33m疊合鋼網殼結構屋面施工技術
————周晨 周勇
1。工程概況
1。1 專案概況
工程名稱：啟東市文化體育中心工程
建設地點：江蘇啟東新城蝶湖片區
建設單位：啟東新城文化體育服務有限公司
建築面積：約49000m
結構形式：三層框架+屋面單層曲面網殼結構
質量標準：按國家現行規範和驗收標準進行驗收，質量目標為“魯班獎”。
啟東市文化體育中心位於江蘇啟東新城蝶湖片區，結構地上四層，屋面最高處標高為29。500m，工程造價約8億元，規劃面積約200多畝，地上總建築面積約4。9萬㎡，地下停車場約2。65萬㎡，專案擬建設影劇院、文化館、博覽館、全民健身中心，是1座集大中型文藝演出、會議會展、文化交流、文藝創作、運動健身、教育培訓、文化產業、休閒娛樂於一體的現代化文化體育場所。
圖1 啟東市文化體育中心整體效果圖
圖2 啟東市文化體育中心北區效果圖
1。2 鋼結構概況
北區屋面鋼結構主要位於北區屋頂層結構上方，主要由鋼柱、樹狀柱及樹狀支撐、環帶桁架、網殼結構、混凝土斜柱之間連線環梁、懸挑鋼樑共六大部分組成，鋼結構材質主要採用Q345B。
圖3 北區鋼結構軸側圖
網殼結構採用單層網殼，網殼均採用箱型（方鋼管）截面形式，其中90%的構件截面均為400x200x8x8，其餘少量杆件截面採用400x20x10x10、400x20x12x12，網殼在南側屋蓋與北側屋蓋之間設定了連線部位軸向釋放鋼樑，用於釋放軸嚮應力，連線部位鋼樑採用H400x200x6x8型鋼截面。網殼結構整體如下圖所示。
圖4 屋面網殼結構
2。屋面網殼結構安裝施工
2。1滿堂架搭設施工方案
屋面網殼結構計劃採用搭設鋼管滿堂支撐架，分割槽安裝施工的總體思路，滿堂支撐架採用Ф48*2。8鋼管搭設，立杆縱橫向間距為1。0m，水平杆步距為1。5m，滿堂架頂部滿鋪竹笆板作為操作層。
屋面網殼結構安裝施工工況分析：
屋面網殼結構最重的節點重量約為0。8t，安裝最高標高約為33m；屋面網殼結構主要採用2臺70t汽車吊進行吊裝施工作業。LM1070型70t汽車吊選用主臂工況36。1m，接16m副臂工況，作業半徑為40m時，額定起重量為1。5t，吊機負載率為53% ，可以滿足本工程網殼結構安裝施工要求。
圖5 網殼結構安裝施工總體順序示意圖
圖6 滿堂支撐架分割槽示意圖（圖中未標明區域均為分割槽十）
採用Φ48×2。8mm的腳手架鋼管進行搭設，立杆縱橫向間距控制在1。0m以內，水平杆步距控制在1。5m以內，並根據規範設定縱橫向剪刀撐及水平剪刀撐。操作架僅作為施工作業人員施工平臺使用，操作架頂部不得集中堆載，施工活荷載應控制在3KN/㎡範圍以內。
綜上，網殼結構安裝施工時，網殼一共需滿堂支撐架約490t，網殼二共需滿堂支撐架約450t。
圖7 滿堂支撐架實景圖
2。2網殼結構安裝施工方案
網殼結構採用單層網殼，網殼均採用箱型（方鋼管）截面形式，其中90%的構件截面均為R400x200x8x8，其餘少量杆件截面採用□400x20x10x10、□400x20x12x12，網殼在南側屋蓋與北側屋蓋之間設定了連線部位軸向釋放鋼樑，用於釋放軸嚮應力，連線部位鋼樑採用H400x200x6x8型鋼截面。網殼結構整體如下圖所示。
圖8 典型網殼平面示意圖
圖9 網殼杆件與節點連線圖
屋蓋鋼網殼結構採用屋蓋下搭設滿堂腳手架和部分支撐架，從中心逐環向外安裝，先定位後施焊的方案。
總體施工順序流程：滿堂腳手架和支撐架的搭設—桁架拼裝支撐點和解除安裝點的設定—桁架分段吊裝施工就位—網殼下方樹形支撐安裝就位—網殼節點定位安裝—網殼弦杆安裝—迴圈安裝至環帶桁架位置—順序安裝環帶桁架之間網殼結構—最外側網殼結構安裝施工—連線環梁安裝施工—支承架解除安裝、拆除——屋面主結構安裝施工完成。
根據網殼的形狀，網殼的安裝為高空散裝。安裝前，先在網殼下方搭設滿堂腳手架，將網殼鼓形節點吊裝至支撐架頂部定位胎架上，然後安裝主弦杆、並將主弦杆與網殼鼓形節點焊接，以此為基準向四周展開安裝施工，直到安裝完成；然後然後支承架解除安裝，拆除承重架。安裝時從中間向兩邊推進。
