华夏文化展示中心空间网架与桁架组合结构施工关键技术探究

厚苏伟 程建通 王小平

摘  要：华夏文化展示中心主体结构为空间网架+桁架组合结构，形式复杂多变，对网架安装、测量定位、变形控制等施工技术具有较高要求，本文针对组合结构的特点，提出了搭设局部承重满堂脚手架操作平台，进行高空散装的施工方案，并对双曲面空间网架的测量定位以及焊接球、螺栓球、空间桁架组合结构的安装技术进行分析并提出了科学的解决方案，保证了网架安装的精度和施工质量。

关键词：空间网架+桁架结构;曲面结构;高空散装

中图分类号：TU356    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）06-0000-00

1工程概况

华夏文化展示中心项目采用网架与桁架结合结构形式，看台区网架采用螺栓球和少量焊接球连接，舞台区网架采用焊接球加桁架结构。整体结构投影面积约为9000m。网架结构杆件采用高频钢管或无缝钢管，材质为Q345B，总用钢量约2800T。看台区网架最高点28.1m，平面尺寸48.6m×95.5m;舞台区网架最高点29.4m，平面尺寸 44.8m×96.9m。

2施工方案概述

2.1网架安装概述

本工程钢网架为螺栓球节点+焊接球节点网架+桁架结构。为确保施工安全，加快施工进度，同时保证施工精度，降低施工成本，综合考虑确定总体安装思路：局部搭设承重满堂脚手架操作平台，塔吊高空散装+承重满堂脚手架操作平台（含桁架散拼安装）。该安装方法优点：网架安装时受力合理、施工安全可靠、施工精度易保证，施工工期短。

2.2安装方案

根据工程结构特征，由3台塔吊从两端开始，沿同一方向由下往上依次安装。局部塔吊未覆盖区域采用80吨汽车吊进行安装。本工程钢结构施工分成两个独立施工区域，即看台区为施工一区，舞台区为施工二区，如图1所示

3关键施工技术

3.1满堂架格构式支撑局部加固

在土建原有混凝土柱位置增设格构式支撑，增加架体整体受力点，进一步减少地基下沉带来的安全隐患。

格构式支撑架采用塔吊标准节设置，平面尺寸为1.5mX1.5m，节间高度2.5m，最大搭设高度20m，立杆及腹杆采用角钢，立杆规格为L140X10，斜腹杆规格为L63X6，水平横杆规格为 L50X5，顶部转换钢梁规格为 HM200×200，材质均为 Q235B。支撑架设计时，考虑的荷载类型有：

（1）撑架自重 D1，自重放大系数取1.1;

（2）支承荷载标准值 D2，根据施工过程分析计算结果，取87kN;

（3）考虑竖向支承荷载偏心产生的附加弯矩作用，取e=Min（100mm，D/20），其中D为支撑架边长;

（4）活荷载L，考虑支撑架顶部操作平台的上人荷载，取2.0kN/㎡;

（5）风荷载W，取当地十年一遇基本风压ω=0.3KN/㎡，风压高度变化系数μz=1.31，风振系数取βz=1.5，体型系数μs=2.07，风荷载折算为线荷载施加在支撑架立杆上。

（6）支撑架为临时结构，结构重要性系数取0.9;采用有限元软件midas gen进行计算，其中立杆和顶部钢梁采用梁单元模拟，腹杆采用桁架单元模拟，立柱底端采用铰接边界条件。支撑架在标准组合作用下XY方向综合变形和竖向变形结果详见图2。

由水平方向变形云图可见，支撑架最大水平变形为30.2mm，最大竖向位移为2.8mm，位移均较小，能满足安装精度要求。

3.2空间网架重点安装工艺

3.2.1焊接球与螺栓球混合安装工艺

对于焊接球+螺栓球组合结构施工，应进行螺栓球一端高强螺栓初拧，再进行杆件与焊接球点焊（定位焊），当螺栓球与杆件，焊接球与杆件都完成初步固定后，进行测量，有误差进行调整，没误差就先进行高强螺栓终拧，再进行焊接球四周围焊施工，以防焊接收缩变形使另一侧螺栓无法拧到位。

3.2.2桁架结构高空散装工艺

桁架结构高空安装时先在满堂架上测好标高，将下弦管进行总体拼装，然后进行定位校准，校准时复测与空间网架结构的位置关系，确认无误后进行焊接，桁架下弦杆连接自成体系后安装上弦管及腹杆，并于空间网架结构进行连接。钢桁架下弦杆、上弦杆搁置于操作平台上，要进行适当调整，按工艺编号进行拼装，拼装完成后与BIM模型进行对照检查，并作记录。

