弦支穹頂鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

1、弦支穹頂鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的淺述關(guān)鍵詞：弦支穹頂結(jié)構(gòu)、溫度應(yīng)力、變形監(jiān)測(cè)一、概述因弦支穹頂屋蓋鋼結(jié)構(gòu)具備自重輕、跨度大、結(jié)構(gòu)可塑性強(qiáng)等技術(shù)特點(diǎn)，目前在我國(guó)在體育設(shè)施、重大公益式建筑和標(biāo)志性建筑的屋蓋系統(tǒng)已經(jīng)廣泛使用。本文擬針對(duì)弦支穹頂屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)、主要施工程序進(jìn)行探討。弦支穹頂屋蓋鋼結(jié)構(gòu)一般由上部單層網(wǎng)殼和下部弦支索桿體系構(gòu)成。本文介紹的深圳龍崗坪山體育中心的弦支弓頂結(jié)構(gòu)體系鋼結(jié)構(gòu)為空間圓形鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，跨度72米，高度28.81米，上部單層網(wǎng)殼網(wǎng)格布置形式為葵花型布置形式。下部弦支索桿體系為肋環(huán)型布置，設(shè)置二道環(huán)索，局部布置構(gòu)造鋼棒。屋蓋大部分節(jié)點(diǎn)為相貫焊節(jié)點(diǎn)，部分采用了鑄鋼節(jié)點(diǎn)。二、弦支

2、穹頂屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)方案選型和相關(guān)的重點(diǎn)、難點(diǎn)通常弦支穹頂屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工采用吊裝、升頂和常規(guī)腳手架散裝等施工方法；由于本次弦支穹頂工程是在土建結(jié)構(gòu)上安裝，土建先行施工后，吊車無法進(jìn)入吊裝點(diǎn)，故吊裝方案不可采用；因體育館內(nèi)土建看臺(tái)及相關(guān)設(shè)施均施工完畢，升頂施工需搭設(shè)超高的制作平臺(tái)，費(fèi)用太高，故采取升頂方法也不可；因此，本次工程擬定采取腳手架空間散裝的施工方案。弦支穹頂具備跨度大、高度高、焊接量大的空間圓形工程特點(diǎn)，采取腳手架空間散裝的施工方案，須控制如下主要重點(diǎn)和難點(diǎn)：a.鋼結(jié)構(gòu)屋蓋弦支穹頂焊接溫度應(yīng)力和變形的預(yù)控；b.鋼結(jié)構(gòu)屋蓋弦支穹頂下弦環(huán)索張拉和拉桿張緊工藝；c.張拉過程中的變形監(jiān)測(cè)與

3、控制；d.超高腳手架的安裝與拆除施工與安全防護(hù)措施。三、弦支穹頂組裝安裝及環(huán)索張拉施工程序的簡(jiǎn)述1、穹頂安裝施工順序：深化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)施工圖放樣號(hào)料調(diào)直校正單片支架組裝焊接中間檢查校正、調(diào)直構(gòu)件安裝平臺(tái)搭設(shè)分段鋼架組裝焊接支座、聯(lián)結(jié)座焊接拉桿及鑄鋼結(jié)點(diǎn)安裝環(huán)索安裝張拉構(gòu)件變形監(jiān)測(cè)構(gòu)件校正中間檢查補(bǔ)充涂裝交付下道工序施工2、結(jié)點(diǎn)、拉桿和環(huán)索安裝工序：外環(huán)豎桿焊接鑄鋼結(jié)點(diǎn)焊接拉桿安裝穿環(huán)索調(diào)整收緊環(huán)索、拉桿（監(jiān)測(cè)控制調(diào)整豎向吊桿的垂直度）中環(huán)豎桿焊接鑄鋼結(jié)點(diǎn)焊接拉桿安裝穿環(huán)索調(diào)整收緊環(huán)索、拉桿（監(jiān)測(cè)控制調(diào)整豎向吊桿的垂直度）中心豎桿焊接鑄鋼結(jié)點(diǎn)焊接拉桿安裝調(diào)整收緊環(huán)索、拉桿（監(jiān)測(cè)控制調(diào)整豎向吊桿的垂直

