朱伟峰
（上海宝冶集团有限公司上海200000）
【摘要】整体提升的安装方法具有施工工期快、占用场地少等优点，在网架结构安装中得到非常广泛的应用，而网架提升单元的拼装是其中最关键的一项工序。通过某机场航站楼屋顶多曲面焊接球网架结构的施工实践，同时参考相关标准、文献，从提升单元的分块拼装及块体合拢两方面介绍了焊接球网架整体提升单元的拼装技术。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 多曲面；焊接球；网架；提升单元；块体合拢；拼装；吊装
Construction techniques assembled multi-surface solder ball grid
Zhu Wei-feng
（Shanghai Bao Metallurgical Group Co.， LtdShanghai200000）
【Abstract】The installation method to enhance the overall construction period fast， occupy less space， etc.， are very widely used in the grid structure installation， and upgrade the building element grid is one of the most critical of the processes. Through an airport terminal roof construction practice multi-surface solder ball grid structure， as well as reference standards， literature， from an elevated block assembly and block element describes two aspects of closure assembly solder ball grid technology to enhance the overall unit .
【Key words】Multi-surface；Solder balls；Grid；Lifting unit；Closed block；Assembly；Lifting
1. 工程概况
（1）某机场航站楼工程屋面为多曲面焊接球网架结构，网架投影面积34000m2，沿中轴线对称。网格形式为正放四角锥，网架杆件主要采用圆钢管，杆件最大截面为?219*14，最小截面为?76*4。该网架造型复杂，标高变化大，网架最高点与最低点标高差达到12m，相邻网格的标高差最大达到2.9m。网架外沿挑出混凝土楼面，悬挑宽度从6m至22m不等。网架边界与混凝土楼面位置关系如图1所示。
（2）由于该工程网架结构跨度大，场地条件有限，施工工期紧，因此不适宜采用吊车整体吊装及高空散拼等施工方案，综合考虑工期因素及成本因素，最终采用分单元在楼面整体拼装成型液压同步提升的方法进行安装，而该工程网架提升单元拼装的重点及难点在标高变化及悬挑出砼楼面部分的块体拼装。
2. 提升单元的拼装思路及技术要点
2.1拼装思路。
（1）每个提升单元在楼面部分作为一个拼装块体，主要利用楼面作为操作平台，根据网架标高的变化在楼面局部区域搭设脚手架操作平台并设置焊接球支撑点，逐个网格累积拼装。
（2）悬挑部分的网格如采用从地面搭设满堂架作为拼装平台，则需要增加大量的脚手架材料，并需进行地面硬化处理，施工工期较长，成本较高；如采用移动平台，因网架标高变化大，移动平台每次移动时，架顶都必须重新搭拆，增加施工工期及难度。通过评比，悬挑部分网格分为多个块体单独拼装，分块原则以每个块体的尺寸及重量均满足选用的吊车性能为准。待地面块体拼装焊接完毕后，采用吊车吊装的方法与楼面块体合拢对接，形成一个整体提升单元。
2.2技术要点。
（1）多曲面网架每个球节点标高均不同，为确保拼装质量，每个节点都必须精确定位，节点的定位需作为拼装的关键工序来控制。
（2）平均每个焊接球节点连接8条杆件，杆件与球节点采用熔透焊，焊接量非常大。在正式施焊前，必须明确焊缝的焊接方法及施焊顺序，减少因焊接收缩导致的网架变形。
（3）地面网架块体与楼面网架块体的吊装对接难度大，吊装时需严格控制块体各个角点的标高，并以方便吊装对接及减少对接杆件为原则，综合考虑吊机的选用，做好块体的划分，选择好连接杆件的位置。
