大面积异形混合节点钢网架安装技术研究

胡铁厚，李永明，钱英育，高领宽，陈东旭

（1.中国建筑第八工程局有限公司，上海 200112；2.浙江江南工程管理股份有限公司，杭州 310007）

1 引言

大空间异形网架混合结构是一种由不同材料结构体系组合而成的混合结构体系,上部屋盖往往采用钢网架结构体系,下部则多采用钢筋混凝土结构体系[1]，焊接空心球和螺栓球混合使用是目前钢网架施工中常用的节点形式。

对于大型网架安装工程的北京首都机场T3B航站楼屋盖是大跨度双曲面抽空三角锥混合节点网架结构，与郑州大剧院屋盖类似。采用了边桁架首先安装，然后内部网架跟进安装，边桁架采取在地面拼装、地面验收的施工方法。采用吊机进行分段吊装，高空就位，内部曲面网架为螺栓球杆连接和焊接球杆连接相结合，采用高空散拼的安装方法[2]。山西孝义体育馆混合节点钢网架工程采用高空散装累积提升和空间定位相结合的方法[3]。广西荔浦体育馆钢结构网架屋面、南京青奥体育公园室内田径馆钢网架采用高空散装法，从一侧向另一侧进行安装[4，5]。南宁东站屋盖网架钢结构工程采用了网架结构累积提升结合水平张拉的施工技术[6]。

郑州大剧院屋面网架投影面积约16000 m2，网架采用正交四角锥、斜交四角锥、三角锥及下弦局部抽空等结构形式。舞台及音乐厅、观众厅上空集中了大量焊接球，其余位置主要是螺栓球加少量焊接球混合使用，整体外观呈异形，网架开始安装时，下方土建专业墙、楼板等基本已经成型，大型吊装设备交通受阻，场地条件非常受限，安装难度大。

鉴于此，大剧院采用了合理选择起步单元，设置临时支点，逐步向四周扩展散装的整体路线；将网架分为A、B、C三个区，每个区域内先施工焊接球网架，后施工螺栓球网架；螺栓球网架安装时采用模块化拼装技术；在场地受限，施工环境复杂的情况下，搭设满堂脚手架形成大面积操作平台。

2 起步单元选取

大剧院总体分为A、B、C三个区，根据工程特点，将屋面平板网架结构再划分六个区进行施工，选一区作为起步单元，按照一至六区的顺序搭设满堂脚手架作为操作平台，进行高空散装法施工，如图1所示。

图1 屋面平板网架分区示意图

3 螺栓球临时支点设置

使用MIDAS GEN软件对网架安装过程中各种受力变形状态下的挠度进行了模拟计算，结果未设置临时支点时网架变形挠度范围为93.895～176.879 mm，超出了规范规定的网架的挠度值不得超过设计值（113.3 mm）的1.15倍（130.3 mm）的硬性要求，而加设临时支撑点后模拟计算显示挠度值范围为12.392～28.321 mm，符合规范要求。通过软件模拟，确定临时支点布置位置如图2所示。

图2 临时支点布置图

临时支点材料选用φ140 mm，Q235B。在满堂脚手架放线的同时，一并放线布置好临时支点，设置于下弦球水平投影位置处，脚手架操作平台上方。为保证脚手架整体刚度，在立杆加密之间设置水平连接，并与满堂脚手架连接，如图3所示。

图3 临时支点示意图

4 起步单元网架安装

放线→安装支座→搭设临时支点→安装下弦平面网格→安装腹杆四角锥→安装上弦杆→调整、焊接→支座焊接、检验。

先安装支座，再安装下弦一榀网格，然后依次为腹杆和上弦杆，边安装边测量定位，如中间有杆件放入困难，可用千斤顶微顶网架下弦球调节后放入。安装时应垫实下弦球，确保下弦节点稳定不产生位移，同时边安装边用全站仪对各控制节点进行测量定位。

一区起步单元安装完成后，即可将工作面展开，陆续散装其他单元。

5 混合节点施工

本网架工程节点包含了焊接球与螺栓球（见图4、图5）。总的安装原则为先焊接球网架施工，后螺栓球网架施工，当焊接球网架部分全部焊接完成并检验合格后，再进行周边螺栓球网架的安装。

图4 焊接球节点

图5 螺栓球节点

5.1 焊接球施工

1）放球：将已验收的焊接球，按规格、编号放入安装节点内，同时应将球调整好受力方向与位置。一般将球水平中心线的环形焊缝置于赤道方向。

2）放置杆件：将备好的杆件，按规定的规格布置钢管件。放置杆件前，应检查杆件的规格、尺寸以及坡口、焊缝间隙，将杆件放置在2个球之间，调整间隙，点固。

3）焊接：先下弦节点，后上弦节点，从中间向两侧扩散施焊。每个节点所有焊缝第一遍焊接完成后再焊接第二遍，以防止应力集中造成网架变形。

5.2 螺栓球施工

螺栓球部分先提前拼装为模块，单元模块由两种形式：一种形式为1个螺栓球、2根上弦杆和2根腹杆组成；一种形式为1个螺栓球、2根下弦杆和2根腹杆组成。拼装时应将单元模块节点球处的所有螺栓全部拧紧，利用塔吊吊装就位进行整体拼装。

先安装下弦单元模块，当整排下弦模块安装完后，再进行后一排的上弦模块安装，整排上弦模块安装完后，再进行下一排的下弦模块安装，如此交替安装直至安装完成。

6 临时支点拆除

A区、B区、C区同时卸载（拆除临时支点），完成整个过程，卸载过程用千斤顶在卸载点位置向上微顶，割除支承点钢管，卸载应几组支点同步下降，分区分阶段按比例的拆除支撑点，保证网架卸载的同步，如图6所示。

图6 卸载分区示意图

网架支点拆除过程中需对网架进行变形监测，主要监测网架挠度变化情况，网架施工完成后也需定期进行网架的变形监测，重点监测跨度较大区域网架变形，做好记录，分析相应区域的沉降和位移，当发现变动较大时，立即进行矫正。

7 结论

1）通过合理划分施工区域，选择起步单元，使工作面有序展开。

2）采用MIDAS软件进行模拟计算，准确确定临时支点位置。

3）将焊接球区域网架安装完毕后向四周辐射安装螺栓球网架。

4）采用单元模块化拼装，提高了工作效率。

5）安装过程中采用临时点支撑形式，减少了大量支撑的搭设，节约了钢材，降低了成本。