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大跨度场馆屋盖双层钢网架结构施工质量的控制刘火明

发表时间：2020/6/12 来源：《基层建设》2020年第4期作者：李嘉刘火明蒋丰辜飞郑成龙

[导读] 摘要：随着社会经济高速发展，城市对其自身文化的表达显得尤为重视，各种造型独特的大跨度结构地标建筑应运而生。

        中建八局西南公司四川成都 610041
        摘要：随着社会经济高速发展，城市对其自身文化的表达显得尤为重视，各种造型独特的大跨度结构地标建筑应运而生。其中空间网架结构因其刚度大、自重轻、抗震性好、建设速度快等优点多年来在国内得到快速发展，并大量应用于体育场馆、机场航站楼、大型厂房等建筑中。本文结合工程实例，重点介绍大型场馆钢结构网架屋盖的几处施工质量控制要点。
        关键词：双层网架钢结构加工厚板焊接网架悬拼
        0 引言
        建筑市场不断提高的审美和设计要求，一方面使网架结构得到广泛应用，同时催生了计算机设计行业的快速发展，大量有限元分析软件的诞生和应用使过去只能存在于想象中的建筑设计成为可能；另一方面结构设计逐渐倾向复杂化，造型多为不规则空间结构，层高、跨度越做越大，对施工质量的把控工作提出了严峻的挑战。
        目前建筑业的空间网架结构设计以三角锥体系和四角锥体系为主。经过市场的多年发展及对两种结构体系工艺和施工方法的深入研究，工程师们已逐渐掌握一套网架质量控制的理论。又因网架节点单一，杆件长短、壁厚多变，可组成的结构形状复杂，施工单位在实际操作中仍然暴露出一些值得探究的问题。下文将结合工程实例，从加工、拼装和焊接三方面对焊接球四角锥网架结构的质量控制进行探讨，期望对类似项目建设的质量控制管理提供一些思路。
        1 工程概况
        成都市凤凰山体育中心体育馆项目属于特大型甲级体育馆，位于城北凤凰山公园旁，屋盖设计为椭圆形，采用双层钢网架结构，长宽约183m×153m。网架采用正方四角锥结构，跨中最大高度约10m，支座处最大高度约7m，通过铸钢抗震支座支承于体育馆周边的顶层看台柱和柱顶环梁上。网架构件采用圆形钢管，节点均采用焊接球节点，支座形式有单向可滑移抗震弹性支座和双向可滑移抗震弹性支座，均沿环梁切向和法向布置。根据建筑结构构造和现场施工环境，网架沿南北向分为七块，中间五块采用地面小拼单元组装，中拼单元预
        拼装后吊至临时高空拼装平台焊接为整体然后滑移的施工方法；南、北剩余两块网架为悬挑结构，采用吊装方式安装。

        图1椭圆形屋盖网架结构图
        2 构件工厂加工尺寸控制
        本项目杆件和球径都比较大，咬合面积大，嵌合较深，杆件拼装容错率小等特点，对构件加工精度提出了较高要求。
        2.1构件加工质量对拼装精度控制的影响分析
        焊接球节点形式为焊接球（A）与圆管弦杆（a）端头的相贯连接，曲面型契合面的存在决定了杆件轴心与球心连线只存在“唯一角”，这个角度应该是180°，而不存在偏心角度的情况。当因加工质量缺陷导致圆管弦杆端头切面与弦杆轴线不垂直或杆件长度有偏差时，“唯一角”将＜180°。也因为“唯一角”的存在，与焊接球（A）相邻的焊接球（B）的位置将发生偏移，从而导致后续的整个网架偏差和结构变形产生。

