曲面球形網架施工工藝及技術分析

李青山

(山西省第三建筑工程公司，山西長治 046000)

0 引言

曲面球形網架是一種屋蓋承重結構，是多次超靜定空間結構的一類。這種網架結構與一般平面架結構相比，改變了受力狀態，能承受來自各方的荷載，具有較強的抗震性能，是目前我國大多數建筑中廣泛使用的一種結構。但是由于諸多因素的影響，給曲面球形網架施工帶來了一定的困難。為確保該結構施工質量安全，本文就曲面球形網架施工工藝與技術進行了研究分析，闡述了該網架結構的優點，從而為類似工程施工提供了有利依據。

1 曲面球形網架結構的優點

1)曲面球形網架結構屬于高次超靜定結構體系，屋面整體剛度受力明確、均勻，在柱距變化時傳力環節較少，有利于協調柱距變化后受力不均衡現象。

2)根據對網架結構空間受力分析，可知各桿件材料力學性能得到了充分的利用，相對平面桁架支撐而言，其受力更加科學合理，生產耗費鋼材料較小。

3)在建筑工程施工中采用曲面球形網架結構，有效地降低了空間高度，使得建筑造型具有一定的視覺美觀效果。網架屋面減輕了結構自重，使得屋蓋輕巧，降低了倉庫高度。

4)該網架結構抗震性能好，施工工期較短，往往只需要安裝小型機械即可。網架結構桿件規格、類型、節點種類較少，決定了該結構的簡單性。

5)由于常規屋面體系為平面受力體系，平面外剛度和穩定往往需要復雜的支撐體系來保證，這就使得桿件強度無法得到充分的發揮，導致耗鋼量十分大。再加上平面鋼桁架桿件類型、規格、節點種類繁多，結構受力線路長，節點連接部分容易受到集中的應力，難以確保良好的抗震性能。且鋼桁架和屋面板自重較大，吊裝作業一般需要大型機械。在這樣的環境下，曲面球形網架結構打破了種種限制與困難，在建筑施工中得到了廣泛的應用。

2 曲面球形網架施工工藝及技術分析

1)安裝方法。

根據建筑實際球形網架結構形式，將其拆分為每跨的單元形式，這就使得安裝施工選擇的方法較多。比如可以先在地面組合開始第一跨，等到第一跨安裝完成后，直接在空中展開后續部分的組合;另外也可以先進行間隔兩跨的安裝，然后在兩跨間進行空中補跨，依次進行施工。

2)安裝前準備。

曲面球形網架在組合安裝前，需要放線測量相關的位置，如網架結構支座定位軸線、水平度、標高以及支座錨固位置等，采用水準儀、鋼尺以及經緯儀進行實際測量。通常情況下需要對原支撐結構檢查后方可進行安裝，并且安裝需求必須滿足國家相關標準和設計要求。由于桿件內力和節點變形是支座節點在一定約束條件下進行計算的，這就使得支承墊塊的規格、類型、擺放位置以及朝向都必須滿足相關設計要求。比如支座點的位置和朝向分布有周邊支承、點支承、兩邊支撐兩邊開口等，如果支座點位置和朝向改變勢必會引起支承點分布的改變，對網架結構邊界條件產生影響。

3)網架的拼裝。

采用散裝法進行網架的拼裝，能大大的縮短施工工期。其具體方法是:把網架中間起拱部分下弦中心部位作為基本的拼裝單元，將下弦中心橢圓上的五個節點保持在同一水平面上，其對角偏差保持在±3 mm以下。然后點焊固定組裝上腹桿上弦，以此作為基本單元，向四周對稱散裝。在每圈節點球拼裝后，需要利用三維坐標進行復核校正，采用水平儀測量Z向坐標，用吊錘將橢圓中心和待測節點中心垂直投影到地面，測量X和Y軸坐標，在此過程中需要嚴格控制誤差，確保網架成型規矩。如果出現較大錯誤需要及時的糾正，為后期散裝法提供有利的施工條件。拼裝網架下弦球節點處需要設置支撐，且高度在300 mm以上，確保仰焊順利完成。支撐的強度一般需要按照網架承載的重量進行計算，要求底部夯實，并墊有木塊。

