大跨度空間雙曲面螺栓球網架施工技術

楊 海 波

(陜西建工機械施工集團有限公司，陜西 西安 710000)

1 工程概況

漢中東辰外國語學校一期建設項目(EPC)工程總承包，建設地點位于陜西省漢中市南鄭區龍崗新區，北臨龍崗大道，南臨龍崗二路，西臨梁山三路，東臨梁山二路。項目一期建筑面積約為97 700 m2，總投資12億元，由漢中市城市建設投資開發有限公司建設，其中10號風雨操場工程(如圖1所示)建設投影面積約5 000 m2，建筑造型為“蛋殼”形。10號風雨操場為空間螺栓球網架結構(如圖2所示)，網架類型為正放四角錐，下懸支撐。8根鋼柱懸挑支撐。網架長150 m，寬53 m，建筑高度最高點32 m，最低點12.5 m。其中網殼厚度2.82 m，含鋼量為43.6 kg/m2。鋼柱是φ1 600×20 mm的無縫圓管，設計采用預埋錨栓+混凝土的固定方式。±0.00 mm以下埋深4 m，外包鋼筋混凝土，內灌C40無收縮細石混凝土。

2 工程施工難點分析

2.1 網殼結構，風壓影響大

網架組成空間殼體結構，結構基本頻率低，阻尼比小，而且各階振型頻率十分接近，受強風作用影響較大，我國現行建筑結構風荷載規范尚不能涵蓋漢中東辰外國語學校風雨操場這種位于特定風場的大跨結構。因此，通過風洞試驗測試結構的表面風壓，進而通過數據處理與計算分析后得到結構的風致響應、等效風荷載，是該大跨屋蓋結構抗風設計所必需的技術手段與設計步驟。

2.2 大跨度、雙曲面、高差大、施工難度大

鋼柱間距最大跨度39.9 m，網架為雙向曲面懸挑結構，施工高差大，空間定位放線難度大，為了滿足需要，精細的深化設計工作，合理的制作工藝以及較強安裝能力是確保本工程的關鍵。其次是安裝基準點的選擇、放線的順序、測量的誤差等都需要科學、合理的控制。還有屋蓋網架的拼裝精度，由于拼裝精度受滿堂腳手架荷載變化及溫度變化等多方面因素的影響，拼裝的質量將直接影響到工程的質量。

3 螺栓球網架施工方案

大跨度雙曲面正放四角錐節點網架采用滿堂支撐腳手架+格構式支撐架的施工方法。工廠加工、現場拼裝、高空懸挑散裝。安裝順序：低空外擴安裝，由東側最低點向西側最高點進行安裝，先安裝中區(第一部分)，然后安裝南、北兩側(第二部分)，每個獨立分區的安裝順序均由一側向另一側推進安裝，向前移動循環支撐胎架，再安裝、再移動，直至全部主結構安裝完成。

3.1 滿堂支撐腳手架搭設

采用局部滿堂承重腳手架支撐，在4軸/B軸，C軸之間采用φ48×3.5 mm鋼管支撐體系，腳手架寬16.5 m，長度49 m，架體呈階梯狀布置，最高點15.6 m。在腳手架體四周設置5道纜風繩，纜風繩規格φ24鋼絲繩，穩固架體，增強架體的穩定性,纜風繩與地面夾角為45°。

3.2 起步單元滿堂腳手架網架安裝

腳手架上面鋪設施工操作平臺，在工作平臺上搭設鋼板胎架對下弦螺栓球節點進行定位(如圖3所示)，千斤頂支撐調整。每個球節點均需進行現場實際三維定位。網架設計采用的是球心坐標，將設計坐標轉換成現場實際坐標，采用全站儀進行定位測量。作為起步單元，由固定端(即支座部分)開始，向另一端(或懸臂端)逐條逐間順序安裝，同步測量復核檢查，調整誤差，避免積累誤差過大。單元間拼裝完成時，采用倒鏈和千斤頂進行安裝精度調整和校正。網架下弦球安裝3跨后，在滿堂架體前方、后方設置地錨，采用倒鏈將網架整體牽拉，避免網架整體前傾(如圖4所示)。

