双曲面网壳钢结构安装施工技术研究

黄继平 刘燃

摘要:德阳市某商业中心6#~9#楼顶部增加天幕网壳结构造型，由于该网壳结构组成为单层双曲抛物面网壳钢结构天幕工程造型，加之施工场地的限制，多个单位的穿插施工；工期紧，施工难度较大。经过分析探讨，决定采用“地面散装、分块吊装、高空拼装”的工艺，该工艺新颖实用，取得了良好的经济效益和技术效益，具有一定的推广价值。

关键词：天幕；钢结构；单层双曲面网壳；施工工艺

引言：

网壳钢结构是一种空间结构，由许多杆件按照一定的规律排列而成，形成类似壳体的形状。该结构具有较高的强度和刚度，能够承受较大的荷载，并且具有较好的抗震性能。网壳钢结构被广泛应用于各种建筑领域，如体育场馆、会展中心、机场等大型公共建筑，以及一些工民用建筑。常见的网壳钢结构施工方法多采用传统的搭设高空脚手架高空散装，施工困难，安全隐患多，且定位与焊接的质量难以保证。本文以天幕工程网壳钢结构为例，进行双曲面网壳钢结构安装施工技术进行探究，为同类工程提供参考借鉴。

1.工程概况

该商业中心地处德阳市，天幕网壳钢结构工程为本项目重要分部工程之一。本工程天幕屋盖位于已建成6#~9#楼屋顶，整体平面结构形式为弧形，空间上为单层网壳结构体系、呈双曲面造型。天幕总跨度223m，最大跨度34.92m，24根圆形钢柱作支撑。天幕总投影面积6754㎡,最高点标高 31.778m。

2.施工难点

本工程双曲面网壳钢结构由24根型钢柱作为6754㎡的网壳支撑，横跨4栋主体结构，跨度大，最大跨度为34.92m，整个项目位于20~30m高空，且整个网壳结构不处于一个平面，施工场地条件等工况复杂，局限性较大。加之网壳钢结构体量较大，24根型钢柱，110块小拼单元构件，42块单元构件，现场拼装和安装工作是整个工程的重要环节，影响到工程的总体进度和质量。

3.施工方法

（1）运用tekla软件深化建模将构件分割编号，每根杆件出厂前都精确测量并转化为数据，便于现场根据编号逐一拼装。

（2）所有钢构件在加工厂房搭设胎架分块进行预拼装，满足要求后进行散装焊接成小拼单元构件，转运至现场，搭设胎架将小拼单元拼装为大块单元构件，分块吊装的施工方法。

（3）所有圆形钢柱均在工厂整体加工制作完成，长度超过吊装要求的分成两段加工制作，转运至现场，直接吊装的施工方法。

（4）现场预留设拼装场地和吊装场地，便于分块吊装为原则。

（5）拼装场地设置胎架，胎架用型钢材料现场加工制作完成，保证单元构件的拼装为原则。

（6）吊装就位支撑平台地面及露台区域采用格构式标准节，屋面采用承插盘扣型脚手架支撑进行对接作业。

4.安装工艺

4.1天幕安装工艺流程

网壳吊装，确定吊点位置十分重要。本工程网壳吊装采用四点起吊，每个网壳吊装单元根据长度及弧度的不同，其重心也不同，吊点以构件重心线对称设置；在吊装单元长度方向上，吊点设置在长度 1/4 处，并对称布置。天幕网壳钢结构分为两个阶段吊装，第一个阶段为24根圆形钢柱的吊装；第二个阶段为网壳单元构件的吊装。吊装区域根据现场施工环境划分施工区段，本工程按天幕屋盖下楼栋通道共划分6#~9#楼4个区段，按照6#区域→7#区域→8#区域→9#区域进行吊装施工。每个区域钢构件吊装采用由北向南的方式进行。具体安装施工顺序如下：

圆形钢柱吊装→6#区域支撑平台及满堂架搭设→6#区域单元构件吊装→7#区域支撑平台及满堂架搭设→7#区域单元构件吊装→卸载拆除支撑标节及架体周转→8#区域支撑平台及满堂架搭设……→安装完成。

