大跨度平板混合网架施工技术

大跨度平板混合网架施工技术于洋;石柱林【期刊名称】《《建筑施工》》【年（卷），期】2019（041）010【总页数】4页（P1841-1844）【关键词】钢结构屋面;大跨度平板混合网架;高空散装;挠度控制【作者】于洋;石柱林【作者单位】中亿丰建设集团股份有限公司江苏苏州215131【正文语种】中文【中图分类】TU758.151工程概况南京青奥体育公园室内田径馆、游泳馆项目的建筑造型简单（图1）,结构找坡，网架结构厚度3.5~5.0m。屋面平面长约104m，宽78.3m，为双坡设计，投影面积约为8112m2。屋脊标高为21.635m，天沟处屋面板标高为20.135m。整个屋面是标准的长方形，上弦支撑，设计使用年限50年，结构安全等级为二级。网架杆件选用Q235B焊管及无缝钢管，螺栓球采用45#钢锻打球，焊接空心球选用Q235B钢。网架根据焊接球分布情况大概可以分为3个区域（图2）。图1屋面俯视效果图图2网架平面布置2工程重、难点1）本钢结构屋面为平板网架，虽然结构简单，但跨度大，设计偏于经济，只考虑网架安装完成后的整体受力，未考虑施工过程的不利影响。虽然本网架成形后的成形挠度由中间部位焊接球区域控制，但施工过程中如果两侧的螺栓球区域施工方法不当，将会造成该区域网架安装挠度偏大，造成较大的质量隐患甚至无法安装，或者会造成大面积的杆件超应力而破坏。网架跨度大、杆件小，部分杆件高强螺栓到位情况比较隐蔽，对质量影响大，需要采取措施进行控制。2）项目的施工场地只有道路及要新建的建筑物，田径馆内要考虑项目施工周转材料的临时堆放场地，来满足项目的正常运转。3）常规焊接球施工工艺的工期过长，使整个网架安装工期严重拖延，不满足项目的整体进度要求，焊接球区域施工工期需要缩短；焊接球与螺栓球混合区域，2种网架结构的施工误差不同，将造成网架无法正常安装。3网架施工方案比选平板网架的安装方法比较多［1-4］，针对施工特点，本项目对焊接球区域整体吊装、小拼单元的高空吊装及高空散装等3种方案进行比选。经过方案比选，本工程选用高空散装法，即利用移动脚手架作为施工平台进行安装。虽然移动脚手架将场地分割为2块，但为土建预留了相应的施工材料堆放场地。搭设移动脚手架费用虽然较高，但在施工安全性及质量保证等方面优越性较大。为解决将场地分为2块的弊端，计划在场地三面开门，并做临时道路，来满足材料周转运输要求。4钢网架结构施工4.1网架安装难点分析采用移动脚手架作为施工平台进行安装，解决了网架安装过程中的质量及安全问题。但当网架安装完成，脚手架移动后，安装完成区域的网架下挠非常大，并造成大面积超应力，这是因为设计过程中只考虑了网架安装完成后的整体受力，未考虑施工过程中未形成整体受力体系时的状态。这在网架的设计中也是不多见的，且将造成后续构件无法安装：螺栓球网架安装过程中，每排安装完成传力至支座的构件，都处于共同受力状态。在网架自然安装状态，如有安装挠度或起拱，在网架每排构件的安装过程中，新安装的构件要达到已安装完成网架的相同变形状态，必须有高强螺栓受拉。这时挠度过大或起拱过大就会造成部分高强螺栓无法接触到球的情况。安装过程中采用4根杆件的四角锥，安装完成区域的网架如下挠过大，新安装的四角锥内侧腹杆将无法接触到螺栓球，网架将无法继续安装（图3）。这就需要在网架安装过程中控制网架挠度。网架能够安装的最大下挠值近似计算如下：网架下弦共计18个球节点，共计17个网格，网架腹杆最小螺栓为M20高强螺栓，最大安装距离为16mm（第一螺牙限制），则网架下挠值最大为128mm，网架跨中挠度超过该数值时将无法安装。