双向斜交菱形空间曲面大网格钢结构的制作与安装(2)
时间：2016-09-29 来源：未知 作者：chunt 本文字数：3170字3. 2安装控制要点
3. 2. 1吊装方案
根据钢结构结构特点以及周围施工条件分析，本工程钢结构采用分块吊装的施工方案。采用1台250t履带式起重机、2台50t汽车式起重机进行吊装。钢网格结构采用“大型履带式起重机场外分片吊装、汽车式起重机散件补装”的安装方案进行安装。根据圆形的结构形式及场地地貌，将整个钢架分为1,2,3,4 4个区块，逆时针旋转，各个区块结构形式一致。其中空间网格整榀吊装过程中主要分为2个典型的吊装单元。如图4所示。
钢结构安装顺序为： 吊装指定场内区域的支撑架→安装网格一侧的V形撑杆并支撑牢固→吊装网格单元并与支座和撑杆相连安装→起重机不松钩再安装另一侧的V形撑杆→全部安装牢固后依次吊装下一个网格单元，并穿插进行已安装完毕网格单元之间的结构杆件安装。如图5,6所示。
3. 2. 2吊装防变形措施
由于本工程吊装单元为一曲面造型，而地面拼装和存放时均为卧放。因此吊装单元吊装时的翻身过程尤为重要。构件翻身起吊时控制不产生较大变形，以利于构件安装及外形控制。考虑到本工程钢结构对网球中心装饰构架的精度要求较高，因此钢结构翻身时将设置1台辅助起重机进行吊装，翻身过程如下：①第1步2台起重机水平将吊装单元吊起（1台250t履带式起重机和1台副起重机）。②第2步2台起重机对桁架缓慢进行翻身。其中主起重机升钩，副起重机降钩并喂送。③第3步 构件立直，此时副起重机松钩，吊装单元立直。
考虑在空间网格单元吊装落位过程中，先将底部支座处利用原结构销轴连接牢固，上部两端搁置在提前安装好的支撑架上，接着通过起重机慢慢松钩，但钢丝绳仍然绑扎牢固，利用此工况可将结构单元由吊装及钢丝绳产生的变形释放掉，逐步恢复到原结构设计状态。其次将撑杆安装牢固，并在四周设置缆风绳拉接牢固，最后将起重机钢丝绳松钩。
此外，需要合理安排焊接顺序，减少焊接变形对接口位置的影响。焊接时采用对称焊接，对收缩部位较大的地方先焊，焊接过程中要平衡加热量。
3. 2. 3合拢温度与合拢位置要求[4-5]
网球馆结构为空间结构，构件自重产生的内力所占比例较大。钢结构施工顺序对结构构件在重力荷载作用下的内力将产生明显影响。由于钢结构连续长度大，结构安装需经历较长的时间跨度，结构形成过程和使用过程会存在较大的温差。使用过程中，结构中会产生较大的温度变形和温度应力，温度变形和温度应力的大小和结构形成时与使用时的温差直接相关。为控制安装过程的变形，减少结构使用过程中的极限温度变形和温度应力，必须保证合拢时的钢构件平均温度（ 合拢温度） 应尽量接近结构可能达到的最高温度与最低温度的中间点，本项目的合拢温度为（22 ± 2）℃。
菱形双向斜交网格结构复杂，主次结构明显，合拢位置在径向上必须整体断开，合拢线的选择比较困难。在确定合拢线时，不但要考虑结构本身的受力和变形情况，同时还应考虑钢结构的整体安装顺序和主次结构的安装分段情况，尽量减少合拢点的数量，特别是合拢口的数量，另外合拢线尽量避开铸钢件及板厚的杆件，减少焊接工作量，以方便施工，减少合拢时的人员、设备及其他资源的投入，并确保施 工 过 程的 安 全。本 结 构 的合 拢 线 确 定如下。
1） 主结构沿环向设置2条合拢线，考虑到合拢时的焊接质量控制，选在圆形构架对称的2个位置，且要考虑起重机就位场地因素符合要求，综合上述因素本工程的合拢线定在 及 轴线处（ 见图4）。
2） 安装时，合拢线处所有钢结构杆件均断开，采用钢卡马临时搭接，并保证合拢口的伸缩自由。
