大跨度钢结构网架安装技术应用

王灿, 彭睿, 龚浪, 李春燕

[摘要]为了研究大跨度钢结构网架快速安装的应用，以惠州北站钢结构网架工程为研究背景，简要介绍了整体结构及屋盖网架结构。分析了工程的重点难点并提出了解决措施。重点论述了钢结构安装施工工艺技术，确定了站房钢结构安装总体思路和站房钢结构安装整体流程，包括网架拼装以及网架拼装焊接要点的介绍。总结得出对于大跨度钢结构网架采取分块安装及吊装的方法在实际工程中是切实可行的。

[关键词]网架结构； 网架拼装； 分块安装； 焊接

[中国分类号]TU758.15               [文献标志码]B

0引言

钢结构网架覆盖跨度大，网架结构是高次超静定结构，三向空间受力［1-2］，多数构件可以预制，经济性较优且发展迅速，因而在大跨度空间结构中得到广泛应用。大跨度网架结构施工方法各异，其施工阶段结构内力分布多样，能否满足设计要求是重点关注内容之一［3］。钢网架结构安装直接关系到钢网架结构的稳定性、承载效果和使用寿命，如何实现大跨度钢结构网架安全、快速安装是目前施工方面的热点问题。本文以惠州北站钢结构网架分块安装为例，深入探讨了大跨度钢结构网架的安装工艺技术。

1工程概况

1.1结构概况

新建赣深铁路惠州北站站房平面尺寸为303 m×204 m，建筑面积为49 998 m2。主体结构采用钢筋混凝土框架结构，屋盖采用整体钢网架和局部钢桁架结构体系并且屋盖两端各含有一个斗拱结构，无柱雨棚为钢框架结构体系。地上2层，地下2层，局部设置钢框架夹层，车站建筑高度33.600 m（建筑室外地面至屋面最高处高度）。混凝土结构最大跨度约24 m，钢结构最大跨度约54 m，屋盖最大结构顶标高为+36.650 m。站房钢结构包括屋盖网架和高架夹层钢结构，共约6 800 t。

1.2屋盖网架结构

屋面为三维曲面造型，采用四角锥网架结构，局部含有钢桁架结构。节点主要采用焊接球节点，网架覆盖面积47 250 m2，平面投影最大尺寸为205 m×288 m，最大跨度约54 m。两侧悬挑长约19.6 m。钢网架支撑在混凝土柱上，采用球型抗拉支座，网架所有杆件均为圆钢管，材质为Q355B。屋面设马道、檩托及檩条结构。

屋盖两端设斗拱结构，通过焊接箱型截面梁与屋盖结构相连，下部通过400×20 mm的方钢管与混凝土连接。斗拱底梁为弧形箱型梁，斗拱钢结构材质均采用Q355B。

2工程重点难点分析及解决措施

2.1工程重点、难点分析

2.1.1支座安装与预埋件定位

屋盖钢网架在结构四周设置支座，网架跨度大，支座安装的精确度会影响钢结构安装质量。与支座相连接的预埋件设置在混凝土柱顶或混凝土牛腿之上，若处理不好支座与预埋件及整个混凝土支承柱直径的关系，将对整个工程的质量产生很大影响。

2.1.2站房钢结构屋盖网架安装

惠州北站采用大跨度、多维度四角锥焊接球型网架结构。施工采用分块安装、吊装和提升的方式，杆件主要受轴向力，截面相对较小，安装过程中易产生结构位移、挠度、局部焊接应力大等情况。构件种类繁多。作业环境复杂多变，安装难度高，网架分块安装、吊装技术及网架提升技术是重难点。

2.1.3现场施工测量

空间钢网架结构各节点均有不同的空间坐标，结构跨度大，控制点繁多；各部分的施工工序精度会影响下道工序的安装精度，因此必须通过科学的测量控制手段来保证施工精度，是本工程钢结构安装的重点。

