大跨度鋼結構網架安裝技術應用

王燦, 彭睿, 龔浪, 李春燕

[摘要]為了研究大跨度鋼結構網架快速安裝的應用，以惠州北站鋼結構網架工程為研究背景，簡要介紹了整體結構及屋蓋網架結構。分析了工程的重點難點并提出了解決措施。重點論述了鋼結構安裝施工工藝技術，確定了站房鋼結構安裝總體思路和站房鋼結構安裝整體流程，包括網架拼裝以及網架拼裝焊接要點的介紹。總結得出對于大跨度鋼結構網架采取分塊安裝及吊裝的方法在實際工程中是切實可行的。

[關鍵詞]網架結構； 網架拼裝； 分塊安裝； 焊接

[中國分類號]TU758.15? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]B

0引言

鋼結構網架覆蓋跨度大，網架結構是高次超靜定結構，三向空間受力［1-2］，多數構件可以預制，經濟性較優且發展迅速，因而在大跨度空間結構中得到廣泛應用。大跨度網架結構施工方法各異，其施工階段結構內力分布多樣，能否滿足設計要求是重點關注內容之一［3］。鋼網架結構安裝直接關系到鋼網架結構的穩定性、承載效果和使用壽命，如何實現大跨度鋼結構網架安全、快速安裝是目前施工方面的熱點問題。本文以惠州北站鋼結構網架分塊安裝為例，深入探討了大跨度鋼結構網架的安裝工藝技術。

1工程概況

1.1結構概況

新建贛深鐵路惠州北站站房平面尺寸為303 m×204 m，建筑面積為49 998 m2。主體結構采用鋼筋混凝土框架結構，屋蓋采用整體鋼網架和局部鋼桁架結構體系并且屋蓋兩端各含有一個斗拱結構，無柱雨棚為鋼框架結構體系。地上2層，地下2層，局部設置鋼框架夾層，車站建筑高度33.600 m（建筑室外地面至屋面最高處高度）。混凝土結構最大跨度約24 m，鋼結構最大跨度約54 m，屋蓋最大結構頂標高為+36.650 m。站房鋼結構包括屋蓋網架和高架夾層鋼結構，共約6 800 t。

1.2屋蓋網架結構

屋面為三維曲面造型，采用四角錐網架結構，局部含有鋼桁架結構。節點主要采用焊接球節點，網架覆蓋面積47 250 m2，平面投影最大尺寸為205 m×288 m，最大跨度約54 m。兩側懸挑長約19.6 m。鋼網架支撐在混凝土柱上，采用球型抗拉支座，網架所有桿件均為圓鋼管，材質為Q355B。屋面設馬道、檁托及檁條結構。

屋蓋兩端設斗拱結構，通過焊接箱型截面梁與屋蓋結構相連，下部通過400×20 mm的方鋼管與混凝土連接。斗拱底梁為弧形箱型梁，斗拱鋼結構材質均采用Q355B。

2工程重點難點分析及解決措施

2.1工程重點、難點分析

2.1.1支座安裝與預埋件定位

屋蓋鋼網架在結構四周設置支座，網架跨度大，支座安裝的精確度會影響鋼結構安裝質量。與支座相連接的預埋件設置在混凝土柱頂或混凝土牛腿之上，若處理不好支座與預埋件及整個混凝土支承柱直徑的關系，將對整個工程的質量產生很大影響。

2.1.2站房鋼結構屋蓋網架安裝

惠州北站采用大跨度、多維度四角錐焊接球型網架結構。施工采用分塊安裝、吊裝和提升的方式，桿件主要受軸向力，截面相對較小，安裝過程中易產生結構位移、撓度、局部焊接應力大等情況。構件種類繁多。作業環境復雜多變，安裝難度高，網架分塊安裝、吊裝技術及網架提升技術是重難點。

2.1.3現場施工測量

空間鋼網架結構各節點均有不同的空間坐標，結構跨度大，控制點繁多；各部分的施工工序精度會影響下道工序的安裝精度，因此必須通過科學的測量控制手段來保證施工精度，是本工程鋼結構安裝的重點。