3） 合拢时合拢区域的次杆件采用临时固定，待结构合拢并卸载完成后，次结构最终焊接固定。
4 测量及校正[6]
钢结构安装采用全站仪三维坐标法进行吊装定位测量。根据设计图纸注明的定位坐标图，吊装单元在地面拼装，拼装过程中时刻注意观测各个坐标点的位置变化，进行调整； 每个吊装单元空中落位时均需要反复调整管口位置，操作难度大。高空定位时，履带式起重机一直吊着构件不松钩，待各个管口的位置调整好后，主管一侧先用临时连接耳板连接固定，另一侧使用千斤顶支撑调节到位后，立即派焊工对临时耳板连接处管口进行焊接，当焊接完成整圈后起重机才允许松钩。
钢网格片段由于是和V形撑管进行连接，安装时保证V形撑安装位置正确，V形撑与网格节点连接完成后即定位完成。在安装过程中使用全站仪配合定位测量，出现误差时及时进行调整。
5 结语
光谷国际网球中心5 000座网球馆外围钢网格采用双向斜交的菱形空间曲面大网格钢结构，具有结构复杂、加工安装难度大、要求精度高等特点。结合项目实际，制定出一套双向斜交的菱形空间曲面大网格钢结构制作、安装控制要点及施工方案，并通过有效的施工过程监测，准确高效地完成了钢结构安装的任务。
参考文献：
[1] 中国钢结构协会。建筑钢结构施工手册[M].北京： 中国计划出版社，2002.
[2] 沈祖炎。钢结构制作安装手册： 第2版[M].北京： 中国建筑工业出版社，2011.
[3] 江苏沪宁钢机股份有限公司。经典建筑钢结构工程（ 续集）[M].北京： 中国建筑工业出版社，2012.
[4] 范重，王喆，唐杰。国家体育场大跨度钢结构温度场分析与合拢温度研究 [J].建筑结构学报，2007,28（2） :32-40.
[5] 宋林。大跨度空间钢结构合拢技术研究[D].西安： 西安建筑科技大学，2008.
[6] 王骥，柳锋，孙潇潇。施工监测技术在大跨度空间钢结构中的应用[C]/ /第九届全国现代结构工程学术研讨会论文集，2009.
3. 2. 1吊装方案
根据钢结构结构特点以及周围施工条件分析，本工程钢结构采用分块吊装的施工方案。采用1台250t履带式起重机、2台50t汽车式起重机进行吊装。钢网格结构采用“大型履带式起重机场外分片吊装、汽车式起重机散件补装”的安装方案进行安装。根据圆形的结构形式及场地地貌，将整个钢架分为1,2,3,4 4个区块，逆时针旋转，各个区块结构形式一致。其中空间网格整榀吊装过程中主要分为2个典型的吊装单元。如图4所示。
钢结构安装顺序为： 吊装指定场内区域的支撑架→安装网格一侧的V形撑杆并支撑牢固→吊装网格单元并与支座和撑杆相连安装→起重机不松钩再安装另一侧的V形撑杆→全部安装牢固后依次吊装下一个网格单元，并穿插进行已安装完毕网格单元之间的结构杆件安装。如图5,6所示。
3. 2. 2吊装防变形措施
由于本工程吊装单元为一曲面造型，而地面拼装和存放时均为卧放。因此吊装单元吊装时的翻身过程尤为重要。构件翻身起吊时控制不产生较大变形，以利于构件安装及外形控制。考虑到本工程钢结构对网球中心装饰构架的精度要求较高，因此钢结构翻身时将设置1台辅助起重机进行吊装，翻身过程如下：①第1步2台起重机水平将吊装单元吊起（1台250t履带式起重机和1台副起重机）。②第2步2台起重机对桁架缓慢进行翻身。其中主起重机升钩，副起重机降钩并喂送。③第3步 构件立直，此时副起重机松钩，吊装单元立直。
考虑在空间网格单元吊装落位过程中，先将底部支座处利用原结构销轴连接牢固，上部两端搁置在提前安装好的支撑架上，接着通过起重机慢慢松钩，但钢丝绳仍然绑扎牢固，利用此工况可将结构单元由吊装及钢丝绳产生的变形释放掉，逐步恢复到原结构设计状态。其次将撑杆安装牢固，并在四周设置缆风绳拉接牢固，最后将起重机钢丝绳松钩。
