鋼網殼結構施工技術的應用

趙玉婷

摘要：新疆大劇院鋼結構工程由屋蓋殼面和部分鋼結構樓蓋六部分組成，分別為：屋蓋外南北殼面、M軸以南39，400m與47.400m鋼結構樓蓋主要采用銅管相貫桁架結構體系：屋蓋內殼面主要采用方銅管相貫桁架結構體系；屋蓋內、外殼面之間幕墻主體鋼結構采用矩形管制作：12.700m和18.700m部分樓蓋采用實腹式型鋼梁制作；M軸以南39.400m與47.400m樓板均采用鋼筋桁架樓板，39.400m樓蓋上方局部設置43.900m的輕型樓蓋；M軸以北47.400m樓蓋采用實腹式型鋼梁螺栓連接結構，鋪設鋼筋桁架樓承板，上方局部設置51.900m的輕型樓蓋。

關鍵詞：網殼結構；施工技術；應用

中圖分類號：TU394 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）06-84-01

前言

本工程前期深化工作量大，桿件空間放樣復雜。施工過程中鋼管相貫線切割與多支節點制作復雜，內外殼屋蓋鋼桁架、樓蓋鋼桁架安裝精度控制及連接成片效果控制要求高，節點區域焊接變形和焊縫質量控制難。內外殼屋蓋桁架、樓蓋鋼桁架安裝撓度值測量控制要求高；鋼結構施工安全控制與防護要求嚴格。

1.鋼結構深化設計技術

本工程鋼結構鋼構件重量約11000t，分布范圍廣，內外殼屋蓋桁架造型復雜，節點變化多，技術要求高，桿件多為空間三維結構，不能采用常規的平面幾何制圖來表現：由于空間結構的漸變，導致每個節點均需放樣后方能確定準確尺寸。設計稍有偏差就會對制作安裝質量、進度帶來影響。

深化設計是在鋼結構工程原設計圖的基礎上，結合工程情況、鋼結構加工、運輸及安裝等施工工藝和其他專業的配合要求進行的二次設計。其主要技術內容有：使用詳圖軟件建立結構空間實體模型或使用計算機放樣制圖，提供制造加工和安裝的施工用詳圖、構件清單及設計說明。

深化按現場安裝順序分階段安排設計工作，形成流水，從而保證制作、安裝施工。通過引入先進的深化設計軟件Xsteel用于三維制造數據拾取，進行構件加工圖的繪制，確保了深化設計的高效率和準確性。

2.厚鋼板焊接技術

本工程焊接主要分布在十字柱對接、內外殼管桁架焊接及樓蓋桁架焊接，最大板厚為50mm，由于桁架鋼管的異向性，施工中有大量的鋼管相貫線焊接。為便于運輸，桁架構件采取分段制造增大了現場鋼管拼裝焊接量。而由于鋼管直徑大、壁厚使得高空焊接工作量大。因此厚板焊接、節點區域焊接變形和焊縫質量控制是本工程焊接控制的難點。

鋼板板厚大于或等于40mm，且承受沿板厚方向拉力作用的焊接時，應有z向性能保證，可根據《厚度方向性能鋼板》GB/T5313的規定選取z向性能等級。本工程采用二氧化碳氣體保護半自動焊接技術，選用具有雙重保護的優質藥芯焊絲進行焊接，提高了施工質量。正式焊接前進行焊接工藝評定選擇最優的焊接參數，加強焊接前預熱、焊接中層間溫度控制和焊接后保溫等技術措施，保證了鋼板焊縫焊接質量。

3.鋼與混凝土組合結構施工技術

本工程內外殼埋件柱及舞臺鋼骨柱采用十字型鋼骨混凝土柱。鋼骨混凝土兼具鋼結構優點與混凝土結構的優點，同時結構具有良好的防火性能。其關鍵技術是設計合理的梁柱節點，以確保節點良好的受力性能與加快施工速度。

根據工程技術特點，在鋼結構深化設計前，先完成現場鋼筋翻樣工作，利用BIM技術詳細標注穿過鋼柱的每根鋼筋的位置、標高、孔徑等。在工程構件加工時，嚴格按照深化設計圖紙進行開孔，并嚴格控制鋼結構構件的加工精度。保證鋼構件制孔質量，所有螺栓孔、連接板均須在工廠制作，嚴禁現場制孔。鋼骨柱的翼緣板上在工廠焊接連接板，保證了所有翼緣板上均不開孔，保證了結構的安全性，螺栓群孔則采用數控鉆床制孔，高強度螺栓孔采用鉆模鉆孔。孔位號完后，進行規孔，以檢查孔位的正確。制孔過程中孔壁保持與構件表面垂直；制孔完畢后孔周圍的毛刺、飛邊用砂輪打磨平整，有效的保證了工程質量。

4.模塊式鋼結構框架組裝、吊裝技術

本工程內外殼桁架跨度大，采取地面分段拼裝、設置支撐胎架、高空對接的施工方法。桁架單元在地面拼裝完成后，采用大型履帶吊進行吊裝，高空進行對接。

對大跨度弧形桁架在不同標高的分段點，采用Midas7.30弧形桁架結構進行受力分析，確認桁架下端部的受力變形、上端部的下撓均不影響其安裝精度，作為本榀桁架的分段面，通過計算機模擬預拼裝后再進行地面拼裝，實現桁架的整體吊裝。在不采用支撐胎架的情況下，依靠弧形桁架自身重量進行就位，對外殼52榀桁架及內殼20榀桁架進行安裝。節約了大量桁架結構施工支撐胎架，減少了安裝支撐胎架的措施費和人工費，降低了施工成本。

5.砂箱卸載技術

本工程南北外殼桁架采用砂箱進行整體卸載。按沙漏的原理，制作砂箱作為卸載設備。砂箱分內外套筒，內筒嵌套在外筒內并與結構接觸，外筒內灌注砂粒，并在筒壁一側或底端設置排砂口。當卸載時，打開外筒排砂口，結構通過內筒壓迫外筒內的砂體從排砂口流出，從而使內筒與結構緩慢下落以達到卸載目的，砂箱內外筒壁厚與直徑以及選用材料應根據不同受壓情況計算確定。

南北外殼分別設計4個卸載點，一次僅投入4個砂箱即可滿足整體卸載要求。遵循“變形協調、卸載均衡、嚴格控制”的原則：選擇晴天無風的天氣；提前檢查砂箱底部支撐體系加強用材料，復核各臨時支撐點坐標測量，特別是標高的復核；由于在卸載過程中無法做到絕對同步，支架支撐點卸載先后次序不同，其軸力必然造成增減。在卸載過程中必須嚴格控制循環卸載時的每一級高程控制精度，設置測量控制點，在卸載全過程進行監測，與計算結果對照。采用砂箱卸載技術，其工藝簡便，投入較少?？裳h使用，且承載力較大較之割刀切割受力穩定、安全。

新疆大劇院工程采用以上施工技術措施。加快了施工進度，提高了鋼板焊接質量，提高了結構安全性能，創造經濟效益約720萬元。