4、度）測(cè)量穹頂結(jié)構(gòu)拆除結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐復(fù)測(cè)穹頂結(jié)構(gòu)（進(jìn)入張拉工序）3、弦支穹頂拉桿環(huán)索施工程序：施工模擬計(jì)算（優(yōu)化提供控制數(shù)據(jù)）測(cè)量網(wǎng)布設(shè)弦支穹頂網(wǎng)架安裝階段監(jiān)測(cè)、相慣線量測(cè)結(jié)點(diǎn)和拉桿安裝穹頂臨時(shí)支架拆除前后復(fù)測(cè)穿環(huán)索外環(huán)對(duì)稱張拉環(huán)索（20%設(shè)計(jì)拉力）調(diào)勻環(huán)索拉力（控制點(diǎn)拉力形狀測(cè)量）內(nèi)環(huán)對(duì)稱張拉環(huán)索（20%設(shè)計(jì)拉力）調(diào)勻環(huán)索拉力（控制點(diǎn)拉力形狀測(cè)量）第2次對(duì)稱張拉（50%設(shè)計(jì)值）再次調(diào)勻環(huán)索拉力（控制點(diǎn)拉力形狀測(cè)量）第3次對(duì)稱張拉（80%設(shè)計(jì)值）再次調(diào)勻環(huán)索拉力（控制點(diǎn)拉力形狀測(cè)量）第4次對(duì)稱張拉（100%設(shè)計(jì)值）再次調(diào)勻環(huán)索拉力（控制點(diǎn)拉力形狀測(cè)量）環(huán)索拉力調(diào)整。四、弦支穹頂上弦桿件組裝焊接溫度

5、應(yīng)力和變形的控制弦支穹頂跨度大、焊接量大的空間圓形工程特點(diǎn)，組裝焊接時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生大量的溫度收縮變形；因此在組裝焊接時(shí)，必須采用對(duì)稱跳躍式的安裝程序來控制和消除弦支穹頂鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接的應(yīng)力變形。1采用網(wǎng)片對(duì)稱跳躍式分組組裝焊接控制溫度應(yīng)力變形網(wǎng)片外環(huán)和中環(huán)帶各分為12個(gè)區(qū)片，內(nèi)穹分為6個(gè)區(qū)片進(jìn)行組裝（如下圖示）；按照總體組裝順序即：A-1_A-2_A-3_A-4_A-5_A6安裝焊接。首先安裝24個(gè)穹頂網(wǎng)架支座，擰固緊螺栓，隨后依次焊接好外環(huán)鋼管；間隔式焊接安裝A1網(wǎng)片，利用腳手架平臺(tái)臨時(shí)支撐牢固網(wǎng)片端部結(jié)點(diǎn)；依次間隔式焊接安裝A2網(wǎng)片，臨時(shí)支撐牢固網(wǎng)片端部結(jié)點(diǎn)；間隔跳躍對(duì)稱式焊接A3網(wǎng)片，臨時(shí)

6、支撐和校正網(wǎng)片端部結(jié)點(diǎn)；對(duì)稱式焊接A4網(wǎng)片，臨時(shí)支撐和校正牢固網(wǎng)片端部結(jié)點(diǎn)；跳躍對(duì)稱式焊接組裝A-5_A6網(wǎng)片，總體校正上弦穹頂；由外向內(nèi)安裝吊桿和拉桿，穿預(yù)應(yīng)力鋼絞線；待穹頂弦支架施工和檢驗(yàn)完畢，進(jìn)行環(huán)索張拉工藝。 弦支穹頂上弦網(wǎng)殼效果模型圖如下：2網(wǎng)片及拉桿、環(huán)索制作安裝的質(zhì)量控制要點(diǎn)：a. 零部件采用數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行無余量一次下料（零件加放焊接補(bǔ)償量），坡口采用三維切割設(shè)備開制，保證坡口開制質(zhì)量和板材外形尺寸。b. 規(guī)范制造工序、焊接程序及參數(shù)，控制焊接變形進(jìn)而減少矯正工作。采用CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊對(duì)稱施焊，控制焊接變形。c. 采用先裝單片支架主桿和斜向桿件，對(duì)稱點(diǎn)焊接后依次對(duì)稱焊接的裝

