大跨度球面網(wǎng)架施工工法TOC\o"1-3"\h\zHYPERLINK\l"_Toc505759959"1特點2HYPERLINK\l"_Toc505759960"2適用范圍2HYPERLINK\l"_Toc505759961"3工藝原理2HYPERLINK\l"_Toc505759962"5質(zhì)量標準7HYPERLINK\l"_Toc505759963"6勞動力組織7HYPERLINK\l"_Toc505759964"7安全措施8HYPERLINK\l"_Toc505759965"8主要施工機具9HYPERLINK\l"_Toc505759966"9經(jīng)濟效益9在大跨度球面網(wǎng)架結構施工中，充分利用球面穹頂?shù)膸缀翁匦裕^低的外沿部分采用小單元地面預制空中組拼；距地面較高的中心圈部分，采用整體吊裝方法，最后在空中把外沿和中心圈組焊成整體，最大限度地減少了腳手架用量并確保了工程質(zhì)量和安全生產(chǎn)。這種安裝方法，既體現(xiàn)了整體吊裝的優(yōu)點，又克服了散裝法的不足。大跨度球面網(wǎng)架結構的施工方法，于1994年元月份通過了中建總公司（省部級）組織的技術鑒定。專家們認為這項技術，突破了常規(guī)施工模式，具有一定獨創(chuàng)性和先進性，成套技術開發(fā)應用填補了我國大跨度球面網(wǎng)架結構制作及安裝的空白，達到國內(nèi)領先水平，網(wǎng)架施工質(zhì)量達到國際先進水平。該項技術1994年獲總公司科技進步一等獎，該項技術的應用工程—天津體育中心第43屆世乒賽主賽館，1995年獲魯班獎。該館屋面為108m跨度的球面網(wǎng)架，覆蓋直徑135m，中心圈頂點高35m，是我國及亞洲最大的穹頂結構。通過實踐，總結編寫本工法。1特點1.1根據(jù)球面網(wǎng)架結構特點和其下部結構情況，將網(wǎng)架劃分成若干個環(huán)帶，采用了外幾圈小單元地面預制逐圈由外向內(nèi)高空組拼和中心圈地面預制整體吊裝相結合的施工工藝；1．2地面小單元預制采取坐標系旋轉(zhuǎn)的方法，把原設計球節(jié)點坐標轉(zhuǎn)換成新坐標系，這樣降低了預制胎具的高度。節(jié)約鋼材，減少高空作業(yè)；1．3利用看臺和穹頂外圈標高低的特點，減少了腳手架用量；1．4中心圈高，中間無看臺，采用整體吊裝法。地面組焊成形一次起吊到位，利用一根抱桿，起吊時攬風繩系在外圈上，減少了攬風繩長度；1．5通過試驗測出焊縫收縮量，編制合理的焊接程序，有效地控制焊接變形和消除焊接應力；1．6采用遠紅外測距儀、水平儀、經(jīng)緯儀，利用地面永久標記的圓點控制球節(jié)點三維空間坐標。2適用范圍2．l適合大跨度球面網(wǎng)架結構；2．2適合大跨度中間高外沿低的曲面網(wǎng)架結構；2．3適合大跨度平面網(wǎng)架結構。3工藝原理3．l任何一個球冠如果把它水平投影，沿半徑方向劃分為幾個球帶，沿球冠圓周等分后每環(huán)帶所得的單元體是相等的。這樣球面網(wǎng)架小單元地面預制胎具的種類就相應減少了，等于劃分的環(huán)帶數(shù)節(jié)約了材料；3．2無論是外圈的高空組焊，還是中心圈的地面組焊，都以小單元為單元體。因此只要提高小單元預制精度，確保其幾何尺寸，就能保證組焊后的網(wǎng)架整體各球節(jié)點坐標。小單元的球節(jié)點坐標靠胎具保證；3．3小單元地面預制，操作方便，減少高空作業(yè)，減少誤差積累。由于采取坐標平衡、旋轉(zhuǎn)（見圖3．3），降低了預制胎具的高度。通過數(shù)字計算，把原設計的坐標換算新坐標，有效地控制了小單元制作每個球節(jié)點的三維空間位置，保證了小單元精度，也為高空組拼和中心圈地面組拼提供了數(shù)據(jù)的保證。