网架安装过程中，内侧腹杆不到位是最大的质量隐蔽：因为它在施工过程中会被其他杆件将缝隙压住而被误认为已施工到位，很难被察觉。为了保证内侧腹杆高强螺栓紧固到位，最好在施工过程中起拱。螺栓球网架安装过程中如不起拱，将造成在3根杆件紧固过程中，甚至在刚开始紧固内侧斜腹杆时就会被误判为已紧固到位。只有网架安装完成后未到位杆件才能被发现，甚至很久后才被发现，使网架安装存在严重的质量隐患（图4）。如果起拱过大，同样会遇到与下挠过大相同的问题（图5）。图3下挠过大杆件（红色杆件）无法与球接触图4高强度螺栓紧固状态示意图5安装模拟示意另外，本项目网架设计余量小，未考虑施工荷载，杆件应力比超过90%的逾100根，正常网架设计的全部杆件应力比均不超过80%。若考虑正常施工荷载，则本网架安装过程中刚性较小，不制订针对性支撑及起拱方案，将可能严重影响安装质量，最终使网架安装完成后的挠度达不到设计要求。综上考虑，螺栓球区域网架安装思路为：控制安装挠度，适当起拱。第一区域的螺栓球网架安装采用在施工平台上施工，并同时设置临时支撑，质量、进度较容易控制；第二区域的焊接球区域网架的原始安装工艺进度慢，焊接球与螺栓球接合区域的施工误差较难控制，需要对现有施工工艺进行改进。4.2脚手架的施工要点网架安装区域以8.7m柱距为一个施工区，脚手架搭设时考虑安全因素，操作面宽12m，脚手架顶标高比下弦低300mm。脚手架的搭设范围在钢网架A~C轴之间，开头位置搭设宽18m脚手架，利用已有固定脚手架进行改造，再搭设宽12m滑移脚手架作为网架安装平台。综合考虑网架宽度及单只滑移架质量，搭设8只滑移架，轨道铺设方向由搭设一侧铺向另—侧，脚手架三面设围护，架子下设有滑轮钢管位置加设活动固定柱，滑轮下设置10#槽钢轨道，滑轮两边用木楔挡住，使架子稳定和承受网架安装时的受力。脚手架滑移前，网架自身质量已全部承受在柱子上，把架子的活动固定柱伸高，去掉木楔，用卷扬机把架子推到第2棉网架安装位置，再用上述方法使架子稳定，接着安装第2棉网架，采用同样方法运转，一直装到网架的另一端（图6、图7）。图6脚手架搭设平面图7脚手架剖面脚手架最大架体面积9mx12m,最大质量为18.7t,设置30个脚手架专用滑轮件，每个滑轮件承受0.62t,故采用承载力为20kN的脚手架专用滑轮件（图8）。槽钢底部地面夯实，并设置钢板垫平（图9）。滑移到位后，在槽钢上焊接钢板作为限位，同时在滑移过程中设置黄油，避免卡死。4.3网架支撑设置及起拱本工程计划采取设置临时支撑来解决网架自重下挠问题，即在脚手架上拼装时，间隔设置临时支点，安装完成后，在脚手架滑移前进行临时支撑安装，支撑点需要一直布置至焊接球区域，同时布置临时监控点，观测网架挠度变化，待网架全部安装后，临时支撑方可拆除。焊接球区域施工完成后，螺栓球网架为由刚度大区域向刚度小区域施工，只要方法得当，质量及安全均会得到保证。网架在脚手架上的安装过程中采用临时加垫木方式支撑，同时为减轻网架对脚手架单点压力，采取隔点支撑的方式来增加支撑点，分散对脚手架的压力（图10）。图8滑移机构图9轨道基础处理示意图10滑移脚手架临时隔点支撑焊接球施工完成后，螺栓球部分网架标高使用垫木调节已经能够满足要求，此时即不用再继续进行支撑的安装，但支撑也不能够拆除，应保留至安装完成。所以临时支撑设置15个临时支点，采取在网架安装完成且支撑位置单个脚手架滑移后进行支撑作业。无支撑部位设置5个变形监控点，并对5个变形监控点进行标高测量，监测网架挠度情况（图11）。