CN114086669B - 一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法，解决现有技术施工效率低、安装精度不理想及存在大量高空作业风险的技术问题。本发明搭设时将大型空间异形曲面焊接球钢网架分成若干块网架分块，在地面搭设胎架拼装网架分块，拼装完网架分块后在大型空间异形曲面焊接球钢网架就位点搭设高空支架，将分块拼装好的网架分块通过高空支架分块吊装就位；卸载时将大型空间异形曲面焊接球钢网架分成若干个分区网架，以分区进行卸载，便于提前进行混凝土浇筑施工；在地面拼装网架分块时，对地面进行加固以满足拼装承载力要求，调整胎架顶标高以适应网架分块的空间异形结构。本发明可有效提高安装精度与安装速度，同时还能降低安全风险。

Description

一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法

技术领域

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法。

背景技术

网架结构由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。具有空间受力小、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；可用作体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨蓬、飞机库、双向大柱距车间等建筑的屋盖。缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。

网架结构是一种空间杆系结构，受力杆件通过节点按一定规律连接起来。节点一般设计成铰接，杆件主要承受轴力作用，杆件截面尺寸相对较小。这些空间汇交的杆件又互为支承，将受力杆件与支撑系统有机地结合起来，因而用料经济。由于结构组合有规律，大量的杆和节点的形状、尺寸相同，便于工厂化生产，便于工地安装。

网架结构一般是高次超静定结构，能较好地承受集中荷载、动力荷载和非对称荷载，抗震性能好。网架结构能够适应不同跨度、不同支承条件的公共建筑和工厂厂房的要求，也能适应不同建筑平面及其组合。1981年5月我国颁布了《网架结构设计与施工规定》(JGJ7-80)，1991年9月又将其进行修订颁布了《网架结构设计与施工规程》(JGJ7-91)，2010年7月将网架结构、网壳结构和立体管桁架结构等相关条文进行了结合颁布了《空间网格结构技术规程》

(JGJ7―2010)。此外，针对网架结构螺栓球节点及其配件，我国专门颁布了《钢网架螺栓球节点》(JG/T10―2009)和《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》

(GB/T16939--2016)，针对网架结构焊接球节点及其配件，颁布了《钢网架焊接空心球节点》(JG/T11-2009)，一些省份甚至出台了针对节点生产制作的地方标准，例如江苏省地方标准《钢网架(壳)螺栓球节点锥头技术规范》(DB32/952-2006)。这些相关标准是对我国目前网架结构工程和科研成果的总结，有力地推动了我国网架结构的发展。

目前传统网架结构施工方法主要有两种，一种是原位安装，即搭设满堂架，网架结构以球节点为定位基点进行高空散装，其施工速度慢，安装精度不理想，同时还存在高空作业风险；另一种是在地面或者场地外将网架结构拼装成整体，然后采用顶升(提升)、滑移或多机抬吊等方法使网架整体就位，网架结构整体重量重导致安装设备成本成倍增加，同时施工效率低。传统的大跨度钢结构在卸载时通常都是在整体结构全部施工完成后整体对称的进行结构卸载，安装效率低。

因此，设计一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法，以至少解决上述部分技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法，尤其涉及网架内部施工场地穿插施工复杂，难以搭设满堂脚手架，工期要求紧张的大跨度异型空间削冠焊接球网架施工方法，以提高施工速度、降低高空作业风险、减少支架用量节约成本、同时能保证安装精度要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法，搭设时，将大型空间异形曲面焊接球钢网架分成若干块网架分块，在地面搭设胎架拼装网架分块，网架分块拼装完成后在大型空间异形曲面焊接球钢网架就位地点搭设高空支架，将分块拼装好的网架分块通过高空支架快速分块吊装就位；卸载时，将大型空间异形曲面焊接球钢网架分成若干个分区网架，卸载时分区卸载以提前将工作界面交给屋面混凝土浇筑施工；在地面拼装网架分块时，对地面进行加固以满足拼装承载力要求，同时调整胎架以适应网架分块的空间异形结构。

进一步地，高空支架搭设于下层结构梁柱上，大型空间异形曲面焊接球钢网架与高空支架直接建立在一起以保证安装精度，并且高空支架搭设于相应分片网架的边界位置以承担周边数个网架分块的部分重量。

进一步地，大型空间异形曲面焊接球钢网架施工采用分片卸载，在大型空间异形曲面焊接球钢网架施工完成3个跨度之后，后续大型空间异形曲面焊接球钢网架继续施工，此时第一跨大型空间异形曲面焊接球钢网架即开始卸载，卸载前通过有限元软件模拟卸载过程及位移量用于指导卸载施工，以精确计算网架及混凝土在分区提前卸载后的下挠变形，并在后续安装过程中提前将变形通过控制网架安装支架标高，提供预拱值补偿到结构上，从而满足结构整体施工变形的要求。

进一步地，将大型空间异形曲面焊接球钢网架分成若干块网架分块时，网架分块结构本身为一个完整受力体以保证后续吊装时结构受力，网架分块结构自重需适合后续网架分块吊装时吊装设备的起吊能力，网架分块的分块位置要处于下部结构有梁柱的位置处，以保证吊装网架分块的高空支架搭设于下部结构梁柱上并顺利传力至下部结构。