7、焊程序，保證焊接質(zhì)量。制作專用組裝胎具和焊裝胎具，提供良好施工條件。d. 弦支穹頂下部索桿體系的各構(gòu)件的制作和加工應(yīng)滿足建筑結(jié)構(gòu)用索應(yīng)用技術(shù)規(guī)程 (DG/TJ08-019-2005)和船塢鋼拉桿(GB/T 3957-2004)的要求。環(huán)索鋼絲束索體采用5mm高強(qiáng)度鋼絲，其質(zhì)量和性能應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲(GB/T 17101)中的有關(guān)規(guī)定。拉索抗拉強(qiáng)度不小于1670MPa，彈性模量不小于1.90X10 MPa。e. 鋼絲束索體應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求在工廠對(duì)索體進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)，標(biāo)記和下料,索長(zhǎng)下料應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力和溫度。所有張拉及測(cè)長(zhǎng)儀器使用前應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)和標(biāo)定。f. 拉棒直徑偏差直線度不得大于2mm/

8、m, 桿件下料長(zhǎng)度允許偏差：鋼棒長(zhǎng)度500010000mm, 允許偏差15mm, 鋼棒長(zhǎng)度10000mm，允許偏差25mm。g. 鋼拉棒的表面應(yīng)光滑，不允許有裂紋，折迭，分層，結(jié)疤和銹蝕等缺陷。經(jīng)機(jī)加工的零部件表面粗糙度不應(yīng)低于Ra12.5。h. 弦支網(wǎng)殼的安裝，必須在下部砼結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，并檢測(cè)支座位置、標(biāo)高后進(jìn)行。對(duì)鋼拉棒施加張力時(shí)，應(yīng)輔以應(yīng)力和變形監(jiān)測(cè)，最終滿足設(shè)計(jì)要求。 3 焊縫類型及控制要求鑄鋼件與所有桿件的連接焊縫采用帶襯板的坡口全熔透焊縫；次桿件與主桿件的連接焊縫采用帶襯板的坡口全熔透焊縫；全熔透焊縫如不設(shè)襯板，則必須反面清根；所有縱向?qū)雍缚p采用坡口全熔透焊縫；全熔透焊縫（一

9、級(jí)）的強(qiáng)度同材料本體，部分熔透焊縫的強(qiáng)度按角焊縫計(jì)算。各級(jí)焊縫檢測(cè)的要求及標(biāo)準(zhǔn)以建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程（JGJ81-2002）為準(zhǔn)；Q345B鋼材同一部位返修次數(shù)不得超過兩次。4鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差和焊縫控制a. 下料拼接控制直焊縫對(duì)接錯(cuò)口必須小于2毫米；焊縫三道，打底焊接必須成型良好，蓋封寬窄一致；焊接時(shí)，利用拉碼隨時(shí)校正錯(cuò)口，及時(shí)點(diǎn)焊固定，焊縫間距300，焊縫長(zhǎng)度約30毫米，清除熔渣，修復(fù)缺陷。下料制作必須控制好管口圓度；焊接組裝控制管中心線和網(wǎng)片的對(duì)角線，一般不得超過3毫米；結(jié)點(diǎn)管口因相慣形狀不同，必須分別放樣做樣板或者進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理后下料；切割下料應(yīng)預(yù)留2毫米進(jìn)行磨光修整。b. 焊縫控制

10、盡量采用對(duì)稱施焊；采取跳躍間隔組裝焊接的措施減少結(jié)構(gòu)的焊接變形和焊接殘余應(yīng)力。收縮量大的部分先焊，收縮量小的部分后焊；控制焊接過程加熱量平衡；焊接過程及時(shí)清渣，清除焊根缺陷。全熔透K型坡口單面施焊后，需在焊縫背面清根后再焊另外一側(cè)，以保證焊接質(zhì)量。針對(duì)焊接過程中，焊接量大，焊接中發(fā)熱量大，引起母材變形和穹架組裝標(biāo)高差異，雖在規(guī)范允許范圍，多片組裝后累計(jì)誤差偏大的問題；應(yīng)采取預(yù)留焊接變形量，間距適量放大，利用預(yù)留量補(bǔ)償變形和組裝標(biāo)高偏差，利用前期標(biāo)高實(shí)測(cè)調(diào)整，最大限度減小投影點(diǎn)誤差以及適量加強(qiáng)支臺(tái)剛度，減少變形等對(duì)策措施。 四、弦支穹頂環(huán)索張拉、拉桿張緊、變形監(jiān)測(cè)、控制索桿及拉桿制作安裝弦支穹頂