2.2工程重點、難點的解決措施

2.2.1支座安裝與預埋件定位控制措施

2.2.1.1柱頂支座安裝

（1）根據標高控制點及坐標軸線的位置，在預埋件上畫出支座的交叉線，安裝時支座的表面中心線與交叉線對齊，復核支座上表面中心點坐標，將支座點焊在預埋件上。

（2）橡膠支座與預埋件之間采用四周圍焊的方法連接，為控制焊接變形，對稱布置焊接點，分段焊接。

（3）在預制廠將下弦球支座節點焊接成整體。安放時對齊中心線，復核下弦球中心的坐標，保證下弦球支座的位置準確，測量合格后焊在橡膠支座上。

2.2.1.2邊支座的安裝

嚴控過渡板的安裝，保證過渡板上螺栓群中心線與預埋件上的十字交叉線對齊，其他安裝步驟與柱頂支座安裝類似。

2.2.2站房鋼結構屋蓋網架安裝控制措施

（1）深化設計質量。在深化設計階段，確定合理分段長度，同時控制好分段節點的選擇。根據設計圖紙，利用Tekla繪圖軟件對鋼結構主要構件進行模擬放樣，優化加工工藝，采用數字化技術一次成型，保證加工精度；結合BIM、Revit對安裝施工進行模擬演練［5］。

（2）鋼結構拼裝場地硬化平整，控制拼裝胎架尺寸及標高，拼裝時作好預起拱，同時確定拼裝及焊接順序，控制拼裝精度。

（3）吊裝時，按網架分塊最大重量選用合適的大型履帶吊。吊裝時選用合適的格構式臨時支撐；為保證樓板受力，與混凝土樓板連接處采用轉換梁，使荷載作用于梁柱結構上；支撐用纜風繩穩定，上端采用可調定位模板調整網架標高。

2.2.3現場施工測量控制措施

（1）分別采用高精度全站儀和電子水準儀建立平面控制基準網和高程控制基準網。豎向傳遞分別采用激光準直儀和全站儀。最后用電子水準儀校核［4］。

（2）在鋼柱間預留補償量以消除累積誤差。實測數據在使用前加上預變形值，并根據實時監測數據及時調整其值。

3鋼結構安裝施工工藝技術

3.1站房鋼結構安裝總體思路

屋蓋鋼結構網架采用中間提升+兩側分塊吊裝的方式現場安裝，斗拱和夾層鋼結構分別采用提升和吊裝的方式現場安裝。屋蓋網架分區分塊如圖1所示。

3.1.1吊裝區網架安裝

根據土建主體結構施工進度，網架桿件和網架球提前進場分塊拼裝。待混凝土柱施工至柱頂且強度達到要求后，2臺260 t履帶吊進場在東西兩側同時吊裝。網架分塊懸挑端采用臨時支撐，待提升區網架提升完畢、嵌補安裝后卸載，拆除臨時支撐，完成吊裝區網架安裝。履帶吊通道布置在無柱雨棚外側，東、西側設置在A-I軸之間，該處的站臺墻需暫緩施工。

3.1.2提升區網架及斗拱安裝

土建候車層樓板澆筑完成，混凝土強度達到要求后，25 t汽車吊在樓面上拼裝提升區網架，拼裝完成后分區提升到位。提升順序為從正線向南北兩側。安裝嵌補，卸載后拆除提升支架和臨時支撐，完成安裝。

網架提升完成后，用50 t和25 t汽車吊在候車層樓面上拼裝南北兩側斗拱鋼結構，拼裝完成后，整體提升到位。安裝嵌補，卸載后拆除提升支架和臨時支撐，完成安裝。

3.2網架拼裝

包括吊裝區網架地面分塊拼裝和提升區網架的樓面原位拼裝。網架拼裝均使用25 t汽車吊拼裝。網架拼裝時先將下弦球節點定位完成，然后從分塊中間向四周擴散拼裝。待整塊網架拼裝焊接完成后測量，合格后進行下道工序。

（1）放線并進行驗線，做好下弦節點定位裝置的安裝，在此基礎上完成下弦桿和下弦球節點的定位。根據各桿件在坐標軸上的投影，畫出焊接球的定位線、上下弦桿和腹桿中線［5］。