进一步地，在地面搭设胎架拼装网架分块时，按如下步骤进行：

步骤1、杆件进场；

步骤2、场地平整；

步骤3、混凝土基础施工；

步骤4、搭设拼装胎膜架；

步骤5、放线测量；

步骤6、拼装网架分块；

步骤7、复核无误后点焊固定对接焊接；

步骤8、全面焊接；

步骤9、超声波探伤，若合格，则下一步骤，若不合格，则返回上一步骤；

步骤10、网架分块检查验收，脱模；

步骤11、脱模测量，下一榀网架分块拼装。

进一步地，在搭设拼装胎膜架过程中、在放线测量过程中、在拼装网架分块过程中、在复核无误后点焊固定对接焊接过程中、以及在全面焊接过程中，均需采用全站仪进行全程监测；在杆件进场和场地平整时，大型空间异形曲面焊接球钢网架构件依据现场施工的网架分块和施工顺序，分区分构件类别打包发运至施工现场，大型空间异形曲面焊接球钢网架的构件堆放场地和拼装场地需平整牢固，软弱回填区域做适当硬化处理，到场构件分区分类堆放，按需取用，避免混淆，规划12米×30米的单个拼装场地，以满足两个小吊装单元的整体拼装或一个大吊装单元的拼装；拼装场地事先对场地平整夯实，满铺厚度20mm以上钢板作为胎架平面。

进一步地，在所述步骤4中，搭设拼装胎膜架时，大型空间异形曲面焊接球钢网架的地面拼装需为每个网架分块单独设置拼装胎架，拼装胎架立杆使用180mm×6mm圆管，外部加设角钢支撑，胎架用H250mm型钢组合成支撑底座，放样节点支撑坐标，固定节点焊接球，再在球与球之间连接杆件形成网架吊装单元。

进一步地，在所述步骤6中，拼装网架分块时，先拼装成小立体单元，再由此为中心向四周扩散拼装，拼装过程中按照下弦钢球→下弦杆→上弦钢球→斜腹杆→上弦杆的顺序依次拼装，并且按如下步骤拼装：

步骤(1)、放线、验线，放置下弦节点垫板，完成4个节点处下弦螺栓球及节点间的下弦杆定位安装以形成底部小单元；

步骤(2)、在底部小单元一侧继续安装下弦螺栓球及下弦杆以形成与之并排的底部小单元；

步骤(3)、在底部小单元上安装节点间上弦螺栓球和腹杆，并完成上弦螺栓球节点间的上弦杆；

步骤(4)、重复步骤(2)和步骤(3)，进行网架分块拼装。

进一步地，在拼装过程中，随时检查基准轴线位置、标高及垂直度偏差，发现大于施工工艺允许偏差时及时纠正；

上弦螺栓球为削冠焊接球，上弦杆为矩形焊接管，一个节点的上弦螺栓球上平面与四个方向的上弦杆上表面平齐，以保证网架屋面的平整度，用于铺设等厚混凝土屋面。

进一步地，网架分块通过高空支架快速分块吊装就位时，按如下步骤进行：

步骤1)、搭设临时支架

支架搭设采用在现场外部场地将支架结构做成标准节段，采用履带吊吊装就位的方法搭设就位，标准节段间采用螺栓连接，减少高空作业；临时支架根据支撑点投影到对应楼层面上，对落位于交叉钢梁上的临时支架立柱，直接在钢梁对应楼板位置设置埋件，用于支撑临时支架立柱；对未能落位于框架梁上的临时支架立柱，在底座上设置相应转换梁，使未能落位于框架梁上的临时支架立柱落位于转换梁上以将荷载转移到结构梁上；对未能落位于框架梁上并且还无法设置转换梁的临时支架立柱，则将该类型临时支架立柱延长至下一层，通过下一层框架梁或转换梁支撑；

步骤2)、分块吊装准备

网架分块地面吊装前除了对支撑点进行复测外，需要对已安装的框架控制点进行测量，测量数据通过模型分析，在地面拼装胎架上拼装吊装分区，调整结构安装姿态，每一个网架分块吊装时，安装定位均使用原始模型坐标控制，避免出现偏差累积；

步骤3)、调整吊装空间姿态

网架分块吊装时采用单机四吊点吊装，其中三吊点钢丝绳上分别设置一个调节葫芦，以最小60°夹角时，钢丝绳受力最大；网架分块在工装胎架上采取水平工位拼装，根据吊耳位置调整4个吊点钢丝绳长度，以适应网架分块起吊后非水平就位要求，使得网架分块上4个吊点能同时受力起吊，保持网架分块在脱离工装胎架时的平稳性；当网架分块整体脱离工装胎架后，通过调节葫芦控制网架分块与地面最小距离不超过30cm，再通过调节葫芦调整网架分块姿态角度与就位姿态相一致，即可进行吊装就位。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明设计科学合理，使用方便，先在地面搭设小区域的支架将空间异型网架分小片在地面拼装完成，此时网架在地面拼装减少了高空作业，提高了安装精度与安装速度，降低了安全风险。然后在网架就位位置根据前面的分片区域搭设部分高空支架，将地面拼装完成的小片网架在高空吊装就位，完成整个结构的安装。