        图2节点安装偏差示意
        2.2构件加工精度控制措施
        （1）采用钢结构专用深化软件，细化节点设计，给车间工人做好技术交底，确定焊接和制作标准。
        （2）车间加工的铆工、焊工等班组实行自检、互检、专检三检制，增加工人工艺技术培训和竞赛，提高质量控制意识。
        （3）严格落实构件出厂、进场验收制度，有问题提前发现返工重做，杜绝边施工边更改甚至不更改构件的情况。
        3 现场拼装精度控制
        本项目现场拼装质量控制点主要存在于以下三个施工过程中：
        3.1小拼单元拼装精度控制
        网架的拼装测量定位通过全站仪全程监测，保证节点球中心的三维坐标与设计值坐标一致来实现。
        (1) 采用“地样法”在结构安装区进行下弦球节点安装初步定位放样，记录各点位标高，组装临时胎架。
        (2) 吊装下弦球至就位胎架，通过特制钢托盘安放于焊接球顶并调平，确保其中心点与焊接球心在同一条垂直线上。然后采用小棱镜配合测量，控制焊接球安装精度，并点焊临时固定。
        (3) 安装下弦杆，再次校核下弦球节点定位无误后，开始进行四角锥体安装→定位上弦球→安装上弦杆。拼装过程中，每个焊接球节点均需从平面位置及标高等方面进行严格控制，保证网架小拼单元整体精度。
        (4) 上弦球拼装复合发现误差后，应在相邻节点进行补差调节，避免连续积累误差。

        3.2南北侧悬挑段吊装拼装控制
        南北侧悬挑段焊接球间距最大达9m，杆件直径设计大，平均重量约1吨，吊装过程中部分杆件处于悬挑状态，在重力下产生不小的下坠弯曲。由于咬合面的存在，悬挑段在先定位焊接球空间位置后，无法将处于下坠状态中的杆件抬起并嵌合到正确位置。又因作业面不满足，安装队无法像在地面和拼装平台上一样通过搭设临时支撑架配合手拉葫芦或者多台汽车吊在拼装前将下坠弦杆提起来。
        控制措施：（1）在地面进行预拼装时，在焊接球上对预拼杆件端面最低位置处做好标记，并焊接一块定位钢板。（2）在悬挑段网架吊装时，先提高南北侧吊装网架整体标高，配合手拉葫芦锁定网架转向。（3）缓缓下降网架，使下坠弦杆落于临时焊接的定位钢板上，然后继续下降调整焊接球落于设计三维坐标位置，点焊临时固定。（4）略微向上抬起悬挑端网架1-2cm，开始焊接工作。

        图4定位钢板与悬挑杆下坠示意
        网架弦杆壁厚最大达到30mm，焊接球壁厚最大达40mm，容易产生层状撕裂和较大的焊接收缩变形；同时网架弦杆规格尺寸大，节点处多根构件密集连接，存在许多相贯和隐蔽焊缝，给焊接作业带来难度。
        控制措施：（1）针对厚板焊接首次采用的焊接工艺方法严格按照《钢结构焊接规范》（GB50661）进行焊接工艺评定。（2）多道焊缝衔接前采用锤击、超声冲击、打渣等方法释放部分集中应力。（3）对不连续的厚板定位焊，提高预加热温度，加大定位焊缝长度和焊脚尺寸。（4）焊缝层道间增加监测，发现问题，及时处理，提高焊接效率。（5）焊接完成后对焊缝100mm范围内的局部母材进行加热达到200～300℃，然后用石棉铺盖进行保温。（6）杆件端头与焊接球间隙过大时严禁直接焊接，增加焊缝宽度，应当至端头1m处截断杆件，进行补杆。（7）深化作业时在网架平面布置图上对每个节点焊缝条数和隐蔽数量进行标记，现场焊接检测时对照布置图核对，避免漏焊、漏检。（8）杆件应在无约束条件下拼装、焊接，球、杆契合面处可预留2-3mm余量，对冲焊缝收缩变形。
        4结论
        通过对建筑结构特征及施工现场环境进行分析，采取有针对性的施工方法和工艺，对可能出现
        质量问题的控制点采取合理的措施来规避，项目在守住工期的同时，保证了施工质量，同时节约了工程成本，为类似大跨度体育场馆提供了宝贵的建设经验。
        参考文献：
        [1]张敏.郭俊梅.不规则焊接球网架结构安装质量控制要点.[J].中国科技期刊数据库工业A，2016，20-0077-01
        [2]王寿煌.浅析螺栓球网架质量通病及防治[J].江西建材，2017，17.