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摘要：随着城市化的进程不断发展，人们对建筑外立面的要求日趋新颖和独特，钢结构球形网架因其工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点正越来越受到市场的青睐。但球形网架在有诸多优点的同时，具有加工和安装精度高、对人员专业化技术水平要求高、安装复杂、对施工工艺和工序要求高的特点。长沙德思勤城市广场溜冰场球形穹顶曲面网壳采用空间悬挑安装施工工艺，该工艺具有施工工期短、质量可靠且便于过程检查与控制、对预拼装场地要求面积极小等突出优点，特别适用于工期要求高、施工场地小、对外立面装饰效果要求高的城市综合体项目的球形钢结构网架的安装施工。
关键词：钢结构；球形网壳；曲面穹顶；施工技术；施工方法；技术优势；应用效果
一、工艺运用的实体工程概况
德思勤城市广场B3栋球形钢结构屋顶工程包括B3栋球体一～六层外部网壳结构，球形网壳结构造型独特、设计美观，网壳采用鼓式节点，并且数量较多达约1223个，网壳杆件采用矩形方管与鼓式节点刚性连接，球形网壳有三层与砼混凝土柱墩为铰接连接，第五层为环形钢梁平台，第六层钢平台上球形网壳采用Y支撑在钢平台梁上，支座形式采用固定球形铰支座。建筑结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，设防烈度6度，支承条件为上弦多点支承。
二、准备措施
1、球形壳体构的工厂加工制作、运输和现场安装施工分阶段进行，即按照现场总体施工计划分段进行鼓节点及杆件加工制作、运输和安装。
2、鼓节点及杆件进场时，所有支承球体节点结构埋件等必须符合相关规范及设计要求。
3、球形壳体杆件进场前，应事先复测柱顶标高和纵、横向平面轴线尺寸。
4、壳体钢构件的验收和堆放：壳体钢构件进场后，首先进行验收，现场构件验收主要是焊缝质量、构件外观和尺寸检查及制作资料的验收和交接，构件加工质量控制重点在壳体钢结构制作厂。
5、外排施工脚手架搭设并验收完成，外排施工脚手架采用钢管和扣件搭设，搭设高度为壳体下弦轴线下25cm。
6、针对球形壳体节点多、现场安装杆件数量较多，空间节点及高空焊接量大。为保证钢结构安装能够高质、高效、保安全地完成，考虑选用现场现有塔吊布局，选用一台塔吊作为球型壳体主要钢结构吊装设备，并配备1台25吨汽车吊作为现场拼装及缷钢构件；按照本工程结构特点及现场平面布置，整个现场划分为安装区域和构件材料堆放及构件拼装施工区区域。
三、主要安装工艺和流程
本工程中的钢结构主要包括：箱型梁、矩形管、圆管及圆管管连接件等结构形式。矩形管、圆管重量较小，根据施工要求和现场机械布置，综合考虑后选用施工现场现有塔吊2台和配备25t汽车吊1台作为各个区域的结构单元高空安装以及临时性构件卸车和地面组装使用，对于超大及较重构件将依据吊机起吊重量进行分节制作安装。
1、具体安装方法
球形壳体在现场拼装时，从最低处与混疑土支座节点连接层（第二层平台）开始，向高处逐排进行拼装。在每一排平面，由中部向两端拼装，直到支座节点为止。确定鼓节点的空间位置时，先根据节点的平面坐标放置可调式支承台座，然后通过调节与该节点相交点的两根杆件长度和支承台座的高度来确定焊接球节点的准确空间位置。连接时必须保证杆的端面与球面完全吻合，使杆件轴线通过球心。将杆件圆周进行三点均布点焊，点焊长度为20mm，焊透焊牢，形成一个空间三角形。以相同的方法，逐排向上和向左右延伸，形成由一个个空间三角形组成的穹顶网壳曲面，见图1。
网壳拼装时应特别注意的是，鼓与杆件点焊之后，必须复测鼓与鼓之间的中心距离与杆件长度是否与理论计算值一致，若有误差应及时加以调整，以免造成网壳初始缺陷。另外，测量焊接鼓节点时应考虑焊接完倒链卸载和焊接收缩量的因素，可在每个节点设计标高的基础上增加5～10mm。测量标尺放在鼓球面顶部，每一鼓球的测量点应一致。
