華夏文化展示中心空間網架與桁架組合結構施工關鍵技術探究

厚蘇偉 程建通 王小平

摘? 要：華夏文化展示中心主體結構為空間網架+桁架組合結構，形式復雜多變，對網架安裝、測量定位、變形控制等施工技術具有較高要求，本文針對組合結構的特點，提出了搭設局部承重滿堂腳手架操作平臺，進行高空散裝的施工方案，并對雙曲面空間網架的測量定位以及焊接球、螺栓球、空間桁架組合結構的安裝技術進行分析并提出了科學的解決方案，保證了網架安裝的精度和施工質量。

關鍵詞：空間網架+桁架結構;曲面結構;高空散裝

中圖分類號：TU356??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2020）06-0000-00

1工程概況

華夏文化展示中心項目采用網架與桁架結合結構形式，看臺區網架采用螺栓球和少量焊接球連接，舞臺區網架采用焊接球加桁架結構。整體結構投影面積約為9000m。網架結構桿件采用高頻鋼管或無縫鋼管，材質為Q345B，總用鋼量約2800T。看臺區網架最高點28.1m，平面尺寸48.6m×95.5m;舞臺區網架最高點29.4m，平面尺寸 44.8m×96.9m。

2施工方案概述

2.1網架安裝概述

本工程鋼網架為螺栓球節點+焊接球節點網架+桁架結構。為確保施工安全，加快施工進度，同時保證施工精度，降低施工成本，綜合考慮確定總體安裝思路：局部搭設承重滿堂腳手架操作平臺，塔吊高空散裝+承重滿堂腳手架操作平臺（含桁架散拼安裝）。該安裝方法優點：網架安裝時受力合理、施工安全可靠、施工精度易保證，施工工期短。

2.2安裝方案

根據工程結構特征，由3臺塔吊從兩端開始，沿同一方向由下往上依次安裝。局部塔吊未覆蓋區域采用80噸汽車吊進行安裝。本工程鋼結構施工分成兩個獨立施工區域，即看臺區為施工一區，舞臺區為施工二區，如圖1所示

3關鍵施工技術

3.1滿堂架格構式支撐局部加固

在土建原有混凝土柱位置增設格構式支撐，增加架體整體受力點，進一步減少地基下沉帶來的安全隱患。

格構式支撐架采用塔吊標準節設置，平面尺寸為1.5mX1.5m，節間高度2.5m，最大搭設高度20m，立桿及腹桿采用角鋼，立桿規格為L140X10，斜腹桿規格為L63X6，水平橫桿規格為 L50X5，頂部轉換鋼梁規格為 HM200×200，材質均為 Q235B。支撐架設計時，考慮的荷載類型有：

（1）撐架自重 D1，自重放大系數取1.1;

（2）支承荷載標準值 D2，根據施工過程分析計算結果，取87kN;

（3）考慮豎向支承荷載偏心產生的附加彎矩作用，取e=Min（100mm，D/20），其中D為支撐架邊長;

（4）活荷載L，考慮支撐架頂部操作平臺的上人荷載，取2.0kN/㎡;

（5）風荷載W，取當地十年一遇基本風壓ω=0.3KN/㎡，風壓高度變化系數μz=1.31，風振系數取βz=1.5，體型系數μs=2.07，風荷載折算為線荷載施加在支撐架立桿上。

（6）支撐架為臨時結構，結構重要性系數取0.9;采用有限元軟件midas gen進行計算，其中立桿和頂部鋼梁采用梁單元模擬，腹桿采用桁架單元模擬，立柱底端采用鉸接邊界條件。支撐架在標準組合作用下XY方向綜合變形和豎向變形結果詳見圖2。

由水平方向變形云圖可見，支撐架最大水平變形為30.2mm，最大豎向位移為2.8mm，位移均較小，能滿足安裝精度要求。

3.2空間網架重點安裝工藝

3.2.1焊接球與螺栓球混合安裝工藝

對于焊接球+螺栓球組合結構施工，應進行螺栓球一端高強螺栓初擰，再進行桿件與焊接球點焊（定位焊），當螺栓球與桿件，焊接球與桿件都完成初步固定后，進行測量，有誤差進行調整，沒誤差就先進行高強螺栓終擰，再進行焊接球四周圍焊施工，以防焊接收縮變形使另一側螺栓無法擰到位。

3.2.2桁架結構高空散裝工藝

桁架結構高空安裝時先在滿堂架上測好標高，將下弦管進行總體拼裝，然后進行定位校準，校準時復測與空間網架結構的位置關系，確認無誤后進行焊接，桁架下弦桿連接自成體系后安裝上弦管及腹桿，并于空間網架結構進行連接。鋼桁架下弦桿、上弦桿擱置于操作平臺上，要進行適當調整，按工藝編號進行拼裝，拼裝完成后與BIM模型進行對照檢查，并作記錄。