如果以Y軸旋轉(zhuǎn)又將小單元網(wǎng)架放倒，使1球和2球連線與X軸重合，此時新坐標系的值發(fā)生變化，XYZ為新坐標，則它們與原坐標的關系是：X=xcosα+zsinαY=yZ=zcosα=xsinα3．4關于三維空間控制原理，對于球面體，地面圓心控制點是關鍵。所以從外向內(nèi)組裝就便于控制。把原設計的坐標換算成極坐標就更方便了。對球面徑向每個球節(jié)點要滿足球面方程式（1），對于緯向環(huán)狀球節(jié)點要滿足圓的方程式（2）。x2+y2+z2=R12R——為球的半徑x2+y2=R22R。——為圓的半徑3．5按公式（1）可校核Z值Z2=R12-X2-Y2按公式（3）校核兩桿件長度L：4施工工藝4．l安裝區(qū)段的劃分4．1．1中心圈直徑的確定原則首先要計算準備用來吊裝中心圈網(wǎng)架的單根格構式抱桿起吊能力和穩(wěn)定性，根據(jù)已有（或新設計）抱桿起吊能力選定中心網(wǎng)架的直徑（吊裝重量）。然后再計算所選定直徑的中心圈網(wǎng)架因自重引起的變形，并通過現(xiàn)場試吊校核變形值。通過測試，一般43kg／m2的網(wǎng)架中心圈直徑選在30－50m為宜。4．1．2外沿逐環(huán)帶的劃分原則整體吊裝的中心圈網(wǎng)架的直徑確定后，把剩余外圈分為若干環(huán)帶。根據(jù)吊裝高度和吊車的吊裝能力，適當?shù)倪x擇小單元的體積和重量。小單元的長度恰好等于所劃分環(huán)帶的寬度。小單元的寬度應當大于經(jīng)向兩個球節(jié)點為宜。在吊裝能力允許的條件下盡量擴大小單元的體積。小單元以球節(jié)點開始到球節(jié)點結束。在同一環(huán)帶小單元尺寸應相等采取同一尺寸。由外向里圈逐漸增高，吊裝能力下降，應適當減小小單元的尺寸和重量，網(wǎng)架單重在43kg／m2時小單元可選擇12～20m長為宜。4．2小單元的預制4．2．l專用胎具網(wǎng)架小單元應在專用的胎具上制作，以保證桿件和節(jié)點的精度和互換性。首先在夯實的地基上鋪設道木，在道木上鋪設16－20mm鋼板組成鋼平臺（鋼平臺大小根據(jù)小單元尺寸而定，鋼板平整度要求在1／1000以內(nèi)）。然后在鋼平臺上用換算后的X、Y、Z坐標確定每個球節(jié)點的空間位置，用鋼管作為球節(jié)點的定位支座，該定位支座高度可進行微量調(diào)整。支座鋼管的直徑根據(jù)球的大小而定，一般在φl08－φ159范圍內(nèi)，在選定的坐標系中用儀器精確校核各球節(jié)點的空間位置，校核桿件長度。4．2．2空心球空心球可以自制或定貨?？招那虻匿摬囊瞬捎脟覙藴省短妓亟Y構鋼》GB700－88規(guī)定的3號鋼或國家標準《低合金結構鋼技術條件》GB1591—88規(guī)定的16Mn鋼，產(chǎn)品質(zhì)量應符合行業(yè)標準《鋼網(wǎng)架焊接球節(jié)點》JGJ75．2－91規(guī)定。4．2．3鋼管桿件長度的計算根據(jù)設計圖紙兩球中心距，并考慮組對間隙和焊縫收縮量，計算鋼管桿件加工長度（見圖4．2．3），鋼管桿件長度計算公式如下：L--為兩球設計中心距L1--件加工長度R1、R2--空心球外圈半徑a--鋼管桿件內(nèi)半徑b--每道焊口組對間隙c--每道焊口焊縫收縮量（其值通過試驗確定）4．2．4鋼管桿件的下料加工焊接球節(jié)點的鋼管桿件宜采用車床下料并車制坡口，桿件長度允許偏差為±1mm。4．2．5小單元的焊接順序小單元拼裝應選擇合理的焊接工藝順序，以減少焊接變形和焊接應力。焊接順序應從小單元中間向兩端發(fā)展，以確保每道焊口都能自由收縮。