杭州运河亚运公园网架施工质量控制要点浅析

杨智勇（浙江泛华工程咨询有限公司， 浙江 杭州 310005）

0 引 言

常被用于国内外大型公用建筑的空间网格结构，通常是以焊接或螺栓作为连接节点，按照一定的规律将铸钢球、圆管杆件、锥头、高强度螺栓等部件装配而成的三维网状杆系结构。其类型有两种：一是网架结构，呈平面网格状，多被用于大跨度屋面；二是网壳结构，呈大曲面网格状，常被用于外立面造型。空间网格结构的主要特点是轻盈、用料省，制作工业化程度高且富有几何美感。

1 工程概况

作为 2022 年第 19 届亚运会第一批场馆及设施项目的 5 个新建场馆之一，杭州运河亚运会公园总占地面积约46.73 万 m2（701 亩），总建筑面积约 18.53 万 m2，建成后将成为浙江省杭州市最大的体育公园。场馆功能布局以育英路为界，形成“南馆北场”的模式。其中“南馆”是以良渚遗址玉器“琮”为造型的乒乓球馆和全民健身中心，“北场”是以油纸伞为造型的曲棍球场和游客服务中心。

2 乒乓球馆屋面网架结构

乒乓球馆屋面网架整体呈椭圆形，最大跨度为 130.7 m，通过螺栓球节点架设在 36 个橡胶支座上。支座对向最大跨度约 93.2 m，支座以外为悬挑结构，与预先设置在三层顶环板的预埋件连接；网架最外围则用 76 个位移补偿器与直交、斜交网格压顶梁进行转换连接，从而形成整个外包结构。

整个网架由以上 2 种连接装置以及 3 种构配件即圆管杆件（含锥头封堵和高强螺栓）、螺栓连接球和焊接球组合而成。

3 整体质量控制流程

3.1 整体数据控制

通过施工图设计交底，了解到网架结构的施工后期需要承载金属屋面及机电风管，其最大荷载位于网架中心部位的抖屏及其所装龙骨上，经计算，其总荷载量约为 36 t，与常规的网架荷载仍有很大区别。考虑到网架的整体下挠值不仅关系到自身的结构数据和验收要求，还会影响金属屋面的排水，咨询方提出了关于预先控制网架整体下扰值的技术要点，并就此组织召开了深化设计碰头会。首先，从预起拱的角度入手，在用建模软件 TEKLA 建立模型时，将网架的整体坡比增加 1°，计算后得到约 50 mm 的起拱量。其次，TEKLA 模型建立后，导出 CAD 图并与施工图核对，发现仅在支座及中心点螺栓球的螺栓孔加工角度发生了微量变化。最后，根据有限元分析软件 Midas Gen v8.75，获得最终网架下挠值变化为：1/1 200 mm（空载）、1/800 mm（半载）、1/600 mm（恒载），满足验收规范和设计要求。此项变更措施也获得了原设计单位结构设计师的认可。

3.2 加工质量控制

由于本工程网架加工厂距施工现场较近，咨询方采用不定期巡检的方式，对网架的原材料验收和加工质量进行管控。对于规范中的一些常规验收方法及要求，本文不再赘述。根据以往施工经验，总结出以下几点注意事项。

（1）构件加工完成后送至现场，在不破坏杆件的情况下，无从再对杆件壁厚进行检查，因而在巡检中须分别对加工的各类杆件进行壁厚抽查。

（2）机械的喷砂除锈质量影响到构件的耐久性。有些项目在使用 3～5 年后就开始发生不同程度的腐蚀，原因在于钢材基层未处理干净，仍残留氧化物、油渍、粉尘等，极不利于钢结构的防腐。为了有效控制除锈质量，可采取观察钢材表面色泽和带手套触摸等检查方法。除此以外，还需要了解以下 2 种除锈工法。其一，对复杂构件如带有牛腿的钢立柱的除锈。由于受到机械喷砂工艺的限制，只能实现 4 面除锈，而对牛腿上下两翼板的喷砂除锈就要靠手工来完成。其二，对钢箱梁桥板的除锈。鉴于规范要求的不同，箱梁内部也需要进行防腐涂装。通常的方法是先将钢板制作成部件并除锈喷漆，在对焊道部位做好保护后进行组装焊接，完成后只对焊接部位进行防腐。

（3）对于螺栓球的螺孔和杆件的螺栓，也需要用特制的塑料帽盖进行保护。倘若施工现场堆放安装条件较差，必须加强对连接部位的保护。这也是保证网架安装质量的有效措施之一。

3.3 现场拼装的质量管控

（1）拼装场地应做必要的硬化，以此保证球坐标不会下陷位移。

（2）节点球、杆件严禁滚运，以防磕碰及破坏防腐涂装。

（3）每个球、每根杆件都有唯一的编号，拼装过程中需要对号入座。由于构配件堆放集中，翻找过程极为烦琐，时常有替用的情况发生。此类事件也是造成尺寸误差的主要原因之一。

