試論大面積大跨度波浪形正反殼鋼結構屋面施工技術

張春生

（廣東蕉嶺建筑工程集團有限公司 廣東廣州 511400）

0 前言

大面積大跨度波浪形正反殼鋼結構屋面施工的整體施工難度較大，具有鋼結構線性控制難度大、施工工藝復雜等問題，因此為了能夠滿足工程項目施工要求，必須了解大面積大跨度波浪形正反殼鋼結構屋面施工的基本要求，完善技術應用路徑，這樣才能全面提高施工質量。

1 工程案例簡介

某項目作為大型會議建筑物，兼顧會議展覽以及相關活動職能，總體建筑面積約為136000m2；在結構施工中，主要采用雙層網架與雙向空間鋼架相結合的結構，其中使用了約100000m2的鋼結構波浪形屋面，施工難度大，對施工技術要求以及施工質量標準等都提出了較高要求。

本次工程項目屋面施工工藝的基本特征為：①施工工期緊。為了能夠為后續的室內施工創造條件，在該工程項目中相關專業承包商需要嚴格控制工期，爭取能夠在最短時間內交付給甲方使用。因此本次項目中的總工期為4個月，因此屋面施工對技術提出了較高要求。②施工內容多。在該項目中，涉及較多的施工面，面積較大，并且整個施工過程中涉及較多的工程分項，很多施工內容都需要現場拼裝作業。③施工內容繁雜。在該項目中涉及很多復雜的施工工藝項目。從施工過程來看，雖然工程中的工程量不大，但是其中很多交叉作業的情況，且施工范圍很大，因此在施工過程中容易出現混亂施工的情況。④施工難度高。在整個鋼結構施工過程中，涉及較多的交界面，整體線型結構施工難度大。在該項目施工階段，為了能夠最大程度上保證工程施工順利進行，需要至少在兩個區域內同時施工，因此為了保證施工質量，需要對每個施工作業步驟做統一規劃與管理。

2 大面積大跨度波浪形正反殼鋼結構屋面的安裝與施工關鍵技術

2.1 總體安裝思路

根據該工程項目的施工經驗可以發現，由于整個工程的施工作業面很大，并且存在交叉作業施工的情況，結構類型復雜，所以在施工階段，最終確定了“分區施工、地面拼裝以及高空分段吊裝”的施工思路。

2.2 鋼構件的加工與焊接

鋼結構施工質量直接決定了現場施工能力，因此為了最大程度上保證施工質量，該工程中所有的構件均采用工廠化生產模式，通過統一模塊實現批量化生產[1]；針對工程中的超大規模構件，使用整體制作與分段運輸方法，例如該項目中的網殼、網架等都采用整體加工方法并以散件的形式運送至施工現場。

運抵現場后吊裝施工，其中的關鍵施工工藝包括：①嚴格把控零部件的質量關，該項目中所有的原材料均由數控切割機施工，加工期間評估焊接收縮余量等關鍵工藝數據變化，保證原材料的精度完全滿足大面積大跨度波浪形正反殼鋼結構屋面施工要求。例如本次項目中的鋼管相貫線在切割期間使用三維相貫線切割方法，在切割期間需要對材料的長度、切口等進行評估，在檢驗合格抽才能允許投入施工。②施工期間嚴把質量關，將構件組裝精度控制在理想水平下，并根據設計要求適當增加焊接收縮余量變化。

2.3 現場拼裝的關鍵施工工藝

該項目中現場拼裝的主要施工工藝包括：

2.3.1 典型的網殼吊裝單元拼裝

現場技術人員按照網殼與鋼柱之間的相對位置關系變化，將網殼拆分成規格為22000mm×22000mm的小塊，并以該小塊為拼裝單元進行現場施工。

第一步，在平整的場地上按照拼裝線路，確定路基箱位置，在全站儀引導下確定控制點，固定胎架支撐物，避免出現明顯晃動。在確保胎架穩定的基礎上，由監理人員與專職技術人員進行質量檢查，見圖1。