为了达到快速施工的目的，本方法网架卸载不在网架结构安装全部完成后进行，而是采用分区域卸载的方式。在完成数个跨度的结构后将前面部分区域的网架进行卸载，因此本方法减少了支架搭设数量，分区域提前卸载，整体提高了施工速度，达到了快速安装的目的。

本发明依靠标准厂房行车梁为支撑，桁架支撑腿根据屋顶高度设置，很好的解决了底瓦施工工人操作高度受限问题，可以用于各种高度标准厂房底瓦施工。

本发明桁架可移动，而且工人在平台上活动范围更大，解决了施工区域受限问题，安装底瓦更快更方便，提高了施工效率。

本发明提供了一种自重轻、安全系数高、承载力大、施工面宽、成本投入低的施工方法，通过该方法安装屋面底瓦方便快捷、省时省力。

本发明方法摆脱了传统屋面压型底瓦局部施工的方法，在厂房跨度大且工期要求紧的情况下，利用操作平台承载力大、施工面宽和可移动的特点，可实现整体施工，节约了工期，提高了效率。该可移动式操作平台拆装方便快速，可循环利用，自重轻，成本低，是一种可推广应用且可大批量生产的标准钢结构厂房底瓦施工的措施平台。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

图2为本发明网架拼装胎架示意图。

图3为本发明网架拼装时下弦杆安装示意图。

图4为本发明网架拼装时继续安装下弦螺栓球及下弦杆示意图。

图5为本发明网架拼装时安装上弦螺栓球节点和腹杆示意图。

图6为本发明网架拼装时继续安装上弦螺栓球节点和腹杆示意图。

图7为本发明网架拼装示意图。

图8为本发明网架拼装方向及监控示意图。

图9为本发明削冠球节点拼装示意图。

图10为本发明另一削冠球节点拼装示意图。

图11为本发明结构与技术措施一体化建模示意图。

图12为本发明模拟分析支架受力变形图(单位mm)。

图13为本发明模拟分析支架受力杆件应力比图。

图14为本发明支撑架落位于正交钢梁支撑架布置示意图。

图15为本发明支撑架转换梁设置示意图。

图16为本发明支撑架转换梁设置另一示意图。

图17为本发明悬空支撑架设置示意图。

图18为本发明艺术馆网架吊装分布图。

图19为本发明图书馆网架吊装分布图。

图20为本发明网架起吊时的姿态示意图。

图21为本发明网架构件空中姿态示意图。

图22为本发明卸载器与结构连接节点示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-22所示，本发明提供的一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法，搭设时，将大型空间异形曲面焊接球钢网架分成若干块网架分块，在地面搭设胎架拼装网架分块，网架分块拼装完成后在大型空间异形曲面焊接球钢网架就位地点搭设高空支架，将分块拼装好的网架分块通过高空支架快速分块吊装就位；卸载时，将大型空间异形曲面焊接球钢网架分成若干个分片网架，卸载时分片卸载以提前将工作界面交给屋面混凝土浇筑施工；在地面拼装网架分块时，对地面进行加固以满足拼装承载力要求，同时调整胎架以适应网架分块的空间异形结构。本发明设计科学合理，使用方便，先在地面搭设小区域的支架将空间异型网架分小片在地面拼装完成，此时网架在地面拼装减少了高空作业，提高了安装精度与安装速度，降低了安全风险。然后在网架就位位置根据前面的分片区域搭设部分高空支架，将地面拼装完成的小片网架在高空吊装就位，完成整个结构的安装。

本发明高空支架搭设于下层结构梁柱上，大型空间异形曲面焊接球钢网架与高空支架直接建立在一起以保证安装精度，并且高空支架搭设于相应分片网架的边界位置以承担周边数个网架分块的部分重量。

本发明大型空间异形曲面焊接球钢网架施工采用分片卸载，在大型空间异形曲面焊接球钢网架施工完成3个跨度之后，后续大型空间异形曲面焊接球钢网架继续施工，此时第一跨大型空间异形曲面焊接球钢网架即开始卸载，卸载前通过有限元软件模拟卸载过程及位移量用于指导卸载施工，以精确计算网架及混凝土在分区提前卸载后的下挠变形，并在后续安装过程中提前将变形通过控制网架安装预拱值补偿到结构上，从而满足结构整体施工变形的要求。

本发明将大型空间异形曲面焊接球钢网架分成若干块网架分块时，网架分块结构本身为一个完整受力体以保证后续吊装时结构受力，网架分块结构自重需适合后续网架分块吊装时吊装设备的起吊能力，网架分块的分块位置要处于下部结构有梁柱的位置处，以保证吊装网架分块的高空支架搭设于下部结构梁柱上并顺利传力至下部结构。

为了达到快速施工的目的，本方法网架卸载不在网架结构安装全部完成后进行，而是采用分区域卸载的方式。在完成数个跨度的结构后将前面部分区域的网架进行卸载，因此本方法减少了支架搭设数量，分区域提前卸载，整体提高了施工速度，达到了快速安装的目的。