11、下部索桿體系的張拉施工應(yīng)在上部單層網(wǎng)殼及其支座節(jié)點(diǎn)、鋼筋混凝土環(huán)梁達(dá)到設(shè)計(jì)要求和施工精度和強(qiáng)度要求后進(jìn)行。鋼拉桿施加張力時(shí)，應(yīng)輔以應(yīng)力和變形監(jiān)測(cè)，最終滿足設(shè)計(jì)要求。采取有效措施確保豎桿在環(huán)索受力后仍能保持豎直。下部索桿體系的安裝、張拉的次序、分級(jí)、標(biāo)高的控制、索力的大小應(yīng)按照工藝示意圖的順序進(jìn)行（如下圖）。下弦拉桿環(huán)索效果模型圖如下：拉桿、環(huán)索對(duì)稱張拉和調(diào)節(jié)的程序：a. 本次張拉采用以控制位移為主，應(yīng)力控制為輔的控制方法；環(huán)索張拉按照前述施工順序進(jìn)行，盡量采取外環(huán)-內(nèi)環(huán)對(duì)稱張拉；為防止預(yù)應(yīng)力損失，預(yù)定超張5%設(shè)計(jì)拉力。b. 擬定張拉分步進(jìn)行，依次張拉的設(shè)計(jì)值分別為20%、50%、80%、100

12、%。c. 張拉步驟為：外環(huán)20%內(nèi)環(huán)20%監(jiān)測(cè)外環(huán)50% 內(nèi)環(huán)50%監(jiān)測(cè)外環(huán)80%內(nèi)環(huán)80%監(jiān)測(cè)外環(huán)100%內(nèi)環(huán)100%監(jiān)測(cè)調(diào)整處理。各個(gè)階段的對(duì)稱張拉、調(diào)節(jié)具體步驟：安裝外、內(nèi)環(huán)拉桿和穿環(huán)索收緊拉桿調(diào)節(jié)螺栓（先外環(huán)后內(nèi)環(huán)）外環(huán)環(huán)索H-1對(duì)稱張拉20%依次對(duì)稱調(diào)節(jié)-01、-02、-03拉桿外環(huán)環(huán)索H-2對(duì)稱張拉20%依次對(duì)稱調(diào)節(jié)-01、-02、-03拉桿內(nèi)環(huán)環(huán)索h-1對(duì)稱張拉20%依次對(duì)稱調(diào)節(jié)-1、-2拉桿內(nèi)環(huán)環(huán)索h-2對(duì)稱張拉20%依次對(duì)稱調(diào)節(jié)-1、-2拉桿最后調(diào)節(jié)穹頂部-1、-2拉桿后續(xù)分級(jí)張拉調(diào)節(jié)以此類推張拉到設(shè)計(jì)值后總體調(diào)節(jié)拉桿監(jiān)測(cè)桿件應(yīng)力和構(gòu)件變形。弦支穹頂結(jié)點(diǎn)、拉桿及環(huán)索的監(jiān)測(cè)控制

13、在弦支穹頂上弦支架焊接施工和檢驗(yàn)完畢，進(jìn)行環(huán)索張拉工藝施工；首先焊接豎向吊桿和鑄鋼結(jié)點(diǎn)，隨后安裝拉桿及穿環(huán)索。施工前必須對(duì)穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面復(fù)測(cè)，同時(shí)布置張拉的檢測(cè)控制網(wǎng)（外形變形和應(yīng)力控制點(diǎn)）。測(cè)量監(jiān)控網(wǎng)布置一般取中心結(jié)點(diǎn)、支座結(jié)點(diǎn)、中環(huán)結(jié)點(diǎn)、豎向吊桿和環(huán)索等部位。檢測(cè)位移、標(biāo)高和垂直度及拉力值等；檢測(cè)控制一般采用投影法和軸線替代法等。環(huán)索調(diào)整采用傳力裝置千斤頂調(diào)整；每分次張拉后，持荷30分鐘，采用全站儀和水準(zhǔn)儀及傳力感應(yīng)器進(jìn)行位移、受力監(jiān)測(cè)，記錄數(shù)據(jù)。豎向吊桿的垂直度主要依靠拉桿螺栓來進(jìn)行調(diào)節(jié)。預(yù)應(yīng)力環(huán)索是屬于持續(xù)永久受力狀態(tài)，為減少鋼絞索的應(yīng)力松弛，也為了使張拉過程保持應(yīng)力與應(yīng)變的線性關(guān)系