（4）螺栓球节点的构造特殊，整个螺栓被锥头、套筒及螺栓球完全遮挡，在检查高强螺栓拧入深度时，可参照按以下四个步骤。第一步，根据螺栓销槽台阶式的构造，销轴处于起始位置时比套筒面高出 1 mm～2 mm。随着螺栓逐渐被拧入，销轴到达理论位置，此时可继续将销轴往销槽第二台阶拧入 2 mm，使其基本与套筒面平齐，由此可判断螺栓拧入深度是否达到要求。第二步，被拆分后的单块网架需预吊一次，此步骤主要是检查吊点是否设置合理和起吊物是否处于平稳状态，并且第一步检查未发现的拧入问题也会因单块网架受力状态的改变而显现出来。此时，应及时对问题部位做好标记，预吊结束后加以整改，正式吊装前再作检查，直至合格。第三步，单块网架安装就位后，由制作球和支撑架受力，在拆钩前再对球节点进行检查，其原理和做法与第二步相同。第四步，整个网架安装完毕、拆除支撑架后，运用全站仪对点位进行观测，待网架趋于稳定后，对连接点整体再作一次检查。对于此时的螺栓未拧入而螺纹裸露的质量问题，倘若再次拧紧套筒却依然无法得到解决，则应按杆件的拉力值设置同拉力的临时拉锁，并根据新的两球节点间距制作新的杆件以替换原杆件。

3.4 合拢部位预控措施

吊装前，对每榀单元的拼装质量进行测量验收。跟踪复测结果显示，水平沿环圆方向的尺寸以及每榀单元吊装落位后球节点的坐标点位误差均控制在 5 mm 以内，但第 7、第 8 单元安装完成后，在测量其左侧上下多个螺栓球坐标点时，发现环圆水平坐标点位累计误差在 5 mm～20 mm 之间。单从安装尺寸上判断，完全符合规范要求，但如果不采取必要的措施，待网架安装至第三施工区结束后，理论累计误差就将在 8 mm～30 mm 之间，并存在一内一外两个圆的环闭合拢工况，导致分块单元 11、12 与 1、4 之间的水平杆和斜腹杆均无法被顺利嵌入，尤其是斜腹杆的螺孔安装角度也会发生较大的变化。

针对施工方提出的按现状安装并根据最终误差值对合拢部位的杆件进行修改的方案，咨询方则建议采取以下措施：对剩余节点的水平环状方向的所有螺杆套筒磨除1 mm。根据计算，每榀单元网架从内到外约 3～6 根杆件，可缩短 6 mm～12 mm 的网架尺寸，扣除已完成单元的每榀 3 mm～5 mm 的误差，剩余 3 个单元每榀可缩短 3 mm～7 mm 的总体尺寸，最终可与已存在的误差相抵消，且各项数据均未超出规范要求。施工方按照此方案拼装各榀单元，除斜腹杆拼装偶有套筒需根据情况修磨外都较为顺利，尺寸也控制在理想范围内。最终网架顺利合拢，测算数据均符合要求。

3.5 主要测量数据

网架安装完毕后，根据 JGJ 7－2010《空间网格结构技术规程》的要求，以网架中心点及向 4 个方向延伸后至支撑点总距的 1/2 处，共 5 个点位，设置反射光标作为挠度测量点。目前，在支撑拆除前后，以及直立锁边金属屋面完成后（半载），进行了 3 次测量，最大下扰值与短边跨距之比约为 1/650 mm，数据较为理想，但仍需等待中央抖屏安装完成后作最终的验收测量。

4 安全措施

（1）由于本项目对组成标准节支撑体系的标准节的用量较大，施工方未租到统一规格型号的标准节，有矩形管、角钢、圆管等多种类型；节间连接形式有塔吊节高强螺栓连接、法兰盘连接等。因此，必须有针对性地补充各种受力验算，并检查是否符合使用要求。

（2）在高空作业时，施工人员必须使用双保险扣型安全带，确保自己在行走过程中遇到两条生命线转换时，至少有一个保险扣能发挥作用以保护自己的人身安全。

（3）当施工人员上下同时进行施工作业时，安全挂网是生命财产安全的重要保障。对于安全挂网的安全性能，除了检查必要的参数数据以外，还要针对坠落物的类型预先制作样板并进行测试。

5 结 语

笔者曾参与过多种类型网架结构的施工，但针对中间部位集中荷载和环形分片安装的施工尚属首次，足见此类项目的稀少性。笔者有幸参与此项工程的建设，提出了一些设想和建议并落实到了实处。这是大家共同努力的结果。建筑结构的多样化，给施工管理加大了难度，只要建设者们以规范和标准为依据，积极在实践中摸索，就能找到合理的解决方案，为项目创造更高价值。