本发明网架分块通过高空支架快速分块吊装就位时，按如下步骤进行：

步骤1)、搭设临时支架

支架搭设采用在现场外部场地将支架结构做成标准节段，采用履带吊吊装就位的方法搭设就位，标准节段间采用螺栓连接，减少高空作业；临时支架根据支撑点投影到对应楼层面上，对落位于交叉钢梁上的临时支架立柱，直接在钢梁对应楼板位置设置埋件，用于支撑临时支架立柱；对未能落位于框架梁上的临时支架立柱，在底座上设置相应转换梁，使未能落位于框架梁上的临时支架立柱落位于转换梁上以将荷载转移到结构梁上；对未能落位于框架梁上并且还无法设置转换梁的临时支架立柱，则将该类型临时支架立柱延长至下一层，通过下一层框架梁或转换梁支撑；

步骤2)、分块吊装准备

网架分块地面吊装前除了对支撑点进行复测外，需要对已安装的框架控制点进行测量，测量数据通过模型分析，在地面拼装胎架上拼装吊装分区，调整结构安装姿态，每一个网架分块吊装时，安装定位均使用原始模型坐标控制，避免出现偏差累积；

步骤3)、调整吊装空间姿态

网架分块吊装时采用单机四吊点吊装，其中三吊点钢丝绳上分别设置一个调节葫芦，以最小60°夹角时，钢丝绳受力最大；网架分块在工装胎架上采取水平工位拼装，根据吊耳位置调整4个吊点钢丝绳长度，以适应网架分块起吊后非水平就位要求，使得网架分块上4个吊点能同时受力起吊，保持网架分块在脱离工装胎架时的平稳性；当网架分块整体脱离工装胎架后，通过调节葫芦控制网架分块与地面最小距离不超过30cm，再通过调节葫芦调整网架分块姿态角度与就位姿态相一致，即可进行吊装就位。

本发明依靠标准厂房行车梁为支撑，桁架支撑腿根据屋顶高度设置，很好的解决了底瓦施工工人操作高度受限问题，可以用于各种高度标准厂房底瓦施工。

本发明桁架可移动，而且工人在平台上活动范围更大，解决了施工区域受限问题，安装底瓦更快更方便，提高了施工效率。

本发明提供了一种自重轻、安全系数高、承载力大、施工面宽、成本投入低的施工方法，通过该方法安装屋面底瓦方便快捷、省时省力。

本发明方法摆脱了传统屋面压型底瓦局部施工的方法，在厂房跨度大且工期要求紧的情况下，利用操作平台承载力大、施工面宽和可移动的特点，可实现整体施工，节约了工期，提高了效率。该可移动式操作平台拆装方便快速，可循环利用，自重轻，成本低，是一种可推广应用且可大批量生产的标准钢结构厂房底瓦施工的措施平台。

本发明在地面搭设胎架拼装网架分块时，按如下步骤进行：

步骤1、杆件进场；

步骤2、场地平整；

步骤3、混凝土基础施工；

步骤4、搭设拼装胎膜架；

步骤5、放线测量；

步骤6、拼装网架分块；

步骤7、复核无误后点焊固定对接焊接；

步骤8、全面焊接；

步骤9、超声波探伤，若合格，则下一步骤，若不合格，则返回上一步骤；

步骤10、网架分块检查验收，脱模；

步骤11、脱模测量，下一榀网架分块拼装。

本发明在搭设拼装胎膜架过程中、在放线测量过程中、在拼装网架分块过程中、在复核无误后点焊固定对接焊接过程中、以及在全面焊接过程中，均需采用全站仪进行全程监测；在杆件进场和场地平整时，大型空间异形曲面焊接球钢网架构件依据现场施工的网架分块和施工顺序，分区分构件类别打包发运至施工现场，大型空间异形曲面焊接球钢网架的构件堆放场地和拼装场地需平整牢固，软弱回填区域做适当硬化处理，到场构件分区分类堆放，按需取用，避免混淆，规划12米x30米的单个拼装场地，以满足两个小吊装单元的整体拼装或一个大吊装单元的拼装；拼装场地事先对场地平整夯实，满铺厚度20mm以上钢板作为胎架平面。

本发明在所述步骤4中，搭设拼装胎膜架时，大型空间异形曲面焊接球钢网架的地面拼装需为每个网架分块单独设置拼装胎架，拼装胎架立杆使用180mmX6mm圆管，外部加设角钢支撑，胎架用H250mm型钢组合成支撑底座，放样节点支撑坐标，固定节点焊接球，再在球与球之间连接杆件形成网架吊装单元。

本发明在所述步骤6中，拼装网架分块时，先拼装成小立体单元，再由此为中心向四周扩散拼装，拼装过程中按照下弦钢球→下弦杆→上弦钢球→斜腹杆→上弦杆的顺序依次拼装，并且按如下步骤拼装：

