空间波浪形多跨螺栓球节点网架施工技术

于海祥，左相飞，李治强

（重庆建工集团股份有限公司，重庆 401122）

0 引言

近年来，城市化进程迅速推进，图书馆、展览馆、体育馆等大跨度、大空间的建筑需求日益增加，钢结构以其强度高、韧性好、自重轻、抗震性能好以及装配化程度高等一系列优点，得到了广泛的发展和应用。然而螺栓球网架结构施工精度要求高，受力工况复杂，本文依托实际项目，总结螺栓球网架施工工艺方法，以期为类似工程提供参考。

1 项目概况

某项目总建筑面积7071.71m2（其中：长76m，宽60m），地下一层、地上一层（局部两层），最大建设高度为19.6m。屋面为螺栓球网架，网格形式为正放四角锥，支座采用平板支座。钢管材质均为Q345B，螺栓球为45#钢。该项目网架平面为矩形，网架跨度为37.7+36.7m，长度为58.4m，网架矢高2.2m，网架从1 轴至11 轴呈曲线形状。网架四周支座为钢筋混凝土牛腿，中间支座为钢筋混凝土柱顶，其布置详见图1、图2。

图1 网架平面布置图

图2 网架正立面图

2 项目主要重难点分析

（1）屋面网架整体为单曲面，施工质量控制难度大，需空间三维定位，测量复杂，精度要求高。

（2）因场地受限，钢网架起步基本单元分为两片进行吊装，在空中对接后，再整体落位，技术要求高、施工难度大。吊装方法的选择不仅应在技术上和安全上切实可行，而且还应兼顾经济适用、合理有效的原则。

（3）网架吊装安全及高空散装的安全措施较难实施，如何采用经济合理的技术措施来保证施工安全，是工程的重中之重。

（4）网架吊装及散装过程构件受力工况复杂，须与设计最终成型后受力工况统筹考虑。

3 施工方法的确定

螺栓球网架安装方式通常采用分片安装法、整体吊装法、满堂支架法、滑移法、整体顶升法和高空散装法。安装工艺方法各有特点[1]，如表1 所示。

表1 螺栓球网架安装通常方式

根据现场实际情况及工期要求，项目屋面采用高空散装法施工（起步基本单元采用分片吊装）。

4 屋面网架安装

4.1 网架安装思路

根据网架支承点布置及现场实际情况，将J 轴—G 轴区域网架分为两个单元模块，即J—G 轴/1/5—11 轴为单元模块一，J—G轴/1—1/5 轴为单元模块二，详见图3。两个单元模块在地面拼装完成，吊装就位作为起步基本单元（即J—G 轴网架作为起步基本单元）。再由G 轴向A 轴方向在塔吊辅助下逐跨进行高空散装，由J 轴向L 轴方向在吊车辅助下进行高空散装，直至完成网架安装。

图3 起步基本单元吊装分块示意图

单元模块地面拼装顺序：散件卸货→编号清理→螺栓球清理→测量定位→胎架制作→网架节点定位→螺栓球定位安装→下弦杆安装→腹杆安装→顶部螺栓球安装→上弦杆安装→紧固→整体检查与验收。

网架施工顺序：起步基本单元地面拼装→基础复核→安装支座→临时支撑→起步基本单元吊装→临时支撑→高空散装→调整、紧固→支座焊接与验收。

4.2 起步跨地面拼装

首先在地面放出下弦球位置，根据网架设计相对标高按照1:1 制作胎架，胎架采用φ89 的圆管作为支撑并用水平杆和斜杆进行加固，使之成为一个稳定体系；从支座位置开始拼装，拼装按图纸单元依次进行平行延伸。为保证拼装的精度，减少积累误差。组装顺序如下：放线（验线）→布置胎架→放置下弦节点垫板→完成4 个下弦螺栓球节点及节点间的下弦杆安装定位→继续安装下弦螺栓球及下弦杆→安装上弦螺栓球节点和腹杆→完成上弦螺栓球节点间的上弦杆。

4.3 吊装工况确定

（1）吊点设置

吊点设置须考虑吊装工况下各杆件内力均衡，并与安装完成后正常使用状态下网架受力工况接近。该工程吊装时采用4 个吊点，吊点设置于网架上弦螺栓球位置。

（2）吊装工况计算

该工程充分发挥EPC 工程总承包优势，设计人员采用3D3S 14.0 版本对吊装单元模块工况、散装工况、临时支撑等进行安全验算，吊装工况应力比云图详见4、图5。网架杆件最大强度应力比0.58，满足网架模块吊装施工要求。

图4 吊装单元网格模块一吊装工况应力比云图

图5 吊装单元网格模块二吊装工况应力比云图

4.4 吊车选型

单元模块一重量21.32t，单元模块二重量17.82t，经查询QAY400K 汽车式起重机参数，在其主臂长度57.4m、吊装半径28m 时可吊重24.1t，故该工程选择两台QAY400K 汽车式起重机进行吊装。