网壳逐排拼完后，再用水准仪和经纬仪配合进行复测并矫正。如有积累误差，可在每排的边界杆件中逐步消除，使整个网壳的几何尺寸满足设计要求。
2、球形网壳高空组装：
1）第一层（第二层平台）鼓节点及杆件安装：根据事先标记在埋件顶面的标线放置第一层鼓节点及杆件，调整鼓节点标高、轴线及该层鼓节点圆周直径后，点焊固定。
2）倒“V”型小拼单元的安装：将在地面拼装好的小拼单元，按编号类形吊装至设计鼓位置，调整倒“V”型小拼单元球节点的平面投影坐标及标高，对位置不正、角度不正的应先矫正，矫正合格后方可以点焊固定。每一小拼单元就位的同时将该单元与前单元的水平杆装上，然后才可点焊固定。每一小拼单元安装就位后用N个倒链进行加固，待整个拼装单元焊接完、质量符合要求方可进行下一单元安装。
3）每一层杆件与鼓节点的拼装应从一点开始沿两边循序进行，最后交汇合拢。应注意控制累积误差，一般壳体网格以负公差为宜。每一层小拼单元及水平杆拼完后，应最后进行本层鼓节点标高及平面圆周直径的测量并调整正确后，方可大面积施焊。鼓节点标高调整可适量拉开杆件与鼓之间的缝隙或适当裁去杆件的长度加以调整。
4）按照上述顺序从低至高一层一层往上装，直至合拢。每一层必需全部焊接牢固后才可进行下一层的安装。
第二层R半径：1弦R=19880;2弦（与预埋钢板连接）R=20232；3弦=20553
3、具体施工流程：制作——安装
1）制作：a、上场前熟悉施工图纸，技术交底；b、制作（网壳分片制作：利于车辆倒运、现场吊装安装）考虑预埋件误差，直径299*16的L5圆管长度留有余量20—50mm；模具制作控制网壳曲率符合安装尺寸。本网壳从下至上，与楼面平行的网壳外围弧形梁共26道，我们称之为共26弦。
制作工序：
第一片制作（制作1弦R=19880，S=17249圆弧；制作3弦R=20553，S=19788圆弧；制作2弦R=20232，S=17249圆弧；1弦-2弦H=1346 2弦-3弦H=1357 1弦—3弦总H=2704）
第二片制作（4弦R=20831 S=21048；5弦R=21066 S=22280；6弦R=21249 S=23489；2—4H=1374 2---3H=1382）
依据图纸尺寸首先制作弦，然后胎具定位，复查尺寸是否符合设计要求，然后制作交叉网格，安装与定位好的弦上，点焊定位，然后复查总体尺寸，符合设计要求后加固防止变形，焊接节点。其余23弦根据半径，高度变化胎具做适当调整，达到图纸设计要求。
考虑倒运超长，待制作完毕后分成2片，做好标记。
2）安装：首先安装：1弦-2弦-3弦，然后安装4-5-6，然后连接3-4弦斜支撑；7弦至26弦同上。
吊装：第一天、第二天安装1、2、3弦网架；第3、4天安装4、5、6弦；第五天连接3、4弦铰支撑，同时安装7、8、9弦网架；第6、7天继续安装7、8、9弦；第8、9天安装10、11、12弦网架；第10天连接6、7弦斜铰支撑。其余13至26弦同上安装。
四、结论
成功将球形穹顶顶面曲面网壳空间分段悬挑安装施工工艺用于本工程施工后，施工方便，速度快，质量可靠，满足工程场地限制和开业节点要求，具有显著的市场和经济效益。
参考文献
[1]《钢结构设计规范》GB50017-2003.
[2]《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001.
[3]尹德钰.网壳结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社.1996.
论文作者:李洪元,从乐
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/1
标签：节点论文; 球形论文; 壳体论文; 钢结构论文; 单元论文; 点焊论文; 标高论文; 《基层建设》2017年第21期论文;