此外，需要合理安排焊接顺序，减少焊接变形对接口位置的影响。焊接时采用对称焊接，对收缩部位较大的地方先焊，焊接过程中要平衡加热量。
3. 2. 3合拢温度与合拢位置要求[4-5]
网球馆结构为空间结构，构件自重产生的内力所占比例较大。钢结构施工顺序对结构构件在重力荷载作用下的内力将产生明显影响。由于钢结构连续长度大，结构安装需经历较长的时间跨度，结构形成过程和使用过程会存在较大的温差。使用过程中，结构中会产生较大的温度变形和温度应力，温度变形和温度应力的大小和结构形成时与使用时的温差直接相关。为控制安装过程的变形，减少结构使用过程中的极限温度变形和温度应力，必须保证合拢时的钢构件平均温度（ 合拢温度） 应尽量接近结构可能达到的最高温度与最低温度的中间点，本项目的合拢温度为（22 ± 2）℃。
菱形双向斜交网格结构复杂，主次结构明显，合拢位置在径向上必须整体断开，合拢线的选择比较困难。在确定合拢线时，不但要考虑结构本身的受力和变形情况，同时还应考虑钢结构的整体安装顺序和主次结构的安装分段情况，尽量减少合拢点的数量，特别是合拢口的数量，另外合拢线尽量避开铸钢件及板厚的杆件，减少焊接工作量，以方便施工，减少合拢时的人员、设备及其他资源的投入，并确保施 工 过 程的 安 全。本 结 构 的合 拢 线 确 定如下。
1） 主结构沿环向设置2条合拢线，考虑到合拢时的焊接质量控制，选在圆形构架对称的2个位置，且要考虑起重机就位场地因素符合要求，综合上述因素本工程的合拢线定在 及 轴线处（ 见图4）。
2） 安装时，合拢线处所有钢结构杆件均断开，采用钢卡马临时搭接，并保证合拢口的伸缩自由。
3） 合拢时合拢区域的次杆件采用临时固定，待结构合拢并卸载完成后，次结构最终焊接固定。
4 测量及校正[6]
钢结构安装采用全站仪三维坐标法进行吊装定位测量。根据设计图纸注明的定位坐标图，吊装单元在地面拼装，拼装过程中时刻注意观测各个坐标点的位置变化，进行调整； 每个吊装单元空中落位时均需要反复调整管口位置，操作难度大。高空定位时，履带式起重机一直吊着构件不松钩，待各个管口的位置调整好后，主管一侧先用临时连接耳板连接固定，另一侧使用千斤顶支撑调节到位后，立即派焊工对临时耳板连接处管口进行焊接，当焊接完成整圈后起重机才允许松钩。
钢网格片段由于是和V形撑管进行连接，安装时保证V形撑安装位置正确，V形撑与网格节点连接完成后即定位完成。在安装过程中使用全站仪配合定位测量，出现误差时及时进行调整。
5 结语
光谷国际网球中心5 000座网球馆外围钢网格采用双向斜交的菱形空间曲面大网格钢结构，具有结构复杂、加工安装难度大、要求精度高等特点。结合项目实际，制定出一套双向斜交的菱形空间曲面大网格钢结构制作、安装控制要点及施工方案，并通过有效的施工过程监测，准确高效地完成了钢结构安装的任务。
参考文献：
[1] 中国钢结构协会。建筑钢结构施工手册[M].北京： 中国计划出版社，2002.
[2] 沈祖炎。钢结构制作安装手册： 第2版[M].北京： 中国建筑工业出版社，2011.
[3] 江苏沪宁钢机股份有限公司。经典建筑钢结构工程（ 续集）[M].北京： 中国建筑工业出版社，2012.
[4] 范重，王喆，唐杰。国家体育场大跨度钢结构温度场分析与合拢温度研究 [J].建筑结构学报，2007,28（2） :32-40.
[5] 宋林。大跨度空间钢结构合拢技术研究[D].西安： 西安建筑科技大学，2008.
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