4.5 临时支撑

首先在J、H、G 轴/4、8 处分别设置临时支撑，临时支撑主立管采用φ219*6 的焊管进行支撑，底部采用2 根2.0m 长的H250形成十字支撑。立管与立管之间的连接采用法兰盘加8 套10.9 级M22*95mm 高强螺栓连接，顶部立管采用直径为40mm 厚的钢板进行封堵，顶部用顶升能力达180mm 的YQ-30 型液压千斤顶（顶推能力达到30t）处理，每根临时支撑采用4 根16mm 钢丝绳进行斜拉稳固。采用3D3S 14.0 版本，对临时支撑强度和稳定性进行验算，其结果满足要求，详见表2。

表2 设计验算结果表(强度和整体稳定)

起步基本单元模块吊装完成后，中间区域支撑（2#、5#临时支撑）顶部的液压千斤顶缓慢泄压，在泄压过程中观察网架架体的平整以及底部的挠度值，待架体完全稳定后，拆除支撑2#、5#支撑，向4 轴、8 轴的下一跨安装点移动、支设。待下一跨安装完成后，同理拆除3#、6#支撑移至再下一跨安装点，如图6 所示。

图6 临时支撑移动布局图

4.6 起步基本单元吊装

（1）起步基本单元模块地面拼装完成后，对网架的几何尺寸进行复核，确认无误后方可进行吊装。

（2）将钢丝绳通过卸扣固定于网架上的弦球上，随后用吊车将网架吊装模块速吊至离地面1m 左右高度，检查索具是否牢固及观察整个网架吊装模块在空中的自由伸展状况，此时的网架吊装模块变形需满足吊装要求。

（3）起步单元模块采用两台400t 吊车同时分片吊装，待两片单元网格模块位于设计网架正上方时进行对接，对接完成后再整体缓慢下落，逐渐靠近安装位置，且人工辅助准确置于支座上。将支座螺栓固定后，吊车方可松钩，详见图7。

图7 单元格网架吊装立面示意图

（4）因起步跨网架距离安装位置有一定距离，须在网架跨度两端设置溜绳，吊车旋转工程中，地面人员通过溜绳小幅度地调整网架方向，达到安装位置的正上方。

4.7 网架高空散拼

4.7.1 安装方法

（1）先在地面将网架拼成一球三杆、一球四杆等小拼单元，沿跨度方向进行高空散装，见图8。

图8 小拼单元示意图

（2）高空散装网架工作面共4 个工人，上弦、下弦各2 人，操作工人骑坐在所要安装的节点上，必须保证安全带系在已固定好的杆件上；使用塔吊将小拼单元吊至安装位置，将小拼单元通过杆件螺栓固定在起步跨螺栓球上，吊车再松钩安装下一个小拼单元，见图9。

（3）网架拼装采用逐跨向前安装，同一跨内支座间杆件全部安装到位形成稳定结构体系后方可安装下一跨网架构件。

（4）安装网架的正下方设置可滑动的安全兜网：网架的正下方沿1 轴、6 轴、11 轴设置通长生命线，并沿字母轴设置可滑动的水平兜网，两端固定在1 轴、6 轴、11 轴的通长生命线上，可滑动安全网随着网架安装向前平移。

（5）安装工人必须戴双钩安全带，安装过程中把安全带锁扣扣至已安装固定完成的杆件上；工人安装完一个四角锥后，在移至下一个工位过程中必须保证安全带其中一个锁扣在杆件上。

图9 单元格网架吊装示意图

4.7.2 注意事项[2]

（1）高空散装法安装网架，应随时测量检查网架质量。检查上弦、下弦网格尺寸及对角线，检查网架纵向长度、横向长度、网格矢高。

（2）网架在安装过程中应随时检查各临时支点的下沉情况，如有下沉情况，应及时加固，防止出现下坠现象。

（3）网架检查、调整后，应对网架高强度螺栓进行重新紧固。

（4）网架高强螺栓紧固后，应将套筒上的定位小螺栓拧紧锁定。

（5）在整个网架安装过程中，应特别注意轴线的准确、高强螺栓的拧紧程度、挠度及几何尺寸的控制。

（6）每安装一排网架应及时检查。发现问题及时调整，不得使误差累积超过技术要求，保证完成一排合格一排。

5 操作要求[3]

（1）网架所有构件均在工厂加工成型，加工过程中各杆件应在醒目位置用油漆做好构件编号标识。

（2）包装发运时包装箱上标注构件（零件）的名称、编号、重量、重心和吊点位置等，并填写包装清单，根据钢结构的安装顺序，钢构件分单元成套供应。

（3）构件加工完出厂运往施工现场前，对构件尺寸、性能进行全面检测。

（4）网架安装前对网架支撑面顶板（预埋铁）位置、标高进行验收。

（5）现场吊装人员、起重工、塔吊司机、塔吊指挥工等特殊工种必须经过专业培训并取得特种作业许可证。

（6）吊装作业经常检查吊绳、吊具，吊绳断丝时应及时更换。

6 结语

该项目屋面螺栓球网架结构为曲面线性，施工精度要求非常高。网架总重170 余吨，杆件3200 根，螺栓球841 个，结构形式复杂。通过对施工重难点的分析，选择采用高空散装法施工（起步基本单元分片吊装法）。经过合理的组织、科学的控制，安全高效地完成了屋面网架安装施工，保证了项目的施工质量、安全、进度，相关经验可为同类工程提供参考。