支撑采用中273mmx12mm圆管制作，根据模型计算，支撑最大受力为269.3kN，支撑高度为16m，在6m位置设置斜撑。下部设厚200mm混凝土基础，上部设置30t千斤顶用于标高调整及网架卸载。图11网架临时支撑及监控点布置JGJ7-2010《空间网格结构技术规程》规定：网架与立体桁架可预先起拱，其起拱值可取不大于短向跨度的1/300。根据以上规定可知，最大起拱值为78300/300=261mm。网架下弦共计18个球节点，共计17个网格，网架腹杆最小螺栓为M20高强螺栓，最适宜安装距离为0~8mm,距离过大时网架自身内力过大，可能会造成其他杆件变形，即近似计算网架起拱值最大为：（17-1）x8/2=64mm。网架取起拱值60mm。网架起拱后，通过计算主要安装过程中的内力并分析可知，在预定的起拱值及支撑情况下，网架安装过程中的内力均在允许范围内，施工方案可行。4.4焊接球施工阶段工期及质量控制螺栓球尺寸精度较高，针对在螺栓球中间夹杂个别焊接球的情况，焊接球的安装精度非常容易控制，基本上将标高控制好，就能顺利安装。但在焊接球与螺栓球大面积混合的情况下，容易出现焊接球拼装累计误差较大的问题，这将造成焊接球部分与螺栓球网架无法对接。同时，工期紧张，无法采用常规焊接球施工方案。针对焊接球拼装累计误差较大的问题，常规采取整体从网架下弦开始组装，并控制单元格尺寸，再逐排进行腹杆、上弦、上弦球的推进（图12），但本项目由于工期限制，故需要网架从轴线一侧装至另一侧，后面焊接跟上，在网架安装完成后焊接也随即完成。这样的施工顺序就需要改变控制网架拼装误差的方案。本项目采取通过控制焊接间隙和单元格尺寸，进而控制整体尺寸的方法。这一施工方法使焊接在拼装完成后即可完成，缩短了焊接球区域施工时间。图12常规焊接球网架施工示意1）方案要求首先控制每单元格对角线的误差为±3mm,下弦球节点的偏移为2mm，同时控制整体尺寸的偏差值不得大于±2mm。网架安装过程中需要使用全站仪，精确控制每个节点的位置及标高。2）施工中焊接球与杆件组装时的固定以三点焊为宜，点焊前要确认衬管安装到位。3）球杆组装焊接时，还应充分考虑每个节点焊后的轴线收缩量，一个节点单侧的焊后收缩量可按约2mm考虑。轴线距离控制应在拼装时就预放焊接收缩量。4）杆件与焊接球的间足巨应留置2~5mm,便于杆件与焊接球间焊缝根部焊透。5）—根杆件的两端与焊接球进行焊接时，严禁两端头同时焊接。6）尽量安排焊工对称焊接。焊接施工完后按规定检测焊缝质量，焊接质量必须达到设计要求。4.5挠度监测及支撑卸载在临时支撑安装完成后，每完成一个区域的同时设置变形监控点并对变形点进行监测。网架全部安装完成后进行临时支撑的卸载。卸载采用分级法，根据设计提供的数据，网架临时支撑卸载量为60mm，分三级进行卸载，最高点依次为：第一级为20mm，第二级为20mm，第三级为20mm(其余各点线性减少)。同时在每级卸载完成并等待0.5h后监测支撑变形及网架变形，在确保安全的情况下进行下一级卸载。卸载时采用调节支撑顶部千斤顶来完成。卸载时需要在千斤顶上画出刻度值，并由专人指挥同步卸载。如三级卸载千斤顶摇下150mm后，网架仍没有脱离，则需要重新复核结构，必要时进行加固。网架安装完成后，通过测量结果可以发现，网架挠度基本和计算结果吻合。5结语网架的顺利实施为我公司今后大跨度网架项目的实施积累了经验。建筑业在发展，结构的跨度也在一步步突破，人类对跨度的追求已经达到了前所未有的程度，在这过程中不但要研发新结构，也要在老的结构形式中挖掘潜力，不断发展施工工艺，来满足建设要求。希望