3.2.3焊接技术

本工程构件均为工厂加工制作杆件，运输至现场然后进行现场拼接，构件数量多，焊接量大，因此合理的焊接顺序设计尤为重要。为此，主要采取以下措施：（1）對称焊缝，采用分段、跳焊的对称焊接，通过先后焊缝的熔敷量来控制变形量。（2）不对称焊缝，采用先焊焊缝少的一侧，后焊焊缝多的一侧，使后焊的焊缝产生的变形足以抵消先前的变形，以使总的变形减小。（3）长焊缝，采用连续的直通焊，将会造成较大的变形，因此采用分段退焊法、分中段退焊法、跳焊法和交替焊法不同的焊接顺序来控制变形。

3.2.4测量误差控制

（1）根据设计图纸，建立BIM模型，将模型导入大地坐标系，使BIM模型的数据完全和现场相同，通过BIM的可视化，直接反映三维的网架模型，提取所需的各种数据，通过对模型数据的分析和研究，确定施工开始的关键节点，利用BIM技术进行模拟施工，研判施工方案的可行性，通过编制专项方案，并进行动态的监督，实现网架安装的安全，并达到设计精度。

（2）根据温度变化，计算出热胀冷缩的数值，并在深化设计及施工过程中考虑。

（3）節点用激光全站仪进行定位，定位一圈后进行测量，安装完一圈后进行测量，安装完一个节段后再测量，整个区段完成后最终进行测量。

3.2.5网架安装误差控制

在网架的安装过程中必须时刻测量和控制网架的安装误差，一旦有某项指标超出控制范围必须立即采用反误差的方法进行纠正，每次网架安装完成脚手架拆除出去后必须立即测量网架的挠度、整体尺寸、节点偏移等，并在下一片平台上安装网架施工中进行调整。同时网架在安装过程中还必须注意以下几点：

（1）每榀下弦节点、上弦节点拼装前，均应用水准仪、钢卷尺测量高低度、水平度、几何尺寸、挠度、做到每榀合格，整体合格。

（2）每安装三到五榀再作一次全方位复检，以便发现问题及时处理。

（3）整体安装后，作一次全面检查和测量，确保不留下任何问题。

3.3信息化管理

本工程的网架与桁架结构杆件数以万计，用信息化的管理手段有效解决构件种类繁多，管理难度大的问题：

（1）网架结构构件进场后，采用条形码扫描系统扫描构件铭牌上的条形码，将条形码数据读入计算机系统进行分类、统计、分析、处理，此时，计算机读入构件的状态为未安装。

（2）构件安装时，需再次扫描条形码，消除构件未安装状态，此时，计算机读入构件的状态为已安装。条形码管理系统，可以保证钢结构工程构件准确、有序的供给。

（3）现场安装的条形码系统与工厂的条形码系统统一，条形码读入计算机系统后，立即自动转入公司 ERP 材料模块，使得工厂及现场二者之间的材料管理形成计算机网络化系统。

4结论

本文通过借鉴其他空间网架结构和空间桁架结构的安装经验，对华夏文化展示中心空间网架结构的安装进行分析论证，总结出以下结论：

（1）对双曲面空间结构系统，采用落地式满堂脚手架+局部承重支撑进行高空散装的施工技术有利于空间结构的安装精度控制。对承重支撑结构进行工况分析和受力计算以保证施工过程的安全性。

（2）结合BIM技术进行空间定位，有利于施工质量控制和高效的施工管理。

（3）进行合理的焊接顺序设计，能有效减少空间网架收缩变形、保证安装精度。

参考文献

[1]周皓，王永富，刘世强，等.球型网架安装方法探讨[J].武汉大学学报（工学版），2011（S1）：289-291.

[2]郝永利，白少华，董经民，等.北京大兴国际机场机库大跨度复杂空间组合结构施工技术[J].施工技术，2019（4）：110-114.

[3]宋海清，王兴忠，林俊，等.复杂空间网架结构关键安装技术[J].安装，2011（7）：26-29.

[4]张同波，陈凤霞，乔永胜，等.复杂造型大跨度网架施工测量技术[J].青岛理工大学学报，2010（5）：109-113.

收稿日期：2020-05-06

作者简介：厚苏伟（1988—），男，甘肃静宁人，本科，工程师，研究方向：BIM技术应用，钢结构安装。

Research on the key Technology of the Construction of the Space Grid and Truss Composite Structure of China Culture Exhibition Center  HOU Suwei ，CHENG Jiantong ，WANG Xiaoping（Gansu Yi'an Construction Technology Group Co.， Ltd.，  Lanzhou Gansu  730060）

Abstract：The main structure of Huaxia Culture Exhibition Center is a combination of space grid + truss structure. The form is complex and changeable. It has high requirements for grid installation， measurement and positioning， deformation control and other construction techniques. This paper proposes the erection of the characteristics of the combined structure. The partial load-bearing scaffolding operation platform is used to carry out the high-altitude bulk construction plan， and the measurement and positioning of the hyperboloid space grid and the installation technology of the welding ball， bolt ball， and space truss composite structure are analyzed and scientific solutions are proposed to ensure The precision and construction quality of grid installation.

Keywords： space grid + truss structure; curved structure; high-altitude bulk