無論在任何情況下都不得同時施焊同一桿件上的兩端焊口。小單元焊接順序見圖4.2．5—l。小單元組焊程序見圖4．2．5—2。焊接工藝第一層焊縫按順序施焊焊接工藝第一層焊縫按順序施焊材料復驗車床下料對口考慮收縮量后核對尺寸焊縫收縮值試驗無損檢測三遍施焊至焊完從胎具吊下校核實際尺寸焊條烘干下道工序4．2．6小單元吊運當小單元在專用胎具上完成第一遍焊接后，可從專用胎具上吊下平穩(wěn)的放在鋼平臺上，進行第二遍焊接直至全部焊完。這樣可以充分利用胎具，進行流水作業(yè)，提高工效，然后用履帶吊車吊運到高空組拼的預備場地，進行下道工序。4．3外沿逐圈的高空組焊4．3．1腳手架的搭設腳手架塔設可和小單元預制同步進行，因為外沿逐圈從外向里進行組拼，腳手架搭設順序也應從外向里逐圈進行。腳手架搭設應能滿足現(xiàn)場施工需要，主要承受荷載為：構件重量、施工人員運動荷載、對點焊定位的預制單元進行微量調(diào)整、防止變形措施中臨時支撐、連接桿件的重量等。腳手架材料應符合有關規(guī)定要求。其扣件螺紋完好，其緊固力矩為39－49Nm（4-5kgfm）最大不超過59Nm。腳手架參數(shù)的確定及校核依據(jù)為“《建筑施工手冊》、9－l腳手架工程”及該章節(jié)中的部分圖表，根據(jù)搭設高度套用表中“砌筑”型腳手架由表來確定立桿縱橫間距a、b。我們根據(jù)高度荷重確定a＝1．2mb＝1．6mh＝1．6mh—步距根據(jù)a、b、h，由于9－10查得允許搭設高度為Hmax＝68（作業(yè)層數(shù)為1）。未考慮到實際搭設中各種因素的影響，手冊中規(guī)定增加安全系數(shù)1．5－1．7，則腳手架搭設最大安全高度為：腳手架立桿下方最好能放支撐座。在回填土場地搭設腳手架時，立桿下面必須至少加墊木，回填土必須是已夯實。必要時木板上方應放槽鋼。腳手架搭設順序為：掃地桿→逐根立桿→立桿與掃地桿扣緊→掃地小橫桿并與立桿或掃地桿扣緊→安第一步大橫桿（與立桿扣緊）→安第一步橫桿→第二步橫桿→加設臨時斜撐桿（上端與第二步大橫桿扣緊）→第三四步大橫桿和小橫桿→聯(lián)墻桿→安立桿→加設剪刀撐→鋪腳手板。立桿垂直偏差：架高在30m以內(nèi)時應不大于架高的1／200。其他大橫桿、小橫桿、剪刀撐等偏差都應在規(guī)定內(nèi)。在鋪設腳手板的操作層上必須設護欄和擋腳板。欄桿高度為0．8－lm。擋腳板亦可加設一道距腳手板面0．2－0．4m的低欄來代替。墊板必須鋪平放穩(wěn)，不得懸空。4．3．2三維空間坐標的控制大跨度球面網(wǎng)架結構，球節(jié)點空間定位必須使用精密儀器，因此需要把原坐標轉(zhuǎn)換成極坐標，以圓點轉(zhuǎn)角測距、高程定位的方法來確定球節(jié)點的空間位置。使用經(jīng)緯儀、遠紅外線測距儀、水準儀才能達到設計精度。國內(nèi)外大量資料表明，以圓點中心定位，從外圈向里安裝具有更多的優(yōu)點，它可以減少封閉誤差。我們根據(jù)吊裝能力由外想內(nèi)中心分為四環(huán)帶，采取流水作業(yè)。小單元地面預制后，逐環(huán)帶空間組拼。每個環(huán)帶上的小單元球節(jié)點都在腳手架上設球底座。這個底座經(jīng)測量后三維空間坐標完全和小單元各球節(jié)點相對應。應校核尺寸和坐標并記錄。由于從外向里流水作業(yè)，使三儀定位法（見圖4．3．2）得以實現(xiàn)。腳手架上的球底座應該做成便于調(diào)整的形式調(diào)整好后應臨時固定。4．3．3高空組拼（見圖4．3．3）小單元預制在場館外，因為場館內(nèi)為吊車吊裝運輸場地。采用8Ot履帶吊車可以解決水平運輸和吊裝，它比塔吊更有優(yōu)越性。