圖1 網殼吊裝拼裝

第二步，依次吊裝已經完成加工的橫向連系鋼管，并將鋼管按照設計規范逐一固定。在固定定位期間，需要測量鋼管的標高情況，對于標高滿足設計規范的用卡馬加固[2]。

第三步，吊縱向連接鋼管，并采用與第二步相同的方法定位、固定。

第四步，在完成上述施工步驟后，做自檢，并向監理人員匯報。驗收合格后，交付焊接工序施工；焊接施工期間需要嚴格按照設計的焊接次序施工，并注意觀察焊接變形情況進行調整。

第五步，焊接結束后，對施工部位做打磨，并檢查施工質量，由監理以及現場技術人員自檢，形成驗收記錄。此階驗收期間，需要重點觀察焊縫狀態以及主要構件的外形尺寸變化等。

第六步，在上述施工步驟驗收合格后，強化網殼單元。

2.3.2 拼裝網架吊裝單元

該項目中，網架吊裝單元的拼接應該嚴格按照圖紙進行，確定拼裝胎架的基本參數。因此施工期間需要按照既定的坐標控制網硬化場地，這樣才能滿足現場施工要求；之后根據坐標的平面投影片，在每個主受力點位置設置鋼箱路基板的支點；最后，通過型鋼支撐方法將構件連接成一個整體。

在設置臨時支點之后，設置坐標控制網的x軸與y軸垂直投影線，并復核標高基礎線等，優化該工程的平面垂直坐標控制網，并對控制網做驗收檢驗，將豎向胎架桿件之間加設斜撐，形成整體受力穩固體系[3]。期間需要按照空間坐標分布情況，完善胎架的相關操作平臺設置，確保能夠適應施工人員生產要求；之后可以按照曲面網架坐標，確定支撐桿件內的標高，并按照這一數據進行檢查與驗收。

在網架拼裝施工之前，先檢查網架桿件原材料的報告，形成質量驗收信息；在網架單元拼裝結束后進行質量檢驗。在這個過程中，其中的具體施工步驟為：①確定第一榀平面桁架胎架位置。②確定后續平面桁架胎架位置。③定位腹桿、弦桿以及撐桿位置。④對網架的修補與焊接。⑤在驗收合格后，向專職人員提交驗收報告并形成記錄。

2.4 安裝構件的技術要求

為進一步提高構件施工質量，相關人員應該重點關注以下內容：①開工前通過施工測量的方法檢查控制網參數，保證各項參數滿足設計標準。在鋼構件安裝前，項目技術負責人員進行技術交底，通過全站儀與經緯儀測量跟蹤，保證鋼結構具有理想精度；在施工結束后，對施工質量進行檢測，確定滿足設計規范即可。②進一步控制焊接質量。焊接作業施工中保證持證上崗，焊接施工小組組成定期分配焊接施工任務，通過責任到人方法控制質量。

2.5 吊裝屋面網架分塊

該工程中，屋面網架分塊使用250t履帶吊施工，施工期間通過臨時支撐胎架完成定位。

2.6 吊裝屋面網殼分塊

該項目屋面網殼分塊使用250t履帶吊施工，固定滿意后，通過支撐胎架以及馬卡定位。其中單層網殼采用縱橫雙向彎曲鋼管編制而成，其中的跨度技術標準為22m×22m。

2.7 焊接施工的關鍵技術

在焊接期間，按照建筑物結構形式做好圖紙深化設計，將桿件預見性增加1mm左右，這樣能夠降低焊接收縮等因素對施工質量因素的影響。拼裝作業期間，對各個焊接口以及支點等均用專業的夾具固定，達到控制約束應力目的，控制焊接口的收縮變形現象。同時在施工期間，嚴格落實持證上崗制度，使用高素質焊接人員施工，通過全方位焊接方法避免構件二次變形。焊接結束后，按照規范檢查焊接質量與焊縫外觀情況。

同時施工期間合理使用焊接施工工藝，結合該工程項目的基本特征，在現場施工階段使用了二氧化碳氣體保護焊配合手工焊的施工工藝；焊接期間通過分散焊、對稱焊以及分段焊等工藝，控制焊接變形現象。

3 結束語

在大面積大跨度波浪形正反殼鋼結構屋面施工中，該項目所使用的屋面施工工藝具有可行性，從最終施工結果來看，該項目在采用上述施工工藝后，建筑物整體穩定性良好，施工取得預期效果，無論是外觀還是性能等均滿足功能要求，證明其相關技術具有可行性，是一種科學有效的施工工藝，值得推廣。