步骤(1)、放线、验线，放置下弦节点垫板，完成4个节点处下弦螺栓球及节点间的下弦杆定位安装以形成底部小单元；

步骤(2)、在底部小单元一侧继续安装下弦螺栓球及下弦杆以形成与之并排的底部小单元；

步骤(3)、在底部小单元上安装节点间上弦螺栓球和腹杆，并完成上弦螺栓球节点间的上弦杆；

步骤(4)、重复步骤(2)和步骤(3)，进行网架分块拼装。

本发明在拼装过程中，随时检查基准轴线位置、标高及垂直度偏差，发现大于施工工艺允许偏差时及时纠正；上弦螺栓球为削冠焊接球，上弦杆为矩形焊接管，一个节点的上弦螺栓球上平面与四个方向的上弦杆上表面平齐，以保证网架屋面的平整度，用于铺设等厚混凝土屋面。

本发明一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法，步骤如下，首先为了达到大型空间异形曲面焊接球钢网架快速施工的目的，研究了网架地面搭设胎架分块散拼，精准确定局部分块网架的外形，减少高空作业，提高施工速度。然后在网架就位地点设置高空支架，网架分块吊装快速就位，分区卸载，达到精确快速施工的目的。其次为了达到大型空间异形曲面焊接球钢网架快速施工的目的，研究网架施工采用分片卸载，提前将工作界面交给屋面混凝土浇筑流程。本方法研究的双曲网架钢结构，其屋面为大面积的种植屋面，因此屋盖系统为钢筋桁架楼承板+混凝土屋面。混凝土浇筑时间紧且对网架产生的荷载较大，为了达到快速施工，下部结构尽快穿插的目的，工法改变传统的网架施工整体安装完成，混凝土浇筑后统一卸载的方法，采用分区网架和混凝土协同卸载的方法。工法实施需要精确计算网架及混凝土在分区提前卸载后的下挠变形，并在安装过程中提前将变形通过控制网架安装预拱值补偿到结构上，从而满足结构整体施工变形的要求。

本发明网架在地面拼装。地面拼装时要对地面，进行加固，满足拼装承载力的要求，由于网架为空间异型网架，因此每个分块网架拼装时地面拼装胎架都必须按照网架的空间造型进行调整。在网架最终就位位置要搭设部分高空支架，高空支架下部一般直接支承于下层结构梁柱上，并能够可靠承担分片网架的重量。同时该支架一般搭设在分片网架的边界位置，并承担周边数个网架的部分重量。

本发明网架施工采用分片卸载，不同于传统网架结构整体施工完成后统一卸载，本方法在网架施工完成3个跨度之后，后续的网架可以继续施工，此时第一跨的网架即开始卸载，此时卸载部分网架对后续安装网架的变形影响应通过结构分析软件提前进行分析，在后续网架安装时其支架要将分析结果考虑在内，保证后续安装的网架满足设计要求，尽快将工作界面交给屋面混凝土浇筑流程。网架结构与高空支撑支架在结构模型中直接建立在一起，保证安装精度。

本发明在进行拼装操作时，分别以图书馆和艺术馆为例，按如下步骤进行施工。

1)网架构件组织与拼装场地处理

网架构件依据现场的施工分块和施工顺序，分区分构件类别打包发运至施工现场，网架的构件堆放场地和拼装场地需平整牢固，软弱回填区域做适当硬化处理，到场构件分区分类堆放，按需取用。避免混淆。规划12米x30米的单个拼装场地，可以满足两个小吊装单元的整体拼装或一个大吊装单元的拼装。拼装场地事先对场地平整夯实，满铺厚度20mm以上钢板作为胎架平面。

2)拼装胎架搭设

空间曲面网架的地面拼装需为每个拼装单元单独设置拼装胎架，拼装胎架立杆使用180X6圆管，外部加设角钢支撑，图书馆设置8副胎架，配置1台150t履带吊及3台25t汽车吊拼装；艺术馆拼装配置1台150t履带吊及4台25t汽车吊拼装；外围场地配置3台25t汽车吊拼装，地下室顶板区域使用塔吊拼装。

胎架用H250mm型钢组合成支撑底座，放样节点支撑坐标，固定节点焊接球，再球与球之间连接杆件形成网架吊装单元，如图2所示。单个拼装场地投入10个拼装工，8个焊工，4天完成作业，配置2台不小于25吨的汽车吊作为拼装机械。

3)网架的拼装

屋盖网架拼装按照由中间向四周扩散方案进行拼装，拼装过程遵循“小拼→中拼→大拼”的原则进行，拼装从中间开始，向四周进行。先拼装成小立体单元，拼装顺序：下弦钢球→下弦杆→上弦钢球→斜腹杆→上弦杆，然后依上述顺序向两边对称拼装，具体下步骤：