3.3 外側懸挑網架施工安裝

3.3.1制作、安裝格構式支撐架

外側網架采用高空散裝，加設格構式支撐架，螺栓球桿件拼裝成錐體采用吊車在高空安裝，支撐胎架現場加工制作(如圖5所示)。

支承胎架ZC-1橫截面為2.4 m×2.4 m的矩形，豎向分格為2 m，四根鋼柱采用方通B120×8 mm，胎架腹桿和橫隔斜撐均采用方通B80×6 mm，頂部平臺橫梁采用HM390×300×10×16，材質均為Q235B。支承胎架ZC-2橫截面為2.0 m×2.0 m的矩形，豎向分格為2 m，四根鋼柱采用圓管121×8 mm，胎架腹桿和橫隔斜撐均采用圓管63.5×4.5 mm，頂部平臺橫梁采用HM390×300×10×16，材質均為Q235B。

白色區域為腳手架搭設區域(如圖6所示)，深灰色方格為固定式支撐架，黑色方格為循環式支撐胎架。施工過程中部分支承胎架置換施工，共需17個支承胎架，其中6個為移動式循環支撐架。

3.3.2臨時格構式支撐架驗算

根據施工工況分析計算得到各個支撐點的反力，其中最大反力19 kN。以此為依據對臨時支撐架進行承載力驗算，格構式支撐架體采用MIDAS進行有限元分析驗算。確保施工過程中臨時支撐結構的受力安全。由承載力驗算可知，桿件最大應力比為0.704，滿足要求。

3.3.3支撐架安裝、網架懸挑施工

大跨度雙曲面正四角錐節點網架低空外擴安裝，由東側最低點向西側最高點進行安裝，網架下弦球網格標準間3.325×2.96 m，格構架支撐點采取2+3+4+3(鋼柱頂)，根據圖紙在網架投影地面上放出胎架的定位線進行格構架安裝，下弦球支撐。

1)胎架標高控制定位。鋼網架節點為空間多維復雜節點，網架設計中采用的是球心坐標，將設計坐標轉換成現場實際坐標。將三維設計圖導入模型中進行擬合，結合大地坐標，將設計坐標與大地坐標進行轉換。施工現場球節點均需進行現場實際三維定位，采用全站儀進行定位測量安裝。針對本工程特點，在鋼柱柱頂上架設儀器觀測站(點)進行鋼網格各節點件及節點間桿件的測量定位。

本工程采用芬蘭Tekla軟件，利用Tekla建立三維模型，在模型里建立空間坐標體系，以鋼柱柱頂中心點作為空間(0,0,0)坐標原點，采用點坐標的方式，抓取空間坐標點，從而控制胎架的相對標高。

建立三維空間模型—建立空間三維坐標系—提取支撐架球節點的坐標，換算支撐架的相對標高。

2)網架懸挑施工。網架懸挑安裝滿堂架體第1排下弦球后，開始安裝第一排格構式支撐架，采用纜風繩拉設固定。支撐架采用汽車吊進行安裝、校正，4道纜風繩拉設固定。纜風繩采用φ12鋼絲繩，拉設與地面夾角45°，上方綁扎至H型鋼梁上，下方采用混凝土預埋件的拉結方式。

在安裝網架放線時以球節點的定位點來進行網架的定位放線。根據球心標高，利用水準儀調整胎架標高，并在胎架上部鋼板上放出球的平面位置線。鋼板上放出螺栓球節點定位線，設置鋼板支撐箱+千斤頂+U托管進行下弦球支撐固定(如圖7所示)。

核心區網架安裝完成，開始拆除移動式臨時支撐架體4個，以循環使用。架體拆除完成后，由核心區向南、北兩側進行懸挑安裝。

按照此方法遞進安裝，安裝過程中隨時復測定位球節點的坐標位置和網格尺寸以確保整體安裝精度，對于偏移超過允許偏差的球節點，利用千斤頂、倒鏈、電動葫蘆等進行調整，同時根據調整后的測量數據，在安裝下個單元時進行反誤差的調整，確保網架安裝整體尺寸精度達到設計及規范要求，直至網架安裝整體結束(如圖8所示)。

4 結語

漢中東辰外國語學校10號風雨操場大跨度雙曲螺栓球網架的主結構施工完成后，其網架安裝施工技術措施對保證工程施工質量和施工進度起到重要作用，得到了業主和監理的一致好評，確保了項目建設工期，同時我們積累了工程施工經驗，為后續行業內同類型的空間網架結構施工提供參考。