空間多向曲面網殼結構綜合施工技術

空間多向曲面網殼結構綜合施工技術

何雙紅¹ ，房大偉²，唐坤³，曹剛⁴

（陜西建工第十建設集團有限公司，陜西 723000）

[摘要]：   空間多向曲面的網殼結構中的多個曲面鋼結構安裝采用模塊化精準定位法，優(yōu)化構件尺寸及端面焊接角度，通過階梯型操作平臺，完美實現各構件的流線性組拼。玻璃面板安裝利用弧形調節(jié)件，精準調整頂面玻璃板塊安裝角度，最終實現多曲面的最佳效果。

關鍵詞：多曲面網殼；模塊化；焊接角度；弧形調節(jié)件

引言

網殼結構是以穹頂結構為設計理念而衍生的一種空間桿系結構，系以桿件為基礎，依據殼體結構布置，有規(guī)律的組成空間網格，形成了空間構架，其造型優(yōu)美，線條流暢，能夠完美的解決大跨度空間的復雜結構造型，在工程得到了更多的應用，通過對整體穩(wěn)定性、鉸支座的精準計算，達到結構的安裝可靠性，施工過程中需依據受力特點進行模塊式組裝，減少誤差，最終實現了結構完美安裝。

1.項目概況

楊凌自貿大廈項目位于楊凌CBD區(qū)，是政務辦公服務中心和跨國涉農企業(yè)辦事公共資源服務中心，也是一座打造“一帶一路”的現代農業(yè)國際合作中心。項目總建筑面積約83606㎡，分塔樓和裙樓兩部分，塔樓24層，裙樓5層，外立面為弧形玻璃幕墻結構，裙樓大廳屋面采用了空間雙向曲面結構，曲面圍繞主樓流線型布置，各曲面呈L型排布，高低錯落，如同盛開的花瓣，多向采光，實現了綠色節(jié)能與造型的完美融合。

2.項目特點

空間多向曲面單層鋼網殼結構的邊緣由多段不規(guī)則弧形組成，最大跨度為35m，最高點高度為22m，建筑投影面積約1960㎡。該結構造型由邊緣梁和鋼箱體組件組拼而成，形成高低不等的多向曲面造型。

圖2-1 建筑全景圖

圖2-2   空間多向曲面分析圖

3.結構參數

邊緣混凝土結構梁外邊緣24個固定鉸支座，內邊緣12個雙向滑動鉸支座，網殼鋼構件通過支座與結構梁連接。網殼邊緣線型構件由弧線段鋼圈梁和兩端直線段鋼圈梁組成。

注：ZZ-1為固定鉸支座   ZZ-2為滑動支座

圖3-1   支座布置圖

（1）邊緣弧線段：800×400×40mm直線型鋼箱梁，長度不等與結構通過鉸支座鉸接；

（2）直線段：480×220×22mm鋼箱梁，長度不等，懸挑狀態(tài)；

（3）網殼內部：三角型焊接組拼，350×120×12mm、350×120×14mm鋼箱梁。

（4）曲面桿件組拼節(jié)點的標高如下表：

表3-1各項曲面參數表

4.主要施工技術特點

（1）網殼結構桿件優(yōu)化設計。應用Tekla等專用鋼結構建模軟件，確定箱梁桿件長度為1.3～1.8m，共計2063根桿件，1079個節(jié)點；依據弧度要求，各箱梁桿件兩個斷面采用不同角度的坡口設計，并確保焊接后在一個平面上。

（2）應用BIM技術，明確桿件長度和坡口角度，繪制施工圖，桿件是非標尺寸的鋼箱體，經鋼材廠和專業(yè)加工廠加工。采用相貫線切割加工工藝，進行坡口切割，經防銹底漆處理，依據標高進行編號運至現場。

（3）根據網架結構特點為多項曲面結構，采取了高空散拼逐個曲面安裝。

5.網殼安裝

（1）跤支座及調平板安裝

    主體施工時預埋的鉸支座錨板。為減少誤差，錨板上加裝600×600×100mm厚調平鋼板，板上留置9個孔徑40mm孔洞，便于電弧焊融透填塞焊與原預埋錨板焊接，焊縫高度不小于板厚。裙樓24個固定鉸支座，塔樓部12個雙向滑動鉸支座與調平板焊接連接。

（2）圈梁安裝

鋼圈梁長度約1.8m箱體，內部按間距200mm設豎向14mm厚加勁肋。邊緣圈梁與鉸支座之間設置微調板，調節(jié)圈梁的標高，保證圈梁的標高統一。圈梁施工時，應從一端向另一端依次順序連接，且同一鋼梁不能兩端同時焊接，防止鋼梁因焊接產生的溫度應力而變形。由于鋼圈梁與結構完成面間距較小，底部焊縫無法施工，采取在鋼圈梁的頂部端頭預留300×300的臨時洞口，待底部焊縫施工完成并焊縫檢測合格進行封洞處理。

（3）搭設操作平臺

根據工程特點，鋼網架采用高空散拼安裝，網架下搭設加強型鋼管滿堂落地腳手架。按網架體量，分為三個曲面施工區(qū)域。操作平臺搭設高度依據各區(qū)的三維坐標點呈階梯型搭設，立桿縱橫間距0.9嗎，按加強型布設剪刀撐。每層架體立管距離鋼構件下口預留30-50cm空間，作為鋼構件安裝時的操作空間。操作平臺承載能力為200—250kg/㎡，可用于臨時堆放少量鋼構件和施工作業(yè)人員操作。

（4）桿件安裝

桿件安裝依據曲面區(qū)域進行，先主梁后次梁進行逐個區(qū)域組拼安裝。施工前，將相對坐標引至操作平臺上進行標記，桿件焊接施工時再使用經緯儀按此坐標點所對應的垂直高度進行定位，用架管做臨時支撐。