一、放线、验线，放置下弦节点垫板，完成4个下弦螺栓球节点及节点间的下弦杆安装定位，如图3所示。

二、继续安装下弦螺栓球及下弦杆，如图4所示。

三、安装上弦螺栓球节点和腹杆，如图5所示。

四、继续安装上弦螺栓球节点和腹杆，并完成上弦螺栓球节点间的上弦杆，如图6所示。

五、按上述流程，进行钢网架安装，如图7所示。

拼装过程中，随时检查基准轴线位置，标高及垂直度偏差；发现大于施工工艺允许偏差时，及时纠正，如图8所示。

4)拼装时削冠焊接球的定位

图书馆与艺术馆上弦球为削冠焊接球，上弦杆件为矩形焊接管，一个节点球削冠上平面与四个方向的上弦矩管上表面平齐，以保证网架屋面的平整度，用于铺设等厚混凝土屋面。

削冠焊接球定位时需要满足四个不同角度方向的上弦矩管上表面与削冠节点球的上表面平齐，且一个上弦矩管上表面对应两个不同角度的上弦球。如图9和10所示。

在现场拼装制作中，对于每个节点球的倾斜角度均不相同的情况，需要在模型构筑的基础上，对每个节点球的拼装位置和角度进行精确的坐标定位，并配以上弦杆件的连接校对。

网架拼装完成后，对网架控制关键点的位置、斜度、夹板角度以及焊缝等进行二次检查，并留作合格标记。同时根据吊装和监控需要，在焊接球定位最低处以及削冠面中心点处设置定位观测标识。为避免因角度影响，即使调整仪器观测角度仍无法满足监控数据采集需要的，在球下半区域，用直径200mm的圆环印制一道环向标记，并做区分标志。

本发明在进行分块吊装时，按如下步骤进行。

1、临时支架设计

网架各分块吊装位置的支架需设计复核其承载力。本发明采用在进行结构三维模型工艺细节处理的同时，将施工措施支架进行一体化建模，如图11所示，支架包括作业平台等，实现结构与技术措施的精确放样及共同受力分析，保证结构稳定。

支撑架结构采取在独立格构式支撑架，支撑架由高度15m单元及其连接杆件构成，形成便于安拆的装配式体系，节点通过安装螺栓连接，顶部设置可拆卸的调节段及作业平台，下部支承于独立基础上。

利用Midas结构设计软件对支撑架别进行计算分析，以15m高支撑架为例，设计结构重要性系数取1，恒载除结构自重外，通过对原设计模型中增加支点提取反力，以点荷载形式施加于支撑架顶部支撑点上，荷载组合考虑1.30恒载+1.50活荷载，模拟分析结果如如图12和13所示。

根据计算分析，支撑体系最大位移-16.4mm，最大应力比0.80，设计满足规范要求。

2、临时支架的搭设

支架搭设采用在现场外部场地将支架结构做成标准节段，采用履带吊吊装就位的方法搭设就位，标准节段间采用螺栓连接，减少高空作业。

临时支架根据支撑点，投影到对应楼层面上，支架立柱均落位与下部框架梁上，个别未能落位于框架梁上的支撑点，下部设置转换梁进行转换具体方法按如下步骤进行：

(1)支撑架位于交叉钢梁上，直接在钢梁对应楼板位置设置埋件，用于支撑支撑架立杆，如图14所示。

(2)部分支撑架未能落位于钢梁上，但通过在底座设置转换梁，可将落位于板的立柱荷载转移到结构梁上，如图15和16所示。

(3)部分支撑架立柱无法落位于框架梁上也无法设置转换梁，则该立柱延长至下一层，通过下一层框架梁或转换梁支撑，如图17所示。

支撑架详细规格如下：支撑架根据使用高度不同分为3种型号，每种型号划分为3米和4米标准节段的组合。其中立柱截面H100×100×6×8的型号用于10米以内高度的支撑架，立柱截面H150×150×7×10的型号用于10米～15米高度的支撑架，立柱截面P180×6的型号用于15米以上高度的支撑架。腹杆与水平杆均采用L75×5mm的角钢支撑，连接采用M16的螺栓连接。材质均采用Q235。

3、分块吊装准备

地面分块网架吊装前除了对支撑点进行复测外，需要对已安装的框架控制点进行测量，测量数据通过模型分析，在地面拼装胎架上拼装吊装分区，调整结构安装姿态，每一个分区吊装时，安装定位均使用原始模型坐标控制，避免出现偏差累积。

4、分块吊装机械选定

分块网架吊装前需要根据各分块网架重量选定吊装设备及其站位。

艺术馆上部网架一般分为9m×18m的吊装单元，吊重约23吨。其中部分区域网架存在18m×18m的吊装单元，吊重约32～72吨。共计吊装单元50块。西侧构件均需采用履带吊机超起工况实施，东侧构件可部分使用履带吊机主臂工况实施，吊机支撑点距离基坑边线6米以上的位置，选用500吨履带吊机，吊装半径大于40米的吊装单元选用超起工况，该工况下最大作业半径90米，配重230吨时，额定起重重量为37.5吨。40米作业半径内，主臂工况下额定起重量27.6吨。28米作业半径内，主臂工况下额定起重重量为46.1吨。进行吊装作业，满足网架钢结构吊装需求。艺术馆网架吊装分布如图18所示。

图书馆上部网架分为9m×9m的吊装单元，吊重约12吨。其中北侧吊装单元距离吊机占位较近，该区域网架分为9m×18m的吊装单元，吊重约24吨。共计吊装单元35块。图书馆网架采用两条施工路线，由2-G轴线为分界线，400吨履带吊机吊装分界线西侧构件单元(编号T1#～T21#)，350吨履带吊机吊装分界线东侧构件单元(编号T21#～T31#)，其中东侧T32#～T35#吊装单元重量较重，350吨履带吊机作业工况无法满足，需400吨履带吊机拆卸移动至东侧施工作业区，吊装该4榀东侧网架。图书馆网架吊装分布如图19所示。

