異形復雜鋼網殼安裝技術

□文/余流 張印 代躍強

異形復雜鋼網殼安裝技術

□文/余流 張印 代躍強

某景觀塔為一個以標志性、景觀性為主，登高觀景功能為輔的高層建筑；另外一個重要的作用是對現有烽火臺遺址的保護性開發。工程主體為鋼框架，外圍異形單層網殼，屋頂正交正放管桁架。鋼網殼采用鋼管相貫焊接節點形式，制作、安裝難度大且精度要求高。通過工程實踐，介紹異形鋼網殼安裝施工技術，提出網殼單元定位安裝新的措施和方法。

鋼結構；網殼；制作；安裝；異形；復雜結構

1　工程概況

某景觀塔建筑規模2 127.97 m2，總高度70.456 m，共17層；主體采用鋼框架結構形式，分為塔基及塔身兩部分，主體框架外圍設置單層網殼，網殼為管相貫結構，呈中間細兩端粗的圓柱形結構，見圖1。10.000m標高以下為室外空間，10.000～49.000 m是對原烽火臺遺址的保護空間，為豎向交通區域，配以核心筒外歷史懷思梯及19.000、37.000、49.000 m標高的滿鋪樓板；頂部55.700m標高的滿鋪樓板是參觀者可達的最高區域，在本層可全方位觀瞻城市風貌。

景觀塔獨特的外圍網殼造型、有限的場地條件和嚴格的安裝標準，對施工過程提出來很高的要求。

圖1　建筑效果

2　施工方案研究

2.1確定安裝方法

網殼的空間定位較為復雜，若針對每根鋼管進行高空定位，安裝工作會加大難度且不易控制，拖延工期，網殼的安裝在鋼框架安裝焊接結束之后進行，此時鋼框架已成為剛性整體，空間位置已被精確固定，網殼安裝直接利用與鋼框架固接的錐頭等為基準點，分層安裝?？紤]到網殼不是空間獨立的，它與鋼框架是有連接的，每兩層6 m會連接一次，可將連接節點設想為球節點或支座。因此，可只對鋼框架做精確測量定位，就相當于對連接節點做了精確定位，節點定位完成，桿件也就相應地定位，網殼的測量就簡化為連接節點相對于鋼框架的相對位置測量，大大減少了空間測量工作量且可操作性強。

網殼按連接樣式和空間位置可大致分為4段，第1段是2F～5F，第2段是5F～11F，第3段是11F～17F，第4段是17F以上，見圖2。

圖2　網殼劃分

第1段高約9 m，中間與鋼框架無連接節點且桿件較多，變化較大，較難定位，不適合空間散拼，擬在地面進行分塊拼裝，高空對接。將左下至右上走向的桿件設為主弦桿，另一個走向的桿件設為次桿，分塊的方法就是將兩條主弦桿及其內的腹桿為一單元，總共分為8個單元，在地面的胎架進行拼裝焊接，使用汽輪吊進行吊裝，在相鄰兩個單元均安裝就位后，再連接單元之間的連接腹桿。采用分塊安裝的方法，省去了高空定位的復雜性，只需將錐頭連接節點定位準確，再將單元主弦桿上下節點與錐頭連接重合后，就已將網殼定位準確了。

第2段網殼若直接采用X單元，現場施工難度較大，因此將X單元分解為“人”型單元和1根桿件組成，將左下至右上走向的桿件設為主弦桿，另一個走向的桿件設為次桿，主弦桿不打斷，次桿打斷安裝，將每個“人”型在地面鋼平臺上拼裝成型，此“人”型單元是一個平面的，沒有角度，定位簡便。使用汽輪吊將“人”型單元起吊至指定標高，只將“人”型的端點與錐頭連接焊接，再連接單元之間的連接桿即可完成安裝。

第3段網殼較為簡單，在上下相臨的錐頭之間沒有桿件的交叉，所以不存在主次桿件，都不用打斷安裝，安裝也較簡單，只需做成類似“/”型單元，再與錐頭連接固定即可。

第4段網殼即17F以上外圍網殼與鋼框架沒有連接節點，僅與屋頂管桁架連接且上口呈喇叭花狀，直徑越來越大，此部分網殼若高空散拼時，網殼結構不穩定，也存在定位復雜的問題，考慮應在管桁架安裝完成后開始進行，將管桁架視為鋼框架的一層固定結構。由于該部分高空焊接作業非常困難，故將管桁架以下有交叉的部分做成“X”形單元，與之相對的管桁架外側網殼暫不焊牢，使之有一定的自由度。其余單根桿件單獨安裝，簡化安裝工序。管桁架上部的網殼因上端無框架約束，在地面拼裝成七個單元，高空組對，依靠上端的環狀進行約束成型。