3. 网架块体的拼装流程
（1）以网架块体标高最低的下弦球底面高于楼面（或地面）500mm作为网架拼装的基准标高，确保安装及焊接作业方便。按照拼装位置对网架下弦球坐标进行重新转换，并将球心坐标转换为下檩托板底面中心的坐标，以此进行网架下弦球的定位。
（2）将下弦球与下檩托进行组拼、焊接，形成一个整体。
（3）上弦球直接采用杆件定位。对杆件尺寸进行100%复查，对杆件切口垂直度及坡口质量等进行抽查，检查不合格的进行整改。
（4）利用脚手架钢管与钢板通过全站仪定出每个下檩托板的位置，即定出下弦球的位置，定位完成后，檩托板与定位钢板进行点焊固定，同时利用脚手架横杆将定位杆进行连接加固，横杆的间距为1m，当定位杆较长时，适当增加斜撑，防止施工过程中因定位杆倾斜或弯曲等造成下弦球偏位。下弦球的定位杆件同时还作为网架的支撑杆，经计算，每根支撑杆约承受10m2网架的重量，即约6KN的轴向压力，通过验算，定位杆的轴向压力及稳定性均符合要求。下弦球定位方法如图2所示。
（5）将下弦杆与下弦球进行连接，点焊固定，杆件与焊接球连接时要特别注意杆件与球的同心度，杆件的切口与球完全相贯时，同心度即符合要求。
（6）上弦球利用腹杆进行定位，根据三角形的稳定性原理，利用两个相邻下弦球、两个相邻腹杆在地面定位对应的上弦球，将上弦球与腹杆点焊固定形成小拼单元，绕下弦球转动该小拼单元至相应位置后，补装另外两根腹杆，将所有腹杆与焊接球进行点焊固定，形成一个稳固的四角锥。为防止小拼单元在绕下弦球转动的过程中发生滑落，下弦球上可先焊出一个防滑挡板。拼装过程中，遇杆件重量较大的，可采用简易三脚架及手拉葫芦进行杆件的拼装。
（7）按照上述方法逐个累积拼装上弦球和腹杆，然后连接中间上弦杆。如因部分杆件与球相贯长度较大而导致杆件放入困难时，可利用手拉葫芦适当调节焊接球位置，待杆件完全放入后，重新恢复、固定焊接球。
（8）网架拼装按照由中间向四周扩散的方法进行。拼装过程遵循“小拼→中拼→大拼”的原则，先组装成小立体单元，组装顺序为：下弦球→下弦杆→上弦球和腹杆→临近单元上弦球和腹杆→上弦杆，然后依上述顺序向外对称扩展拼装，具体拼装流程见图3。
（9）块体拼装完成后，在吊装合拢前，块体需全部焊接并检测完毕，防止块体吊装时因受力变化导致网架节点崩裂。为减少焊接收缩对网架结构的影响，采取跳焊的方式进行焊接，即间隔一到两个焊接球进行焊接，不能连续施焊。总体焊接顺序应由中间向外对称扩散，以减少焊接收缩量。杆件焊接时，先焊好一端，然后再焊另一端。每个焊接球上的杆件必须一次性焊接完毕，防止漏焊。
4. 网架块体的吊装合拢
4.1吊车的选用及块体大小的划分。
（1）航站楼指廊区域网架的悬挑宽度较小，悬挑杆件较小，施工周期又较长，选用25吨汽车吊进行吊装。该部分块体的宽度即为网架的悬挑宽度，长度以块体重量在5吨左右时的长度为宜。
（2）航站楼主楼区网架的悬挑宽度大，在20m至23m不等，网架杆件也较大，施工周期很短，选用150吨履带吊进行吊装，块体的宽度控制在7m至11m不等，长度控制在20m至30m不等，每个块体的重量在20吨至30吨。
4.2块体吊装前的力学分析。
由于施工过程中块体的吊装与最终的设计状态有较大差别，块体在吊装过程中受力状态不断发生改变。在吊装过程中结构可能会失去稳定而倒塌，或是由于局部杆件和节点强度不足而破坏。因此需要对网架块体吊装阶段进行模拟计算，保证空间屋盖网架结构吊装过程中的可行性和安全性。根据荷载规范4.6.2条的规定，搬运和装载重物的动力系数可采用1.1~1.3，吊装验算时采用的动力系数为1.3，建立实体模型，并通过软件计算对块体吊装时跨中最大竖向位移与变形限值进行比较，确保块体在吊装时结构性能满足要求。
4.3支撑架的设计。
（1）指廊区悬挑块体小，连接杆件少且截面小，块体吊装时将连接杆件全部安装、焊接完毕达到设计状态后，吊车再松钩。因此，此处不需设置支撑架。
主楼区悬挑块体大，连接杆件多且截面大，需要较长的安装、焊接时间，为提高吊车的使用效率，在每个块体下方设置两个支撑架，支撑架的中心与下弦球的中心需重合，同时，两个支撑架之间的连线应尽量通过块体的重心，确保块体吊装后的稳定性。
2 L1为杆件长度；
3 网架安装完成后其扰度值不应超过相应设计值的1.15倍。
