置，确保能够适应施工人员生产要求；之后可以按照曲面网架坐标，确定支撑杆件内的标高，并按照这一数据进行检查与验收。

在网架拼装施工之前，先检查网架杆件原材料的报告，形成质量验收信息；在网架单元拼装结束后进行质量检验。在这个过程中，其中的具体施工步骤为：①确定第一榀平面桁架胎架位置。②确定后续平面桁架胎架位置。③定位腹杆、弦杆以及撑杆位置。④对网架的修补与焊接。⑤在验收合格后，向专职人员提交验收报告并形成记录。

2.4 安装构件的技术要求

为进一步提高构件施工质量，相关人员应该重点关注以下内容：①开工前通过施工测量的方法检查控制网参数，保证各项参数满足设计标准。在钢构件安装前，项目技术负责人员进行技术交底，通过全站仪与经纬仪测量跟踪，保证钢结构具有理想精度；在施工结束后，对施工质量进行检测，确定满足设计规范即可。②进一步控制焊接质量。焊接作业施工中保证持证上岗，焊接施工小组组成定期分配焊接施工任务，通过责任到人方法控制质量。

2.5 吊装屋面网架分块

该工程中，屋面网架分块使用250t履带吊施工，施工期间通过临时支撑胎架完成定位。

2.6 吊装屋面网壳分块

该项目屋面网壳分块使用250t履带吊施工，固定满意后，通过支撑胎架以及马卡定位。其中单层网壳采用纵横双向弯曲钢管编制而成，其中的跨度技术标准为22m×22m。

2.7 焊接施工的关键技术

在焊接期间，按照建筑物结构形式做好图纸深化设计，将杆件预见性增加1mm左右，这样能够降低焊接收缩等因素对施工质量因素的影响。拼装作业期间，对各个焊接口以及支点等均用专业的夹具固定，达到控制约束应力目的，控制焊接口的收缩变形现象。同时在施工期间，严格落实持证上岗制度，使用高素质焊接人员施工，通过全方位焊接方法避免构件二次变形。焊接结束后，按照规范检查焊接质量与焊缝外观情况。

同时施工期间合理使用焊接施工工艺，结合该工程项目的基本特征，在现场施工阶段使用了二氧化碳气体保护焊配合手工焊的施工工艺；焊接期间通过分散焊、对称焊以及分段焊等工艺，控制焊接变形现象。