单层空间网壳结构安装施工技术

单层空间网壳结构安装施工技术探索摘要：结合工程实例，针对本工程钢结构工程占地面积大，构件数量较多，施工吊装作业面大、安装要求精度高等难点，分析钢结构屋盖安装的难点之处，以提出屋盖安装方案。

关键词：单层空间；网壳结构；安装技术；分块安装
中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：
工程概况
某综合办公楼项目采用采光屋面及南入口钢结构工程，工程量约1500吨，所用材料形式主要为矩形、圆管及梯形截面。

柱子为圆管，主钢梁为梯形截面梁，网格结构为矩形截面梁。

材质主要为q345b，部分钢柱为q390gjb。

由于本工程次构件箱形梁翼板和腹板不等厚，故只能采用四块板拼焊的制造方案；同时本工程杆件部分为弧形构件，故必须进行弯曲加工，根据目前的加工设备，钢管弯曲加工主要有二种成形工艺，一种为冷弯成形，一种为热弯成形，由于本工程构件的曲率半径各不相同，将根据构件的实际情况采取二种不同的弯管工艺。

单层空间网壳结构安装方案分析
对于单层空间网壳结构安装时，通过结合本工程的特点来分析钢结构屋盖安装的难点之处，以提出屋盖安装方案。

钢结构工程占地面积大，构件数量较多，施工吊装作业面大。

本工程安装要求精度高，杆件数量众多，钢结构安装工期非常紧迫。

屋面构件悬挑长度长，且节点、构件重量重，所需吊装设备作业半径较大，构件安
装高度最高达到23米，安装难度大。

本工程为典型的单层空间网壳结构，其在结构安装阶段和结构整体形成后的空间刚度相差十分悬殊，另外由于构件长度较长，最长的构件吊装长度达到12米多，构件在自重情况下就可能产生较大的挠度，故对吊装方法提出了相应的要求。

大型吊装设备由于重量重，进场也存在较大的困难。

鉴于以上原因，本工程拟采用三台塔吊作为主要吊装设备。

根据总包对钢结构吊装阶段现场场地平面的布置要求，现场吊装阶段的施工用地非常狭小，钢结构构件的堆放场地、现场拼装场地面积明显偏小，而根据钢结构吊装进度需要，现场必须提供足够的构件堆放和拼装场地，所以钢结构安装计划的制定还必须考虑到现场场地对安装的影响。

根据对本工程以上分析的结构特点和受力性能，可以知道，钢结构安装方案的好坏将是整个项目工程实施最关键的一个重要环节，且难度也是最大。

所以吊装方案的优劣直接影响到工程质量、工期和安全。

因此选择经济可靠、快速并有可操作性的吊装方案，选择合适的吊装机械，确定合理的吊装顺序，就显得尤为重要，经反复比较与论证，钢结构安装施工采用以下方案进行安装。

采光天窗钢结构：在结构层树立临时支架，作为操作平台及钢构件支撑架，采用现场现有2台23b塔吊及一台36b塔吊进行钢构件垂直运输及安装。

屋盖分块拼装技术
由于本工程屋面网壳面积较大，为减少现场拼装胎架材料，以
及减少焊接变形，屋面网壳分块单元现场拼装采用先在楼面拼成平面分块的形式，然后再吊装。

根据现场塔吊的起吊能力及构件的重量，折叠式桁架上下弦作为构件不进行拼装，单独吊装。

中间部分联系杆组拼成单元后，进行分块吊装。

拼装场地选择在天窗下部结构楼层面上。

吊装单元的拼装胎架设置。

桁架拼装胎架设置时应先根据坐标转化后的x、y投影点铺设钢箱路基板，并相互连接形成一刚性平台（地面必须先压平、压实），平台铺设后，进行放x、y的投影线、放标高线、检验线及支点位置，形成田字形控制网，并提交验收，然后竖胎架直杆，根据支点处的标高设置胎架模板及斜撑。

胎架设置应与相应的屋盖设计、分段重量及高度进行全方位优化选择，另外胎架高度最低处应能满足全位置焊接所需的高度，胎架搭设后不得有明显的晃动状，并经验收合格后方可使用。

为防止刚性平台沉降引起胎架变形，桁架胎架旁应建立胎架沉降观察点。

在施工过程中结构重量全部荷载于路基板上时观察标高有无变化，如有变化应及时调整，待沉降稳定后方可进行焊接，如图1。

横向构件分段的吊装定位。

把横向构件分段运到吊装单元分块组装胎架旁，用50吨汽车吊吊上胎架进行定位，定对两端企口位置线，用卡马固定，与胎架斜撑仅作初步定位，以方便桁架间杆件的组装，分段吊装从中间向两端定位，先吊装中间，后吊装两端，如图2。