4.2圆柱吊装

本工程圆形钢柱24根，共计8种截面尺寸分别为φ600*20、φ600*25、φ700*20、φ700*30、φ800*25、φ1000*30、φ1100*30、φ1200*30，重量1.68T-14.35T，长度3.98m-16.9m。均在工厂整体加工成型，运至现场按区域一次性吊装就位。

4.3网壳吊装

4.3.1网壳分块原则

为减少现场焊接及高空拼装，根据运输宽度、吊机的极限吊重要求以及天幕结构体系，屋面网壳采取分块加工制作原则。故工厂加工成110块小拼单元构件，现场拼装42块单元构件，分块吊装就位。

4.3.2拼装胎架形式

本工程网壳为空间曲面网壳，地面拼装需为每个拼装单元单独设置拼装胎架，保证组织拼精度。拼装胎架立杆使用HW250*250*9*14型钢，横杆采用14#槽钢，三个方向进行加固，拼装场地均位于地下室边线外侧地面上，并在每个拼装点，原有地面上铺设5张2000*5000*20的钢板，型钢焊接于钢板上，以保证胎架的稳定性和拼装的精度，配置2台50T汽车吊进行拼装；网壳拼装单元的最低点距离拼装承载面至少0.2m，预留施工操作空间。胎架搭设完成后，用仪器按设计图纸进行复核，满足偏差，达到要求后进行单元构件拼装。

4.3.3单元构件拼装

胎架搭设前，建立现场拼装的轴网，导入拼装加工单元，形成三维坐标系。由测量员在施工现场开始定位拼装胎架，定位用全站仪准确的放出地样，在地样的节点处焊接拼装支撑胎架(每个加工单元设置 3~4 个支撑点)。模型里面找到现场拼装节点相交的上翼缘位置的坐标，用于临近两个加工小拼分块单元网壳现场拼装节点的定位。

依次做好每一个现场拼装节点定位，待吊装单元拼装完成后，复核每个节点的坐标，是否与模型一致，误差应控制在3mm以内，检查合格后开始焊接，节点之间的杆件预留焊接缝隙均应控制在5mm左右，对于不符合要求的节点，需拆开重做，并对每个节点处的焊缝进行检测，检测符合要求，方可进行吊装。

4.3.4单元构件吊装

拼装完成后单元构件最重约为24.3T，吊装均由350T履带吊及300T汽车吊共同完成，按施工区段逐一进行吊装至支撑架高空拼装。根据钢结构模型，找到吊装单元的重心，并采取4点吊装的方式进行吊装，每根钢丝绳下部靠近天幕网壳一端，均设置一个10t的手动葫芦连，用于整个吊装网壳的大致调平，调平应根据网壳的倾斜方向，大致找好高差，便于在支撑架上面一次性就位。

4.3.5支撑架

为减少现场支撑架搭设时间，缩短工期，本工程的临时支撑架采用2.8m高标节搭设，根据吊装分块共设置59处支撑架。在支撑架顶设置分配钢梁H250*250*9*14，在分配梁上做竖向支撑件(截面不小于 200mm 的H型钢或规格不小于Ф159×8mm的圆管)，支撑于网壳下，以传递荷载。底部设置4m×4m井字型放大底座，增加接触面积，确保稳定性，柱脚设埋件进行固定。

5.结束语

本方法通过将网壳钢结构放平在地面拼装，高空作业大大减少，大多数焊接作业均在地面完成，按传统施工需搭设高空脚手架，进行逐段散拼装，再拆除脚手架，过程繁琐浪费时间；而采用本工法，无需搭设繁复的高空脚手架，不但焊接质量得到保证，构件的安装效率也得到提高，大大缩短了工期。

总的来说，相对于传统施工方法，本工法能减少了安全风险，有效节约工期、成本，对于一些结构复杂的钢结构工程，有着很好的借鉴作用，应用前景非常广泛。

参考文献：

[1] 王雷，柳书亭，刘洪涛.某广场双曲面钢网壳结构安装施工技术[J].浙江杭萧钢构股份有限公司 河北杭萧钢构有限公司,2012.

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[3] 丁建，刘新星，郑征，冯艳刚，夏可，谢梓宇，刘英麟.大跨度双曲钢网壳结构施工技术[J]. 北京建工建筑产业化投资建设发展有限公司 中建交通建设集团有限公司, 2022.