3.2.3焊接技術

本工程構件均為工廠加工制作桿件，運輸至現場然后進行現場拼接，構件數量多，焊接量大，因此合理的焊接順序設計尤為重要。為此，主要采取以下措施：（1）對稱焊縫，采用分段、跳焊的對稱焊接，通過先后焊縫的熔敷量來控制變形量。（2）不對稱焊縫，采用先焊焊縫少的一側，后焊焊縫多的一側，使后焊的焊縫產生的變形足以抵消先前的變形，以使總的變形減小。（3）長焊縫，采用連續的直通焊，將會造成較大的變形，因此采用分段退焊法、分中段退焊法、跳焊法和交替焊法不同的焊接順序來控制變形。

3.2.4測量誤差控制

（1）根據設計圖紙，建立BIM模型，將模型導入大地坐標系，使BIM模型的數據完全和現場相同，通過BIM的可視化，直接反映三維的網架模型，提取所需的各種數據，通過對模型數據的分析和研究，確定施工開始的關鍵節點，利用BIM技術進行模擬施工，研判施工方案的可行性，通過編制專項方案，并進行動態的監督，實現網架安裝的安全，并達到設計精度。

（2）根據溫度變化，計算出熱脹冷縮的數值，并在深化設計及施工過程中考慮。

（3）節點用激光全站儀進行定位，定位一圈后進行測量，安裝完一圈后進行測量，安裝完一個節段后再測量，整個區段完成后最終進行測量。

3.2.5網架安裝誤差控制

在網架的安裝過程中必須時刻測量和控制網架的安裝誤差，一旦有某項指標超出控制范圍必須立即采用反誤差的方法進行糾正，每次網架安裝完成腳手架拆除出去后必須立即測量網架的撓度、整體尺寸、節點偏移等，并在下一片平臺上安裝網架施工中進行調整。同時網架在安裝過程中還必須注意以下幾點：

（1）每榀下弦節點、上弦節點拼裝前，均應用水準儀、鋼卷尺測量高低度、水平度、幾何尺寸、撓度、做到每榀合格，整體合格。

（2）每安裝三到五榀再作一次全方位復檢，以便發現問題及時處理。

（3）整體安裝后，作一次全面檢查和測量，確保不留下任何問題。

3.3信息化管理

本工程的網架與桁架結構桿件數以萬計，用信息化的管理手段有效解決構件種類繁多，管理難度大的問題：

（1）網架結構構件進場后，采用條形碼掃描系統掃描構件銘牌上的條形碼，將條形碼數據讀入計算機系統進行分類、統計、分析、處理，此時，計算機讀入構件的狀態為未安裝。

（2）構件安裝時，需再次掃描條形碼，消除構件未安裝狀態，此時，計算機讀入構件的狀態為已安裝。條形碼管理系統，可以保證鋼結構工程構件準確、有序的供給。

（3）現場安裝的條形碼系統與工廠的條形碼系統統一，條形碼讀入計算機系統后，立即自動轉入公司 ERP 材料模塊，使得工廠及現場二者之間的材料管理形成計算機網絡化系統。

4結論

本文通過借鑒其他空間網架結構和空間桁架結構的安裝經驗，對華夏文化展示中心空間網架結構的安裝進行分析論證，總結出以下結論：

（1）對雙曲面空間結構系統，采用落地式滿堂腳手架+局部承重支撐進行高空散裝的施工技術有利于空間結構的安裝精度控制。對承重支撐結構進行工況分析和受力計算以保證施工過程的安全性。

（2）結合BIM技術進行空間定位，有利于施工質量控制和高效的施工管理。

（3）進行合理的焊接順序設計，能有效減少空間網架收縮變形、保證安裝精度。

參考文獻

[1]周皓，王永富，劉世強，等.球型網架安裝方法探討[J].武漢大學學報（工學版），2011（S1）：289-291.

[2]郝永利，白少華，董經民，等.北京大興國際機場機庫大跨度復雜空間組合結構施工技術[J].施工技術，2019（4）：110-114.

[3]宋海清，王興忠，林俊，等.復雜空間網架結構關鍵安裝技術[J].安裝，2011（7）：26-29.

[4]張同波，陳鳳霞，喬永勝，等.復雜造型大跨度網架施工測量技術[J].青島理工大學學報，2010（5）：109-113.

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：厚蘇偉（1988—），男，甘肅靜寧人，本科，工程師，研究方向：BIM技術應用，鋼結構安裝。

Research on the key Technology of the Construction of the Space Grid and Truss Composite Structure of China Culture Exhibition Center? HOU Suwei ，CHENG Jiantong ，WANG Xiaoping（Gansu Yi'an Construction Technology Group Co.， Ltd.，? Lanzhou Gansu? 730060）

Abstract：The main structure of Huaxia Culture Exhibition Center is a combination of space grid + truss structure. The form is complex and changeable. It has high requirements for grid installation， measurement and positioning， deformation control and other construction techniques. This paper proposes the erection of the characteristics of the combined structure. The partial load-bearing scaffolding operation platform is used to carry out the high-altitude bulk construction plan， and the measurement and positioning of the hyperboloid space grid and the installation technology of the welding ball， bolt ball， and space truss composite structure are analyzed and scientific solutions are proposed to ensure The precision and construction quality of grid installation.

Keywords： space grid + truss structure; curved structure; high-altitude bulk