（2）支撑架采用角钢制作成格构形式，钢材采用Q235钢。每个标准节间平面尺寸为1m×1m，每节高度为1m，支撑架竖杆截面为等肢角钢L140×12，直撑杆为等肢角钢L80×6，斜腹杆为等肢角钢L80×6。胎架顶部水平杆件采用HN300×150×6.5×9的H型钢，胎架四周布置缆风绳，缆风绳下端与地面锚固板拉牢固定，缆风绳采用15.5mm的钢丝绳，与水平面夹角在45~60度之间。支撑架的轴向承载力及稳定性经验算满足施工要求。支撑架设计形式如图4所示。
4.4吊点选择及吊装。
（1）采用四点吊装法吊装网架块体。建立实体模型，找出块体重心，以重心为几何中心，选择四个吊点位置。吊点设置在上弦球上，吊索与块体的夹角控制在45°~60°，吊索之间的夹角控制在60°以内（见图5），在实体模型中计算出每根吊索的长度。以块体下方未设置支撑架为例，每个吊点均用手拉葫芦与吊钩或吊索连接，起吊前利用手拉葫芦按照计算出的吊索长度对块体进行调平，待块体即将吊至对接位置时，先利用手拉葫芦将标高调整至精确位置，再利用横向设置的手拉葫芦调整块体的水平位置，调整到位后，快速安装连接杆件，将连接杆件点焊固定后，多名焊工同时施焊，待连接杆件全部焊接完毕后，吊机松钩。下方设置支撑架时，连接部分连接杆件后即可松钩。
（2）因网架结构沿中轴线完全对称，块体吊装需对称进行，保证悬挑结构两边受力均匀，防止块体吊装后因悬挑力矩增加
过多导致网架的失稳，特别是指廊区未设置支撑架的块体更应注意对称吊装。
5. 网架拼装质量控制
5.1误差控制与消除。
（1）对杆件几何尺寸进行100%复查，对尺寸有偏差的杆件进行修改。
（2）下弦球节点全部采用全站仪定位，并在施工过程中进行监控，拼装完一榀后进行测量，拼装完一个节段后再测量，整个区段完成后最终进行测量。
（3）为了提高拼装速度，上弦球节点利用腹杆进行定位，每拼装完成约5个上弦球后，用全站仪对上弦球进行复核，对误差偏差较小的，在下一节段的拼装中利用反误差的方法予以纠正，误差偏差较大的，进行返工整改。
（4）每个提升单元整体拼装完成后，作一次全面检查和测量，确保不留下任何问题。
5.2 质量标准及检验方法。
（1）焊接球与杆件的焊接质量必须全焊透、无裂纹等，焊缝应按设计要求进行无损探伤，焊接质量必须达到设计要求及国家有关规范要求。
（2）杆件不允许存在超过规定的弯曲。
（3）已安装网架零部件表面清洁，完整，不损伤，不凹陷，不错装，对号准确，发现错装及时更换。
（4）网架拼装完成后依据GB50205-2001进行验收，所有验收数据按规范中较严值取值，允许偏差应符合表1的规定。
6. 效益分析
（1）球节点的空间定位是多曲面焊接球网架施工的重点及难点，由于球体的定位点难以确定，该机场航站楼工程屋面网架的下弦球定位采用转换为定位下檩托板的方法进行，上弦球的定位利用锥体结构的特性，直接采用腹杆定位，在施工过程中利用全站仪进行监控、纠偏，大大减少了球节点的定位时间及人工，经济效益及工期效益明显。其他工程中若下弦球下方没有檩托板，可采用制作类似檩托板的结构件用以辅助下弦球的定位。
（2）悬挑部分网架如果采用搭设满堂架操作平台的方式拼装，以航站楼主楼悬挑区域为例，需要搭设约40000m3的脚手架，脚手架按纵距、横距、步距均为1.5m搭设，则脚手架两个月租赁费及搭拆人工费折合约8元/m3，大约需要32万元，地基处理约需要10万元；本工程采用块体吊装的方法，150吨履带吊一个月的台班费、进出场费及支撑架的租赁费大约需要30万元，节省约12万元，而且节省了脚手架的搭设时间，经济效益及工期效益较好。
7. 结语
该机场航站楼工程屋面网架结构按照本文所述施工技术进行整体拼装，取得了较为理想的效果。实践表明，此拼装技术经济合理，操作简便，而且安全可行，质量可靠。值得以后类似工程的借鉴及推广。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献
［1］中华人民共和国建设部.GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范［S］.北京：中国计划出版社.2002.
［2］中国建筑科学研究院，浙江大学.JGJ7-91 网架结构设计与施工规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，1992.
［3］中华人民共和国建设部.GB50009-2001建筑结构荷载规范［S］.北京：中国计划出版社.2002.
［4］王建桥，邱小军，黄利顺.北京首都机场T3B屋面网架钢结构施工技术［J］.施工技术.2007，（6）.
［文章编号］1006-7619（2014）10-31-717