大跨度球形网架钢结构安装施工技术

大跨度球形网架钢结构安装施工技术

徐攀1龚俊1倪凯2胡炎海1

1.中国一冶集团有限公司武汉430000；2.深圳市鲁班建设监理有限公司深圳518040

摘要：大跨度球形网架结构施工中，充分利用球面穹顶的几何特性，整个场馆内采用搭设十字型脚手架高空散装的方法，这最大限度地减少了脚手架用量并确保了工程质量和安全生产，同时也充分的利用了散装法的特点，也对工程技术的发展起了极大的促进作用，为后续同类工程施工奠定了基础，提供了参考经验。

关键词：大跨度；球形网架结构；十字型脚手架；散装法

1引言

随着国民经济的快速发展以及人民生活水平的日益提高，各种形式各异、功能多样的体育场馆如春笋般的拔地而起。在建筑行业的快速发展，许多大跨度、大空间建筑如体育馆、大型工业厂房等不断涌现。而空间曲面网架结构由于具有结构合理、受力均匀、整体重量轻、外观时尚、内部空间大等优点，被越来越多的应用于各类体育场馆的建筑设计中。

2工程概况

某体育中心比赛馆与训练馆网架钢结构工程，由比赛馆、训练馆、游泳馆三大场馆组成，场馆最高建筑高度28.778m。比赛馆主结构采用空间钢网架结构，整体网架形态呈自由曲面状。基本形式为下弦多点支撑四角锥网壳，47个双向位移球铰弹簧支座与八边型钢筋混凝土框架柱顶部紧密相连。整个场馆网架结构安装采取搭设脚手架空中散装方法进行安装。

3工程重点及难点

3.1规模大、尺度大

网架屋盖结构由上弦杆、下弦杆、腹杆三部分组成，上、下弦杆网格最大为4.5mx4.3m，上下弦腹杆高度在2.5m～3.0m，网架整体跨度为115mx215m。

3.2杆件及螺栓球加工精度要求高

加工的杆件精度控制要求高，精度控制在±0.25mm内，螺栓球的机加工要求水平孔同心度D0.05mm，各螺纹孔断面与轴线垂直度（半径方向上）均为0.1mm，各螺纹孔精度为三级。

3.3结构形式复杂

由于网架建筑外形无序编织的“凌乱”性，构件相交形成的节点形成十分复杂，在同一结构中每一个节点均不同。

3.4安装精度控制难

由于施工过程中结构本身因自重和温度变化均会产生变形，安装精度极难控制，施工难度大。施工时提前考虑好如何对安装误差进行调整和消除，以保证整体造型和施工质量。

4主要施工技术

4.1施工工艺流程

图3.1-1球型网架钢结构施工工艺流程图

4.2对空间网格结构进行模拟分析

在充分考虑不利工况的条件下，分析出屋面网壳支座反力标准值、屋面网壳下弦内力设计值、屋面网壳上弦内力设计值、屋面网壳腹杆内力设计值，评估施工方案的安全性。

4.3对构件进行深化设计以及实时调整

运用AUTOCAD、PRO-E软件进行网架的各个构件深化设计，根据实际情况和观测到的空间坐标及时发现施工与设计偏差。

4.4利用全站仪对网架构件进行放样

利用全站仪分别对网架杆件、螺栓球、支座及摇摆柱等进行放样。

4.5网架起头跨搭设十字型脚手架及支撑平台

比赛馆网架根据大跨度网架拼装难度大、技术要求高等特点，在体育馆场馆内搭设起头跨十字型脚手架及支撑平台，脚手架搭设为场馆中间：南北搭设支座到支座，东西搭设支座到支座；尺寸为68×72m。在此范围内脚手架搭设为满堂。网架下弦支座标高为16m—23m不等，脚手架搭设高度以网架下弦曲线高度17m—24m不等。平台搭设标高15.5m-22.5m，脚手架立杆纵横间距1600mm，步距1300mm。

4.6网架安装

网架主体结构的安装顺序遵循对称同步、尽早形成安装区域局部稳定的原则，总体上分为7个区域。安装顺序首先搭设十字型脚手架和弹簧支座安装，再进行1区起头跨的安装，然后同时安装2区、3区，最后分别安装4区、5区、6区、7区。安装4区、5区、6区、7区区域再逐个安装摇摆柱。

4.6.1起头跨安装

先将1区网架由西往东方向进行安装，然后在安装2区、3区，安装2区和3区必须同时进行安装，保持南北向整体受力平衡。利用现有2台塔吊把4区、5区、6区、7区的中心区域吊装完，然后拆除塔吊，将4区、5区、6区、7区4个区域的边缘段用4台25t汽车吊同时进行吊装，直到全部吊装完。

4.6.2整体卸载

比赛馆脚手架东西宽12m，东西长68m，南北宽12m，长72m，搭设最大高度23米，网架下弦球设计标高控线与承重脚手架平台预留500mm千斤顶调节距离（分三次控制卸载网架挠度）。

网架卸载需分三阶段三步骤，第一阶段第一步控制网架挠度最大的中间位置，螺旋千斤顶放置网架下弦球，下调节螺旋千斤支撑高度20mm（卡尺测量），利用全站仪精确测量该下弦球坐标比较控制参数值，使坐标值在控范围内，第一阶段第二、三步网架分次分步卸载布置，使用相同的方法，下调螺旋千斤顶到预控值，比较分析得出结论。

4.6.3安装主檩条

（1）进行檩条的安装，首要对网架支托进行调整，保证纵横成线，且保证支托表面在一个面上。

（2）对材料的尺寸、数量、外观质量进行检查，保证施工需要。

（3）檩条布置，为焊接在支托上面的，布置檩条要保证其平直度和焊接强度。

（4）在檩条布置过程中，或施工完后必须进行检查，验收。

4.6.4安装次檩条

进行次檩条的安装，首先要按设计要求在主檩上面找出次檩中心点的位置，以中心点的位置为圆心以1300mm等距离为半径划圆，一圈一圈依次划出次檩条安装线段，按线段进行组对檩板并焊接。

4.6.5屋面板安装

安装屋面板之前必须对主檩次檩进行全面检查，检查焊缝有无漏焊，检查油漆有没有漏刷。

4.6.6整体验收

屋面板安装完毕后读取各个屋盖体系安装完毕后先由进行自检，自检合格后请按照相应验收标准进行整体验收。

5结束语

整个场馆网架结构安装采取搭设脚手架空中散装方法进行安装。网架钢结构是一种施加预应力的空间钢结构，具有可充分利用钢材强度潜力、改善结构受力状态、节约钢材、提高结构刚度和稳定性等优点。由于钢结构具有自重轻、强度高等优点，因此在大跨度结构的实际工程应用中，以钢材为材料的钢结构形式得到高速发展和广泛应用。在今后施工过程中充分利用计算机技术，对一个复杂的空间双曲结构进行模拟，并进行定位放线等技术支持，才能实现预期的建筑效果。

参考文献：

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[2]范应中.大跨度空间钢结构施工技术与施工质量问题探索[J].建材与装饰，2017（2）.

[3]张小波.现代大跨度空间钢结构施工技术[J].中小企业管理与科技旬刊，2017（23）：68.

[4]彭兆英，赵伟.现代大跨度空间钢结构施工技术[J].信息化建设，2016（5）.