5、吊装空间姿态调整

吊装过程中钢丝绳、卸扣、手拉葫芦以及吊耳均应根据吊装实际重量按规范要求进行选用。

如图20所示，网架吊装采用单机四吊点吊装，以最小60°夹角时，钢丝绳受力最大。网架在胎架上拼装是采取的水平工位；而网架起吊后就位则多是倾斜状态，因此应根据吊耳位置调整4个吊点钢丝绳长度，使得构架上4个吊点能基本同时受力起吊，保持网架构件在脱离工装胎架的时候时平稳的。

如图21所示，当构件整体脱离工装胎架后，保持网架构件与地面最小距离不超过30cm。利用设置的调节葫芦，在起吊构件30cm时，调整②②葫芦，使得构件形成一定角度，同时保持网架构件与地面最小距离不超过30cm。以此类推进行调整。同理，最后调整①②葫芦，使得网架最后形成就位时的姿态角度。吊点处，构件就位时的标高差值提前与模型中查出。

本发明在进行网架分片卸载时，支撑架卸载在网架安装焊接完成焊缝检测满足条件后，网架形成稳定的结构体系。再依据网架支点支撑情况进行卸载，卸载前指定卸载顺序，并通过MIDAS模拟卸载过程及位移量，用于指导卸载施工。

卸载节点设计。如图22所示，卸载节点包括主、次支托及液压千斤顶预留空间，安装阶段，通过次支托将结构重力传至支撑架顶，次支托底部预设2～3块钢垫片，每块垫片厚度均通过机加工打磨至与各支撑点分级卸载量一致，卸载阶段，将液压千斤顶置入预留空间顶紧主支托实施卸载。

卸载控制。通过设置在支架顶上的可调节支承装置来进行卸载，卸载前通过计算确定每个支撑点的卸载量及卸载步数，并确定每次卸载的量，然后根据卸载量加工相应数量的钢板垫片，卸载前屋盖支撑点支撑在仿形钢管支撑上，卸载时，用千斤顶同步将仿形支撑点顶高3mm，然后工人抽出支点处最顶端的钢板垫片，千斤顶回落，钢结构落位至支撑点处，实现第一步的卸载，通过上述方法，按分步骤多次循环、微量下降的原则，来实现荷载平稳转移。

卸载过程遵循同步、等比例、对称的原则进行。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法，其特征在于，搭设时，将大型空间异形曲面焊接球钢网架分成若干块网架分块，在地面搭设胎架拼装网架分块，网架分块拼装完成后在大型空间异形曲面焊接球钢网架就位地点搭设高空支架，将分块拼装好的网架分块通过高空支架快速分块吊装就位；卸载时，将大型空间异形曲面焊接球钢网架分成若干个分片网架，卸载时分片卸载以提前将工作界面交给屋面混凝土浇筑施工；在地面拼装网架分块时，对地面进行加固以满足拼装承载力要求，同时调整胎架以适应网架分块的空间异形结构；

大型空间异形曲面焊接球钢网架施工采用分区卸载，在大型空间异形曲面焊接球钢网架施工完成3个跨度以上之后，后续大型空间异形曲面焊接球钢网架继续施工，此时第一跨大型空间异形曲面焊接球钢网架即开始卸载，卸载前通过有限元软件模拟卸载过程及位移量用于指导卸载施工，精确计算网架及混凝土在分区提前卸载后的下挠变形，并在后续安装过程中提前将该变形通过控制网架安装支架标高，提供预拱值补偿到结构上，从而满足结构整体施工变形的要求；

大型空间异形曲面焊接球钢网架施工采用分区卸载方法包括以下步骤：

步骤A、支撑架卸载在网架安装焊接完成焊缝检测满足条件后，网架形成稳定的结构体系，再依据网架支点支撑情况进行卸载，卸载前指定卸载顺序，并通过MIDAS模拟卸载过程及位移量，用于指导卸载施工；

步骤B、通过设置在支架顶上的可调节支承装置来进行卸载，卸载前通过计算确定每个支撑点的卸载量及卸载步数，并确定每次卸载的量，然后根据卸载量加工相应数量的钢板垫片，卸载前屋盖支撑点支撑在仿形钢管支撑上，卸载时，用千斤顶同步将仿形支撑点顶高3mm，然后工人抽出支点处最顶端的钢板垫片，千斤顶回落，钢结构落位至支撑点处，实现第一步的卸载，通过上述方法，按分步骤多次循环、微量下降的原则，来实现荷载平稳转移；

在地面搭设胎架拼装网架分块时，按如下步骤进行：

步骤1、杆件进场；

步骤2、场地平整；

步骤3、混凝土基础施工；

步骤4、搭设拼装胎膜架；

步骤5、放线测量；

步骤6、拼装网架分块；

步骤7、复核无误后点焊固定对接焊接；

步骤8、全面焊接；

步骤9、超声波探伤，若合格，则下一步骤，若不合格，则返回上一步骤；

步骤10、网架分块检查验收，脱模；

步骤11、脱模测量，下一榀网架分块拼装；

在所述步骤6中，拼装网架分块时，先拼装成小立体单元，再由此为中心向四周扩散拼装，拼装过程中按照下弦钢球→下弦杆→上弦钢球→斜腹杆→上弦杆的顺序依次拼装，并且按如下步骤拼装：