組對順序應選任一合適直徑為基準對稱進行。在兩對稱的半圓內(nèi)，從中間向兩側進行。整個環(huán)帶留兩個自由伸縮縫，使組焊時產(chǎn)生的焊接應力得以消除。保證連接桿件焊口的收縮得以實現(xiàn)。各小單元構件在連接時可使用簡單工具進行位置的調(diào)整。當l、2兩圈逐個小單元組焊起來后，再用桿件將l、2兩圈連接組焊起來，當?shù)?圈逐個小單元組焊起來后，再用桿件將其和第2圈連接組焊起來，直至完成。小單元高空組拼用80t履帶吊吊裝。材料理化復驗預制平臺搭設材料理化復驗預制平臺搭設單元胎架測量桿件車床下料球體預制單元球接點坐標定位腳手架搭設三維空間定位單元組對焊接地面防腐處理空間組對無損檢測尺寸復驗記錄焊口刷油連接焊口無損檢測焊接整體尺寸校核吊裝第二圈循環(huán)4．4中心圈吊裝（見圖4．4）中心圈即為第三圈以內(nèi)的中心部分（第四圈為懸挑部分）。該部直徑大小取決吊裝能力。我們?nèi)≈行娜χ睆綖?5m，重32t。中心圈的網(wǎng)架在地面組裝。小單元預制完成在中心抱桿立起后從外向里組焊。中心抱桿預留部分待吊裝就位拆除抱桿后再進行組焊。中心圈網(wǎng)架組焊完了后，將中心預留部分的連接桿件、球等都放在網(wǎng)架的腳手架上一起起吊。起吊時先試吊測變形，如果無變形經(jīng)幾次試吊后可起吊。抱桿的攬風繩系在已組焊完的第三圈網(wǎng)架上。用1200×1200格構式鋼抱桿。抱桿總長40m（長度可接長和縮短），最大吊重45t，采用兩側對稱吊裝。吊裝到位后，將中心圈網(wǎng)架用導鏈固定在設計標高位置。并和三圈相應球找正。然后連接中心部分和第三圈腳手架進行安全防護后組焊連接桿件。特別注意將卷揚的牽引繩鎖住，進行雙保險。因為網(wǎng)架的幾何尺寸和空間坐標在地面上已進行找正和校核，因此吊裝就位后只找相對位置即可。全部組焊完成了拆除抱桿。詳細計算可根據(jù)雙卷揚對稱起吊單根抱桿進行計算。4．5中心圈抱桿的拆除中心圈網(wǎng)架和外圈合攏后，整個球面網(wǎng)架已經(jīng)完成，中心抱桿超出穹頂，拆除方法，用80t履帶吊車，將抱稈吊起，從下部逐節(jié)卸掉螺栓。用20t吊車將底節(jié)吊除，以此類推。當抱桿拆除后再將穹頂最高點（抱桿超出部分留的孔）空缺部分用球和桿件連接起來。5質(zhì)量標準5．l技術條件5．1．l材料及焊條應按《GB700－88》、《GB5ll7》《GB5ll8》規(guī)定要求，嚴格進行物理、化學、力學性能復驗。5．1．2鋼球應符合《鋼網(wǎng)架焊接球節(jié)點》JGJ75．2—92要求，球幾何尺寸偏差見表5．1．2。球幾何尺寸偏差表5．1．2項目直徑極限偏差優(yōu)質(zhì)品合格品球直徑D＞300±1.5±2.5球圓度D＞300≤1.5≤2.5壁減薄量≤10%且≤＜1..2≤1.3%且≤＜11.5兩個半球?qū)阱e邊邊≤0.5≤1.0焊縫高度-1.5-1.5球應進行力學試驗，其極限承載力應按JGJ752--91表1、2規(guī)定。加肋球、肋板應位于上下弦自身平面內(nèi)。5．1．3支座平整度，要求板兩端偏差應≤3mm，相鄰支座高差小于L1／800，且≯300mm（L1--為兩支座距離）。5．1．4無縫鋼管件允許長度偏差為±1mm，單件高允許偏差±2mm，上弦對角線允許偏差±3mm，上下弦節(jié)點中心偏差2mm，分條或分塊網(wǎng)架單元長度不大于20m時，拼接邊長度允許偏差±10mm，當條或塊的長度大于20m時，拼接邊長度允許偏差為±20mm，在總拼裝前應精確放線，放線的允許偏差分別為邊長及對角線長的1／10000。5．l．5焊接按GBJ205《鋼結構工程施工及驗收規(guī)范》要求進行。