2.2腳手架搭設方案

網殼的散裝需搭設腳手架，主要是人員的操作平臺，不承重。因核心筒每層均有混凝土樓板，腳手架不能提前搭設在核心筒內，以免影響土建施工，所以腳手架只能在混凝土樓板澆筑養護完成后進行搭設，按照懸挑腳手架的搭設規則進行搭設，每層與鋼框架做附著，保證穩固。腳手架每層操作平臺按照腳手架規范鋪設木跳板，作為人員操作平臺，考慮安全，每三層做滿層的硬防護，防止上下層交叉作業時的一些零星構件墜落導致人員傷害。腳手架搭設進度跟隨外圍網殼的安裝進度，不能超搭設，影響吊裝。

3　網殼單元的定位制作

3.1計算機定位過程

網殼單元制作主要是將單根的鋼管制作成網殼單元的定位工作。在實際的施工過程中，為便于安裝和減少高空作業工作量，根據現場條件將網殼劃分為若干個小單元，將這若干個小單元鏈接成為一個整體。根據常用的工程軟件設計出一套較為快捷，普遍適用于現場施工技術人員的計算機仿真定位方案，以第一段網殼單元為例，具體步驟如下：

1）將準備制作的網殼單元中各個節點的設計坐標提取出來；

2）在AutoCAD軟件中輸入設計節點的X、Y、Z坐標創建各個節點，再通過LINE命令將各個節點相連進而得到模型的軸線圖，通過創建局部坐標系等一系列操作，變換成為適用于平面，便于工人焊接操作的軸線模型并且在軸線上創建若干新的點，進而保證現場拼接的精度，將模型保存成為MIDAS/Gen軟件能夠打開的DXF文件；

3）在MIDAS/Gen軟件中導入DXF文件，輸入材料和截面屬性并對散亂的節點編號進行整理，在窗口顯示拼裝效果圖；

4）輸出各個節點坐標到EXCEL軟件中進行節點平面投影坐標圖的繪制并對投影坐標和高程進行列表。

3.2施工現場拼接

根據上述方法得到的各個節點坐標，在胎具上進行放線、定位，標高應用水準儀即可滿足施工定位的需要，大大減少了工作量，也減少了拼裝誤差。拼接具體步驟：

1）選在混凝土地面上進行胎具的制作，鋪好專用胎具，在幾個胎具之間進行剛性連接，保證胎具的穩定性；

2）在胎具上根據坐標點進行放線、定點，利用L75×5的角鋼做成定位卡具，卡具的間距比網殼鋼管外半徑大5mm，便于鋼管在卡具上的安放；

3）在鋼管斷面處依次進行焊接，即可得到一個完整的網殼單元。

從實際施工的結果來看，本套方法具有簡便、快速、易操作的特點，精度也能滿足施工的要求。

4　結語

本工程全部為斜向鋼管、施工現場場地有限、高空吊裝風速較大這些都給施工過程增加了很大的難度，經過施工技術人員對網殼結構進行仔細研究，得出了一套切實可行的施工方法，全部建成后各個節點偏離設計節點均＜3cm，使施工的精度和進度都得到了保證。由于MIDAS/Gen、AutoCAD和EXCEL這三款軟件均為鋼結構施工常用軟件，通過配合使用，能夠較好地完成本工程的網殼定位工作。網殼結構由于其曲面而形成部分細部分粗的外形，給安裝帶來了困難，根據網殼結構的特點，在不同部位制作不同的網殼單元，取得了良好效果。

［1］GB50017—2003，鋼結構設計規范［S］.

［2]GB50205—2001，鋼結構工程施工質量驗收規范［S］.

［3］JGJ 61—2003，網殼結構技術規程［S］.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.04.003

□張印、代躍強/河北工業大學。

□TU391

□C

□1008-3197（2015）04-06-02

□2015-07-24

□余流/男，1972年生，高級工程師，中國建筑第六工程局有限公司，從事復雜施工技術研究。