安裝順序圖以網殼二區為例進行說明，總體施工順序如下圖所示：
第一步：滿堂架搭設施工完畢，開始樹狀支撐柱上方網殼結構安裝施工。
圖10 網殼結構施工第一步
第二步：繼續安裝樹狀支撐柱區域網殼結構，將其擴大連成整體。
圖11 網殼結構施工第二步
第三步：以先前安裝完成的網殼結構為基準，繼續向兩端展開安裝施工網殼結構。
圖12 網殼結構施工第三步
第四步：繼續向兩側安裝網殼結構，直至施工二區網殼結構全部安裝施工完成。
圖13 網殼結構施工第四步
圖14 施工完成後
2。3網殼安裝時測量控制
根據土建總包方測量控制網，測量I級控制點設在結構外側，並形成一導線閉合環；II級控制設定在結構內部，由I級控制點加密形成控制方格網，方便細部的測設工作。
屋面網殼結構的測量控制主要控制樹狀支撐結構以及網殼節點的空間位置，安裝前用全站儀測出網殼節點的空間位置，用水準儀進行同圈橢圓環內的標高的調整。
定位時先定出中部位置的網殼節點，並進行反覆校核，然後再定出外側一圈的網殼節點，以次類推。
由於網殼的靜荷載及承重架的自重影響，組裝胎架可能出現不同程度的沉降變形情況，為保證及時的觀測沉降變形情況，在整個工程施工期間每天用水準儀進行沉降變形觀測並做好記錄，以便在網殼標高控制時做相應的調節。
變形觀測主要分三次進行，第一次在主體網殼安裝完成後，第二次在支撐架拆除後，第三次在拉索張拉完成後。
測控時以外部以一級控制網為基礎，定出網殼支座中心線位置，進一步定出主管中心線位置。
標高的控制透過空間轉換，推算出主杆相對於支座的標高變化，以支座標高為基準進行相對控制，在支撐架上做好相應的標記。
3。鋼結構安裝質量影響因素與對策措施
3。1 影響鋼結構安裝質量因素
我們透過研究分析與現場調查，得出以下影響因素。
3。2 解決措施
3。2。1組織相關人員學習吊裝工藝和程式，並做好技術安全交底
多次對吊裝小組人員召開技術交底會，並在鋼結構吊裝前進行方案交流會，瞭解、熟悉吊裝工藝及要點，解決技術難題，使吊裝人員做到心中有數。
圖15 現場技術交底
3。2。2透過BIM技術建立三維立體控制網，採用全站儀使用座標放樣
（1）利用CAD施工圖建立BIM模型
圖16 鋼網殼BIM模型
圖17 鋼網殼現場實拍照片
（2）利用建立好的BIM模型確定專案三維座標，並據此建立立體控制網。
（3）利用三維座標採用全站儀進行放樣並複測精度。
3。2。3透過BIM技術建立鋼構件三維模型，結合現場複核，數字化加工。
（1）利用鋼結構深化圖紙，透過Tekla鋼結構建模軟體進行鋼構件建模、模型資訊收集以及設計出圖。
根據結構施工圖建立軸線佈置和搭建杆件實體模型。匯入AutoCAD中的單線佈置，並進行相應的校合和檢查，保證兩套軟體設計出來的構件資料理論上完全吻合，從而確保了構件定位和拼裝的精度。建立軸線系統及建立、選定工程中所要用到的截面型別、幾何引數。
圖18 構件BIM模型
根據設計院圖紙對模型中的杆件連線節點、構造、加工和安裝工藝細節進行安裝和處理。在整體模型建立後，需要對每個節點進行裝配，結合工廠製作條件、運輸條件，考慮現場拼裝、安裝方案及土建條件。
對搭建的模型進行“碰撞校核”，進行整體校核、審查。所有連線節點裝配完成之後，運用“碰撞校核”功能進行所有細微的碰撞校核，以檢查在建模過程中的誤差，這一功能執行後能自動列出所有結構上存在碰撞的情況，以便核實更正，透過多次執行，最終消除一切詳圖設計誤差。
（2）基於3D實體模型的設計出圖。
基於3D實體模型圖紙工廠數字化加工，運送至施工現場後，進行相應的校核和檢查。
4、效益分析
5。結語
疊合鋼網殼結構實體效果如下：
圖20 疊合鋼網殼結構實體效果
透過組織相關人員學習吊裝工藝和程式、BIM技術、完善原有施工方案等措施，有效的提高了鋼結構安裝質量，提高了生產效率，提高了材料利用率，降低了人工投入，保障了安全文明施工，打造了一支保質、保量、報進度的專業隊伍，獲得了政府的認可，同時也在鋼結構吊裝上獲得了寶貴經驗。