14、；因此，在環(huán)索制作前必須進(jìn)行預(yù)張?zhí)幚?；一般取鋼絞線50%的破斷力，經(jīng)3次反復(fù)張拉，持續(xù)90分鐘。弦支穹頂結(jié)點(diǎn)、拉桿及環(huán)索的張拉注意事項(xiàng)： 張拉環(huán)索下料、編束時(shí)應(yīng)控制不受劃傷，運(yùn)輸和穿索過程應(yīng)采取相應(yīng)措施予以保護(hù)。環(huán)索安裝：主要為結(jié)點(diǎn)夾具、錨具和穿裝環(huán)索等。安裝前，對(duì)環(huán)索、夾具、索絞等型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量進(jìn)行編號(hào)和登記。穿索順序應(yīng)從環(huán)結(jié)點(diǎn)一端開始，環(huán)形逐步穿索，同時(shí)擰緊索絞；調(diào)整環(huán)索兩端索具，達(dá)到設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度值。安裝索具后，稍鎖緊錨具螺栓初步定位；當(dāng)確認(rèn)位置無誤后擰緊螺栓達(dá)到設(shè)計(jì)的扭矩。環(huán)索安裝時(shí)，不得有任何碰傷和劃傷。環(huán)索張拉一般采用1860高強(qiáng)低松弛鋼絞線、夾片式錨具和承壓鋼構(gòu)；張拉采用手提式液壓

15、千斤頂。五、超高腳手架的施工與安全防護(hù)措施弦支穹頂結(jié)構(gòu)的施工區(qū)域在土建結(jié)構(gòu)層的19.500米結(jié)構(gòu)上，外挑部分為7.400米，位于土建腳手架上方和外側(cè)；施工需在弦支穹頂結(jié)構(gòu)區(qū)域搭設(shè)滿堂紅腳手架，每隔三步腳手設(shè)置一道安全兜網(wǎng)；腳手架低端采用木板或槽鋼作支墊；腳手架每擱一個(gè)步距與砼柱梁拉結(jié)。外圍采用雙排腳手架，9米上方采用斜挑腳手；外部采用密目安全網(wǎng)封閉，6米下方采用安全兜網(wǎng)和防護(hù)板維護(hù)封閉；外挑部分，搭設(shè)臨時(shí)懸挑腳手架，并與平臺(tái)腳手架牢固拉結(jié)。腳手架頂部設(shè)置吊裝桅桿6-8部；設(shè)置吊裝井口10處，貫通式安全運(yùn)輸通道四條，上部采用木板作防護(hù)棚。如下圖示：立桿：縱橫向立桿間距2m，步距1.8m地面應(yīng)整平

16、夯實(shí)，立桿埋入地上3050cm，不能埋地時(shí)，立桿下應(yīng)墊枕木并加設(shè)掃地桿。橫桿：縱橫向水平拉桿步距1.8m，操作層大橫桿間距40cm。剪刀撐：四角應(yīng)設(shè)抱角斜撐，四邊設(shè)剪刀撐，中間每隔四排立桿沿縱向設(shè)一道剪刀撐，斜撐和剪刀撐均應(yīng)由下而上連續(xù)設(shè)置。外立桿四周應(yīng)自下而上連續(xù)設(shè)置，在進(jìn)、出料口處可斷開留出通道。架板鋪設(shè)：架高在4m以內(nèi)，架板間隙20cm，架高大于4m，架板必須滿鋪。立桿間距在11.5m以內(nèi)，步距1.5m1.8m視建筑物層高而定。每隔11.5m高設(shè)一道縱橫向水平拉桿，在操作層通道處可設(shè)在1.8m高處。橫桿：當(dāng)平臺(tái)鋪設(shè)竹架板時(shí)，大橫桿間距在40cm以內(nèi)，當(dāng)使用鋼、木腳手板時(shí)，大橫桿間距不大于60cm。欄桿：平臺(tái)四周按規(guī)定設(shè)置11.2m高的防護(hù)欄桿。正面設(shè)可開啟的安全門。立桿接長(zhǎng)除頂層步可采用搭接外，其余各層各步接頭必須采用對(duì)接件連接。立桿上的對(duì)接件應(yīng)交錯(cuò)布置，兩根相鄰立桿的接頭不應(yīng)設(shè)置在同步內(nèi)，同步內(nèi)隔一根的兩個(gè)接頭在高度方向錯(cuò)開不宜小于500。輔助設(shè)施：上料通道四周應(yīng)設(shè)1m高的防護(hù)欄桿，上下架應(yīng)設(shè)斜道或扶梯，不準(zhǔn)攀登腳手架桿上下。 施工荷載：一般不超過100kg/m2