2.2工程重点、难点的解决措施

2.2.1支座安装与预埋件定位控制措施

2.2.1.1柱顶支座安装

（1）根据标高控制点及坐标轴线的位置，在预埋件上画出支座的交叉线，安装时支座的表面中心线与交叉线对齐，复核支座上表面中心点坐标，将支座点焊在预埋件上。

（2）橡胶支座与预埋件之间采用四周围焊的方法连接，为控制焊接变形，对称布置焊接点，分段焊接。

（3）在预制厂将下弦球支座节点焊接成整体。安放时对齐中心线，复核下弦球中心的坐標，保证下弦球支座的位置准确，测量合格后焊在橡胶支座上。

2.2.1.2边支座的安装

严控过渡板的安装，保证过渡板上螺栓群中心线与预埋件上的十字交叉线对齐，其他安装步骤与柱顶支座安装类似。

2.2.2站房钢结构屋盖网架安装控制措施

（1）深化设计质量。在深化设计阶段，确定合理分段长度，同时控制好分段节点的选择。根据设计图纸，利用Tekla绘图软件对钢结构主要构件进行模拟放样，优化加工工艺，采用数字化技术一次成型，保证加工精度；结合BIM、Revit对安装施工进行模拟演练［5］。

（2）钢结构拼装场地硬化平整，控制拼装胎架尺寸及标高，拼装时作好预起拱，同时确定拼装及焊接顺序，控制拼装精度。

（3）吊装时，按网架分块最大重量选用合适的大型履带吊。吊装时选用合适的格构式临时支撑；为保证楼板受力，与混凝土楼板连接处采用转换梁，使荷载作用于梁柱结构上；支撑用缆风绳稳定，上端采用可调定位模板调整网架标高。

2.2.3现场施工测量控制措施

（1）分别采用高精度全站仪和电子水准仪建立平面控制基准网和高程控制基准网。竖向传递分别采用激光准直仪和全站仪。最后用电子水准仪校核［4］。

（2）在钢柱间预留补偿量以消除累积误差。实测数据在使用前加上预变形值，并根据实时监测数据及时调整其值。

3钢结构安装施工工艺技术

3.1站房钢结构安装总体思路

屋盖钢结构网架采用中间提升+两侧分块吊装的方式现场安装，斗拱和夹层钢结构分别采用提升和吊装的方式现场安装。屋盖网架分区分块如图1所示。

3.1.1吊装区网架安装

根据土建主体结构施工进度，网架杆件和网架球提前进场分块拼装。待混凝土柱施工至柱顶且强度达到要求后，2台260 t履带吊进场在东西两侧同时吊装。网架分块悬挑端采用临时支撑，待提升区网架提升完毕、嵌补安装后卸载，拆除临时支撑，完成吊装区网架安装。履带吊通道布置在无柱雨棚外侧，东、西侧设置在A-I轴之间，该处的站台墙需暂缓施工。

3.1.2提升区网架及斗拱安装

土建候车层楼板浇筑完成，混凝土强度达到要求后，25 t汽车吊在楼面上拼装提升区网架，拼装完成后分区提升到位。提升顺序为从正线向南北两侧。安装嵌补，卸载后拆除提升支架和临时支撑，完成安装。

网架提升完成后，用50 t和25 t汽车吊在候车层楼面上拼装南北两侧斗拱钢结构，拼装完成后，整体提升到位。安装嵌补，卸载后拆除提升支架和临时支撑，完成安装。

3.2网架拼装

包括吊装区网架地面分块拼装和提升区网架的楼面原位拼装。网架拼裝均使用25 t汽车吊拼装。网架拼装时先将下弦球节点定位完成，然后从分块中间向四周扩散拼装。待整块网架拼装焊接完成后测量，合格后进行下道工序。

（1）放线并进行验线，做好下弦节点定位装置的安装，在此基础上完成下弦杆和下弦球节点的定位。根据各杆件在坐标轴上的投影，画出焊接球的定位线、上下弦杆和腹杆中线［5］。