4)焊接。

a.網架的焊接。

網架焊接是該結構施工中關鍵的工序，必須予以高度的重視。焊接前需要清潔焊口上的鐵銹、雜物，避免油污在焊接電弧作用下生成磷化物，造成焊縫的熱脆性，形成焊縫裂紋。焊接時由于母材打火會增加網架的內部應力，應該避免在母材上打火。如果遇到下雨天氣，且風力大于五級，應該停止焊接施工，主要原因是雨在電弧作用下可能會電解出氧氣和氫氣，氫氣對鋼材具有冷脆性，加上較大的風力導致電焊容易偏弧，造成咬肉。焊接網架時需要遵循從中央到四周、從下到上的順序，管球焊接采用單面焊接雙面成型，多層多道焊接工藝。焊接時需要重視第一層焊縫質量，確保根部熔合好、背面成型整齊。每層焊接完成后需要清潔焊縫表面，認真檢查有無缺陷，避免貼角焊縫出現咬肉現象。

b.焊縫的檢測。

檢測焊縫往往包括外觀檢測和無損檢測兩個部分。外觀檢測是專職檢測質量人員對所有焊縫進行100%的外觀檢測，堅決杜絕裂紋、氣孔、咬肉等現象，用焊縫量檢測焊縫的高度與寬度是否符合要求。無損檢測是采用超聲波對其外觀進行檢測。根據相關規定，對大中跨度鋼管網殼的拉桿與球對接焊縫，抽檢數量不能小于總數的20%，且需要按照相關標準和制度進行檢驗。對內部有超標缺陷的焊縫必須進行返修，每條焊縫只能返修兩次，返修后復檢無誤后方可視為合格。

c.焊縫的返修。

在焊接中經常會遇到焊縫返修的問題，焊縫出現裂紋時不能擅自處理，應該向上級部門上報，技術人員查清原因，制定完善的返修措施后才能進行處理。焊縫缺陷是裂紋時，碳弧氣刨應該在裂紋兩端鉆止裂孔并清除裂紋和兩端50 mm長的焊縫和母材。對于焊縫的修補需要在破口內引弧，熄弧時填滿弧坑。當焊縫長度大于500 mm時，一般采用分段退焊法，并確保焊接的連續性。

d.網架支座的焊接。

網架支座焊接前同樣需要清潔表面的油脂和污垢，除去鐵銹、油漆涂層等，才能進行下道工序。鋼材除銹合格后，油漆應該按照設計要求進行涂刷，第一遍底漆干燥后再進行下一道面漆涂刷，確保涂層厚度達到相關質量與設計要求。表面涂裝施工時和施工后，往往需要對涂裝過的桿件進行保護，避免塵土和其他雜物的污染。制作完成后必須按照相關規范進行驗收，提交相關資料，然后進行切割下料、焊接和噴砂。

5)整體吊裝。

在網架拼裝完成后，需要進行整體吊裝，其具體方法是:在網架的長向南、北兩面設置6個吊點，在吊點相應位置的下弦球下設置一個吊裝架，上面掛一套滑輪組，由滑輪組帶動網架整體上升。每套滑輪組包括一個20 t的定滑輪、一個20 t的動滑輪、一個導向滑輪等。該吊裝方法吊點設置在網架兩端，接近正吊正放，在高空小距離水平位移就位，具有良好的安全性和穩定性。

3 結語

曲面球形網架結構具有成本低、施工周期短、剛度均勻以及建筑造型美觀等優點，在我國大多數建筑工程施工中廣泛應用，大量實踐表明其取得了較大的技術效益和經濟效益。因此相關部門應該不斷對曲面球形網架施工工藝和技術進行創新與改進，重視各個施工細節，嚴格控制施工各環節的難點與重點，促使該技術為建筑行業的蓬勃發展增光添彩。

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