图1
图2
纵向构件分段的吊装定位。

把纵向构件分段运到吊装单元分块组装胎架旁，用50吨汽车吊吊上胎架进行定位，定对两端企口位置线，用卡马固定，与胎架斜撑仅作初步定位，以方便桁架间杆件的组装，分段吊装从中间向两端定位，先吊装中间，后吊装两端，如下图所示。

图3
屋盖构件高空焊接技术
本钢结构工程钢材主要为q345b，钢板、节点强度要求高，节点和构件的壁厚较厚，焊接要求高。

针对本工程钢结构屋盖结构最大高度达20米多，高空环境条件下对焊工操作影响很大。

高空风速较大，并且贯穿于现场焊接全过程，尤其是对气体保护焊的影响较大。

部分结构构件都为倾斜构件，焊接接头基本呈全位置状态，对焊工操作水平要求高。

构件数量多，因此，现场焊接量比较大。

焊接效率将直接影响到钢结构安装进度，可以说整个工程进度与焊接进度是息息相关。

本工程中钢板采用了大量的节点，焊接熔敷金属量比较多，易产生较大的焊接应力。

同时由于结构形式特殊，焊接收缩引起的结构变形不可忽视，必须有针对性的研究和对策措施。

4.1 焊接方法
根据现场焊接特点，并结合工程实际，拟采用co2药心焊丝气体保护焊和焊条手工电弧焊相结合的焊接方法。

选用co2药心焊丝气体保护焊，一是熔敷速度高，其熔敷速度为手工焊条的2～3倍，熔敷效率可达90％以上；二是气渣联合保护，电弧稳定、飞溅少、脱渣易、焊道成型美观；第三，对电流、电压的适应范围广，焊接条件设定较为容易。

对本工程这种结构外露型构件的焊接比较适宜。

因此，构件的焊接将主要采用co2药心焊丝气体保护焊。

同时由于焊条手工焊简便灵活，适应性强，将作为辅助焊接方法。

4.2 焊接坡口
本工程的构件以管件为主，根据焊接的可操作性、焊工的视线，应以单面开坡口型式为主。

现场接头拟采用单面单边v型，反面设置衬板，根部间隙6～8mm，坡口角度35°见下图。

图4
4.3 焊接工艺措施
采用多层多道焊，控制层间温度不低于预热温度，但不宜超过150℃。

采用直流反接（dc+）。

焊丝伸出长度控制在20mm左右。

保护气体流量20～25l/min。

焊条打底焊使用不大于φ4mm的焊条，根部焊道厚度不超过6mm。

焊缝构成由坡口面到中间。

焊道布置示意：
图5
4.4 焊后处理
后热处理主要是为了消氢，从而降低留在焊缝中的氢含量，减小氢致裂纹倾向。

后热温度一般为250～300℃，然后根据板厚进行一段时间的保温。

对于大运中心主体结构这种相对比较大的焊接接头，现场后热有一定的难度。

为此，我们从焊接材料、预热上采取一些措施。

首先选用低氢焊材，从熔敷金属上降低氢含量；其次，适当提高预热温度，进一步降低焊缝热影响区的冷却速度，以防止延迟裂纹的产生。

根据抚远气候特点，并结合我们以前在黑龙江省一些工程中的施工经验，我们考虑对q390可不采取后热处理，而采用焊后缓冷措施，即焊后用保温石棉包裹接头两侧不小于500mm 的范围，使整个接头冷却速度减缓。

4.5 焊接变形控制
在本工程中，焊接变形控制的关键是焊接接头焊接收缩引起的纵横方向的结构收缩变形。

焊接变形控制是一个综合控制过程，与整个结构安装顺序、测量控制、焊接工艺措施都紧密相关。

尽量采用co2气体保护焊，由于其能量密度相对较高，焊接变形也相应小一些。

总体焊接顺序对结构的变形是一个关键因素，必须制定一个科学、合理的焊接顺序来控制变形，在结构安装校正到位后，对称布置焊接点。

由于钢管直径较大，所以每个钢立柱接头安排3～4名焊工围绕接头同时施焊，采用分段、对称施焊。

每人焊接参数基本保持一致。

每个接头须连续施焊，直至焊完。

结语
文章通过结合实例来探讨空间网壳安装技术，提出网壳安装施工难点，提出可采取的安装方案及方案实施的工艺控制等要点。

施工中采用分区施工、整体提升和空中对接的综合施工法,达到了质量好、施工速度快和施工成本低的理想效果。

参考文献：
[1] 谭均挠，吴冰峰.广东科学中心主楼钢结构网壳安装技术[j]. 广东土木与建筑. 2006(06)：118~119．
[2] 刘建春，卜延渭.大跨度网壳安装方案可行性分析[j]. 土木工程学报. 1999(06)：31~33．
[3] 李淮，林剑锋.单双层混合型网壳安装技术研究[j]. 施工技术. 2010(08)：11~15．。