由于網架為曲面構造，按照深化圖紙起拱點設置在節(jié)點處。根據曲面分區(qū)，先施工主梁，待主梁對接焊縫檢測合格后，再進行次梁的施工。施工時，依次曲面一—曲面二—曲面三。   每個曲面的安裝順序應根據網架結構的類型、受力和構造特點、施工現場情況等因素綜合確定。拼裝順序應能保證拼裝的精度和減少累計誤差。焊接節(jié)點采用架管臨時支撐，支承點布置可按網殼曲面劃分區(qū)域的安裝順序進行，臨時支承點布置應均勻，保證剛度和穩(wěn)定性。支承支架的接頭變形、彈性壓縮等因素引起的總沉降控制在5mm以下。節(jié)點焊接逐榀焊接，逐榀檢查復核標高、撓度、節(jié)點偏移量，及時糾偏，減少誤差累積。

3）網架安裝的誤差控制

由于鋼網架采用鋼管腳手架操作平臺進行網架安裝，在每安裝完一格網架需要進行一次測量，鋼網架的安裝過程中必須時刻測量和控制鋼網架的安裝誤差，一旦有變形位移超出控制范圍的必須立即進行糾正。每次鋼網架安裝完成后必須立即測量鋼網架的撓度、整體尺寸、節(jié)點偏移等，并在下一區(qū)工作平臺上安裝的鋼網架施工中進行調整，避免產生的累計誤差過大。

鋼網架安裝完成后應依據《鋼結構工程施工質量驗收標準》 GB50205-2020中的要求進行檢查，所有驗收數據按規(guī)范中的允許偏差進行取值。

（5）鋼梁焊接變形控制

鋼梁在焊接過程中，焊接順序應遵循先約束大后約束小部位，焊接方向一致、多層同順序、兩側交替焊接、對稱施焊等原則進行施工。在構件單元組合焊接時，要從中心向兩側進行對稱焊接，分層焊接時要從同一方向焊接；構件高空拼裝時多方向多處合攏焊縫的施焊，宜采用各接口輪流循環(huán)跳焊法，避免單個構件集中加熱焊接，產生集中變形或軸線偏移；一個構件的兩端不能同時施焊；為了減小桿件焊縫的殘余應力，在焊接前，先對桿件進行預熱處理，達到一定溫度后，再進行焊接。

（6）桿件的防銹、防火

鋼構件由廠家加工并進行防銹底漆處理后運輸至現場，構件預留焊縫兩側30～50mm范圍暫不做油漆處理，待現場施焊完畢后對焊縫進場質量檢測，經認定滿足設計要求的焊縫等級后再進行防火涂料施工。鋼梁的耐火極限時間不小于1.5h，防火材料采用膨脹薄型防火涂料，厚度為2.1mm，滿足結構耐火極限的要求。

6.網殼玻璃安裝

依據各桿件的三角組拼形式在桿件上安裝玻璃龍骨，利用桿件節(jié)點臨時焊劑鋼筋定位樁，保證節(jié)點四周的玻璃龍骨安裝線條流暢。龍骨上安裝半圓弧形底座，以便微調玻璃安裝的角度，玻璃編號安裝，調平后打膠密封并清理現場。

1）測量放線、定位。由于曲面造型比較復雜，無法按照常規(guī)的放線方式進行，經過研討，結合采光頂節(jié)點實際情況，決定根據現場鋼結構的中線作為玻璃分縫的主要依據。以各方向鋼結構桿件的交叉點作為基準定位點，在點位上焊接定位鋼筋作為玻璃龍骨安裝位置的依據，防止采用傳統彈線方法時，因墨線在防銹漆噴涂過程中被覆蓋而無法施工。

2）龍骨安裝。依據放線定位的玻璃分格線，進行龍骨安裝。先安裝弧形底座，實現角度調解，復核標高合格后安裝龍骨，保證了龍骨按弧線排布。

圖6-1支座安裝節(jié)點

3）玻璃板塊安裝：龍骨安裝調試驗收合格后進行玻璃板塊的安裝?，F場安裝時，要先分清玻璃板塊的標號，確定無誤后再進行玻璃板塊的調運安裝，各小組在工作中做好相互配合和交底工作。每一個曲面分區(qū)在安裝施工完成進行報驗，合格后開始填縫打膠，待整個面板安裝工作完成后打膠工作也基本完成。

7.結論

網殼結構造型優(yōu)美，線條簡潔，極致超薄，讓人看得賞心悅目，備受廣大設計師的青睞，如何深化網殼結構的精細度，精準施工，確保多曲面結構的安全穩(wěn)定性和曲面弧度流暢及美觀度，本文總結以下幾點關鍵技術：

（1）BIM技術分析構建模型，優(yōu)化桿件尺寸，端面坡口設計、焊縫角度；

（2）三角型組拼焊接，變化節(jié)點標高實現曲面效果；

（3）鉸支座設置調平板和微調板保證圈梁的基準標高精準性；

（4）迎合曲面效果，設計階梯型操作平臺，施工更加便捷；

（5）玻璃龍骨半圓形底座設計，實現玻璃角度的微調，保證曲面玻璃的流暢性。

參考文獻：

[1] 鋼結構工程施工質量驗收標：GB50205-2020[s],北京，中國計劃出版社，2020.

[2] 建筑結構荷載規(guī)范：GB5009-2012[s],北京，中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3] 建筑施工安全檢查標準：JGJ 59-2011，北京，中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[4] 建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范：JGJ130-2011，北京，中國建筑工業(yè)出版社，2011.