（2）繼續拼裝下弦球節點及下弦桿。胎架高度較高時需加斜撐固定，設立胎架模板確保上口水平度符合要求，誤差不應大于1 mm，胎架使用前驗收合格。

（3）拼裝上弦球節點和腹桿。網架分塊拼裝時，先吊上球節點進行定位，然后拼裝下弦桿、腹桿、上弦桿，拼裝完成后從中間向兩側焊接球節點。

（4）繼續拼裝上弦球節點和腹桿。在各臨時支點未拆除前調節好上下弦網格對角線及尺寸、縱橫向長度、網格矢高［6］。

（5）按照上述方法，安裝下一個單元的下弦桿腹桿及其節點，完成后拼裝2個單元件上弦桿件。拼裝過程中若支點發生下沉及時加固。

（6）按照上述步驟，進行下一個單元桿件的拼裝。網架向外擴散拼裝時按照球節點的連接分別定位，焊接球定位考慮平面位置及標高。

（7）按照上述步驟，繼續向外擴散拼裝。

（8）拼裝完成，整體檢測、驗收。完成后采用全站儀整體檢測網架分塊的整體尺寸、節間距及焊接球節點的焊接質量。

3.3網架拼裝焊接要點

3.3.1相貫線焊接控制

（1）鋼管與焊接球的焊接以及鋼管與鑄鋼節點的焊接采用相貫線焊縫，二氧化碳氣體藥芯保護焊焊接方式［7］。

（2）組裝。組裝前坡口內外壁應進行除銹與除污處理；組裝時要防止圓率破壞。按I級組裝質量標準控制。

（3）返檢和預留收縮量的修正。焊接前，檢查縱向、同心度等，要保證起重機布置在接頭左右兩側距離大于1.5 m處，構件距離管口上部1.5～2 mm，或采用火焰加熱進行校正［8］。

（4）焊后清洗與檢驗。相貫線焊縫焊接后應去除焊渣，并用格柵尺等進行幾何尺寸校核，保證無氣孔、焊瘤等缺陷。

3.3.2拼裝時的焊接順序

正式焊接前超聲波檢測預先焊接構件的焊縫，根據結果制定適合的焊接工藝規范。按照從中間節點向兩端節點展開的焊接順序焊接，盡量采用二氧化碳焊接，減少焊接變形，避免焊接收縮累積到一端而產生誤差［9］。

3.4站房鋼結構安裝整體流程

（1）25 t汽車吊在高架層樓面上拼裝網架提升分塊1。

（2）網架提升分塊1拼裝完成后進行提升；25 t汽車吊在高架層樓面上繼續拼裝網架提升分塊2、分塊3。

（3）網架提升分塊2、分塊3拼裝完成后進行提升；25 t汽車吊在候車層樓面上繼續拼裝網架提升分塊4、分塊5。

（4）布置履帶吊通道，高跨無柱雨棚安裝完成后，260 t履帶吊安裝東西兩側吊裝區網架。

（5）網架提升分塊4、分塊5拼裝；25 t汽車吊在候車層樓面上吊裝提升分塊1下方夾層；260 t履帶吊安裝北吊裝區網架。安裝嵌補后拆除東西吊裝區臨時支撐。

（6）網架提升分塊4、分塊5提升；25 t汽車吊吊裝提升分塊2、分塊3下方夾層；260 t履帶吊安裝南吊裝區網架。安裝嵌補后拆除北吊裝區臨時支撐。

（7）50 t汽車吊在樓面拼裝南北斗拱；25 t汽車吊南北兩側夾層；嵌補安裝完成后拆除南吊裝區臨時支撐。

（8）南北斗拱拼裝完成后提升。

（9）嵌補安裝，拆除提升架，完成安裝。

4結束語

本文以惠州北站工程為例，圍繞大跨度鋼結構網架的安裝技術進行探討。

（1）由中心向四周擴散進行網架拼裝可以擴大工作面，有效的提高拼裝效率，減少施工的時間。

（2）采用相貫線焊接可以降低技術要求及成本、提高工作的效率、穩定焊接質量，保證其均勻性，進而保證整體結構安全性。

研究結果表明鋼結構網架結構分塊安裝和分塊吊裝技術經濟快速，在本工程的應用中取得了良好的效果，可為類似大跨度鋼結構網架安裝提供借鑒。

參考文獻

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