步骤(1)、放线、验线，放置下弦节点垫板，完成4个节点处下弦螺栓球及节点间的下弦杆定位安装以形成底部小单元；

步骤(2)、在底部小单元一侧继续安装下弦螺栓球及下弦杆以形成与之并排的底部小单元；

步骤(3)、在底部小单元上安装节点间上弦螺栓球和腹杆，并完成上弦螺栓球节点间的上弦杆；

步骤(4)、重复步骤(2)和步骤(3)，进行网架分块拼装；

在拼装过程中，随时检查基准轴线位置、标高及垂直度偏差，发现大于施工工艺允许偏差时及时纠正；

上弦螺栓球为削冠焊接球，上弦杆为矩形焊接管，一个节点的上弦螺栓球上平面与四个方向的上弦杆上表面平齐，以保证网架屋面的平整度，用于铺设等厚混凝土屋面；

网架分块通过高空支架快速分块吊装就位时，按如下步骤进行：

步骤1)、搭设临时支架

支架搭设采用在现场外部场地将支架结构做成标准节段，采用履带吊吊装就位的方法搭设就位，标准节段间采用螺栓连接，减少高空作业；临时支架根据支撑点投影到对应楼层面上，对落位于交叉钢梁上的临时支架立柱，直接在钢梁对应楼板位置设置埋件，用于支撑临时支架立柱；对未能落位于框架梁上的临时支架立柱，在底座上设置相应转换梁，使未能落位于框架梁上的临时支架立柱落位于转换梁上以将荷载转移到结构梁上；对未能落位于框架梁上并且还无法设置转换梁的临时支架立柱，则将该类型临时支架立柱延长至下一层，通过下一层框架梁或转换梁支撑；

步骤2)、分块吊装准备

网架分块地面吊装前除了对支撑点进行复测外，需要对已安装的框架控制点进行测量，测量数据通过模型分析，在地面拼装胎架上拼装吊装分区，调整结构安装姿态，每一个网架分块吊装时，安装定位均使用原始模型坐标控制，避免出现偏差累积；

步骤3)、调整吊装空间姿态

网架分块吊装时采用单机四吊点吊装，其中三吊点钢丝绳上分别设置一个调节葫芦，以最小60°夹角时，钢丝绳受力最大；网架分块在工装胎架上采取水平工位拼装，根据吊耳位置调整4个吊点钢丝绳长度，以适应网架分块起吊后非水平就位要求，使得网架分块上4个吊点能同时受力起吊，保持网架分块在脱离工装胎架时的平稳性；当网架分块整体脱离工装胎架后，通过调节葫芦控制网架分块与地面最小距离不超过30cm，再通过调节葫芦调整网架分块姿态角度与就位姿态相一致，即可进行吊装就位。

2.根据权利要求1所述的一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法，其特征在于，高空支架搭设于下层结构梁柱上，大型空间异形曲面焊接球钢网架与高空支架在分析模型中直接建立在一起以保证安装精度，并且高空支架搭设于相应分片网架的边界位置以承担周边数个网架分块的部分重量。

3.根据权利要求1所述的一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法，其特征在于，将大型空间异形曲面焊接球钢网架分成若干块网架分块时，网架分块结构本身为一个完整受力体以保证后续吊装时结构受力，网架分块结构自重需适合后续网架分块吊装时吊装设备的起吊能力，网架分块的分块位置要处于下部结构有梁柱的位置处，以保证吊装网架分块的高空支架搭设于下部结构梁柱上并顺利传力至下部结构。

4.根据权利要求1所述的一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法，其特征在于，在搭设拼装胎膜架过程中、在放线测量过程中、在拼装网架分块过程中、在复核无误后点焊固定对接焊接过程中、以及在全面焊接过程中，均需采用全站仪进行全程监测；在杆件进场和场地平整时，大型空间异形曲面焊接球钢网架构件依据现场施工的网架分块和施工顺序，分区分构件类别打包发运至施工现场，大型空间异形曲面焊接球钢网架的构件堆放场地和拼装场地需平整牢固，软弱回填区域做适当硬化处理，到场构件分区分类堆放，按需取用，避免混淆，规划12米x30米的单个拼装场地，以满足两个小吊装单元的整体拼装或一个大吊装单元的拼装；拼装场地事先对场地平整夯实，满铺厚度20mm以上钢板作为胎架平面。

5.根据权利要求1所述的一种大型空间异形曲面钢网架模块化快速建造方法，其特征在于，在所述步骤4中，搭设拼装胎膜架时，大型空间异形曲面焊接球钢网架的地面拼装需为每个网架分块单独设置拼装胎架，拼装胎架立杆使用180mm×6mm圆管，外部加设角钢支撑，胎架用H250mm型钢组合成支撑底座，放样节点支撑坐标，固定节点焊接球，再在球与球之间连接杆件形成网架吊装单元。