受拉焊口20％超聲波探傷（但施工中實際擴大到50％超探），要求二級焊縫。5．2引用標準：JGJ7—91網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)范；GBJ205鋼結構工程施工及驗收規(guī)范；GB699優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼號及一般技術條件；CB3087低中壓鍋爐用無縫鋼管GB222鋼的化學分析試樣取樣法及成品化學分析允許偏差；GB228金屬拉伸試驗法；GB223鐵及合金化學分析法；GB2975鋼材力學及工藝性能試驗的取樣規(guī)定。JGJ75．2--91《鋼網(wǎng)架焊接球節(jié)點》6勞動力組織勞動力組織見表6．l。天津體育中心主賽館、球面網(wǎng)架勞動力每班作業(yè)人數(shù)表6．l工種人數(shù)工作地點責任范圍總指揮l整個施工現(xiàn)場負責各方面協(xié)調(diào)工工作，對工程程進度，質(zhì)量量安全負責。是是工程總負責責人。副指揮2整個施工現(xiàn)場一位負責生產(chǎn)調(diào)度度，一位負責責技術管理。焊接責任工程師l負責小單元制作及及現(xiàn)場安裝對全部焊接工藝、焊焊接質(zhì)量，無無損檢測，進進行把關、控控制。焊接工程師1負責小單元制作及及現(xiàn)場安裝跟班、進行焊接程程序把關，技技術交底，焊焊接記錄，資資料的整理結構責任工程師l鉚焊現(xiàn)場對全部工程的作業(yè)業(yè)負責。落實實施工組織設設計，工藝程程序把關，解解決技術問題題。結構工程師1鉚焊現(xiàn)場進行跟班質(zhì)量把關關、技術交底底，處理技術術問題，施工工記錄檢查，整整理資料，計計算機處理。安全員2施工現(xiàn)場及生活區(qū)區(qū)進行安全交底、檢檢查、督促、安安全教育，對對安全生產(chǎn)負負責。檢查安安全措施落實實，提出隱患患。質(zhì)量檢查員1施工現(xiàn)場及生活區(qū)區(qū)負責質(zhì)量標準和質(zhì)質(zhì)保體系運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的檢查。對對產(chǎn)品檢查簽簽署意見。材料責任工程師1材料倉庫及施工現(xiàn)現(xiàn)場對所有采購的材料料規(guī)格、型號號、質(zhì)量負責責。負責提供供材料合格證證及辦理復驗驗。材料員2倉庫、現(xiàn)場負責采購、保管及及發(fā)放手續(xù)、對對材料檢驗、計計量?，F(xiàn)場回回收測量員4現(xiàn)場負責測量、數(shù)據(jù)積積累、復查測測量數(shù)據(jù)，繪繪制測量圖鉚工36其中12人預制224人高空組組拼負責小單元預制組組對及高空組組拼及中心圈圈組拼電焊工38其中12人預預制焊接，26人高空空組焊負責焊接作業(yè)，質(zhì)質(zhì)量責任落實實到人頭，每每道焊口打鋼鋼號汽焊工4現(xiàn)場預制，現(xiàn)場組組焊負責汽焊、汽割作作業(yè)車工2預制場鋼管桿件下料及坡坡口加工油工6預制場除銹刷油起重工20現(xiàn)場小單元體的運輸、高高空吊裝及中中心圈吊裝架子工50現(xiàn)場腳手架搭設及拆除除，按計劃和和圖紙要求進進行。包括腳腳手管扣的修理及現(xiàn)場力力工活?？傆?737安全措施本工程高空作業(yè)多，施工難度大。對于高空作業(yè)的安全措施尤為重要。7．1腳手架的搭設一定要按規(guī)程進行，在穩(wěn)定的問題上要有1．7倍的安全系數(shù)（按手Hmax要增大1．7倍）關于腳手架的穩(wěn)定問題哈建院徐學寶教授進行了研究試驗。在沒有準確試驗基礎時盡