（2）继续拼装下弦球节点及下弦杆。胎架高度较高时需加斜撑固定，设立胎架模板确保上口水平度符合要求，误差不应大于1 mm，胎架使用前验收合格。

（3）拼装上弦球节点和腹杆。网架分块拼装时，先吊上球节点进行定位，然后拼装下弦杆、腹杆、上弦杆，拼装完成后从中间向两侧焊接球节点。

（4）继续拼装上弦球节点和腹杆。在各临时支点未拆除前调节好上下弦网格对角线及尺寸、纵横向长度、网格矢高［6］。

（5）按照上述方法，安装下一个单元的下弦杆腹杆及其节点，完成后拼装2个单元件上弦杆件。拼装过程中若支点发生下沉及时加固。

（6）按照上述步骤，进行下一个单元杆件的拼装。网架向外扩散拼装时按照球节点的连接分别定位，焊接球定位考虑平面位置及标高。

（7）按照上述步骤，继续向外扩散拼装。

（8）拼装完成，整体检测、验收。完成后采用全站仪整体检测网架分块的整体尺寸、节间距及焊接球节点的焊接质量。

3.3网架拼装焊接要点

3.3.1相贯线焊接控制

（1）钢管与焊接球的焊接以及钢管与铸钢节点的焊接采用相贯线焊缝，二氧化碳气体药芯保护焊焊接方式［7］。

（2）组装。组装前坡口内外壁应进行除锈与除污处理；组装时要防止圆率破坏。按I级组装质量标准控制。

（3）返检和预留收缩量的修正。焊接前，检查纵向、同心度等，要保证起重机布置在接头左右两侧距离大于1.5 m处，构件距离管口上部1.5～2 mm，或采用火焰加热进行校正［8］。

（4）焊后清洗与检验。相贯线焊缝焊接后应去除焊渣，并用格栅尺等进行几何尺寸校核，保证无气孔、焊瘤等缺陷。

3.3.2拼装时的焊接顺序

正式焊接前超声波检测预先焊接构件的焊缝，根据结果制定适合的焊接工艺规范。按照从中间节点向两端节点展开的焊接顺序焊接，尽量采用二氧化碳焊接，减少焊接变形，避免焊接收缩累积到一端而产生误差［9］。

3.4站房钢结构安装整体流程

（1）25 t汽车吊在高架层楼面上拼装网架提升分块1。

（2）网架提升分块1拼装完成后进行提升；25 t汽车吊在高架层楼面上继续拼装网架提升分块2、分块3。

（3）网架提升分块2、分块3拼装完成后进行提升；25 t汽车吊在候车层楼面上继续拼装网架提升分块4、分块5。

（4）布置履带吊通道，高跨无柱雨棚安装完成后，260 t履带吊安装东西两侧吊装区网架。

（5）网架提升分块4、分块5拼装；25 t汽车吊在候车层楼面上吊装提升分块1下方夹层；260 t履带吊安装北吊装区网架。安装嵌补后拆除东西吊装区临时支撑。

（6）网架提升分块4、分块5提升；25 t汽车吊吊装提升分块2、分块3下方夹层；260 t履带吊安装南吊装区网架。安装嵌补后拆除北吊装区临时支撑。

（7）50 t汽车吊在楼面拼装南北斗拱；25 t汽车吊南北两侧夹层；嵌补安装完成后拆除南吊装区临时支撑。

（8）南北斗拱拼装完成后提升。

（9）嵌补安装，拆除提升架，完成安装。

4结束语

本文以惠州北站工程为例，围绕大跨度钢结构网架的安装技术进行探讨。

（1）由中心向四周扩散进行网架拼装可以扩大工作面，有效的提高拼装效率，减少施工的时间。

（2）采用相贯线焊接可以降低技术要求及成本、提高工作的效率、稳定焊接质量，保证其均匀性，进而保证整体结构安全性。

研究结果表明钢结构网架结构分块安装和分块吊装技术经济快速，在本工程的应用中取得了良好的效果，可为类似大跨度钢结构网架安装提供借鉴。

参考文献

［1］邵力群，黄振民，余志祥.目前网架支座及支承框架设计存在的几个问题［J］.四川建筑，2009，29（3）：98-99+101.

［2］张玉萍，温欣.我国空间网架结构应用发展分析［J］.山西建筑，2010，36（19）：70-71.

［3］陈冬冬.大跨度网架结构整体提升技术研究与应用［D］.重庆： 重庆大学，2010.

［4］任杰强，黄立沙，巫明杰.梅溪湖国际文化艺术中心艺术馆异形钢结构施工技术［J］.工程建设与设计，2016（14）：109-111.

［5］刘志强.大型焊接球网架屋盖同步滑移控制与选型［J］.低温建筑技术，2018，40（1）：99-102.

［6］黄健昌.对惠北站房钢网架施工技术及控制措施的探讨［J］.四川建材，2007（6）：143-144+147.

［7］郭余根.钢结构大间隙焊缝焊接施工研究［J］.四川建筑，2014，34（1）：179-181.

［8］崔嵬，马文韧，张伟.国家体育馆钢结构屋盖焊接工程施工技术（上）［J］.焊接技术，2012，41（11）：68-73.

［9］徐健.中国药科大学钢屋盖施工技术［J］.四川建材，2010，36（6）：95-9.