大跨度球面网架施工工法

大跨度球面网架施工工法

大跨度球面网架施工工法

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工法编号：

主要执笔人：

1特点 (2)

2适用范围 (2)

3工艺原理 (2)

5质量标准 (7)

6 劳动力组织 (8)

7安全措施 (8)

8主要施工机具 (9)

9经济效益 (9)

在大跨度球面网架结构施工中，充分利用球面穹顶的几何特性，较低的外沿部分采用小单元地面预制空中组拼；距地面较高的中心圈部分，采用整体吊装方法，最后在空中把外沿和中心圈组焊成整体，最大限度地减少了脚手架用量并确保了工程质量和安全生产。这种安装方法，既体现了整体吊装的优点，又克服了散装法的不足。大跨度球面网架结构的施工方法，于1994年元月份通过了中建总公司（省部级）组织的技术鉴定。专家们认为这项技术，突破了常规施工模式，

具有一定独创性和先进性，成套技术开发应用填补了我国大跨度球面网架结构制作及安装的空白，达到国内领先水平，网架施工质量达到国际先进水平。该项技术1994年获总公司科技进步一等奖，该项技术的应用工程—天津体育中心第43届世乒赛主赛馆，1995年获鲁班奖。该馆屋面为108m跨度的球面网架，覆盖直径135m，中心圈顶点高35m，是我国及亚洲最大的穹顶结构。通过实践，总结编写本工法。

1特点

1. 1根据球面网架结构特点和其下部结构情况，将网架划分成若干个环带，采用了外几圈小单元地面预制逐圈由外向内高空组拼和中心圈地面预制整体吊装相结合的施工工艺；

1．2地面小单元预制采取坐标系旋转的方法，把原设计球节点坐标转换成新坐标系，这样降低了预制胎具的高度。节约钢材，减少高空作业；

1．3利用看台和穹顶外圈标高低的特点，减少了脚手架用量；

1．4中心圈高，中间无看台，采用整体吊装法。地面组焊成形一次起吊到位，利用一根抱

杆，起吊时揽风绳系在外圈上，减少了揽风绳长度；

1．5通过试验测出焊缝收缩量，编制合理的焊接程序，有效地控制焊接变形和消除焊接应力；

1．6采用远红外测距仪、水平仪、经纬仪，利用地面永久标记的圆点控制球节点三维空间坐标。

2适用范围

2．l适合大跨度球面网架结构；

2．2适合大跨度中间高外沿低的曲面网架结构；

2．3适合大跨度平面网架结构。

3工艺原理

3．l任何一个球冠如果把它水平投影，沿半径方向划分为几个球带，沿球冠圆周等分后每环带所得的单元体是相等的。这样球面网架小单元地面预制胎具的种类就相应减少了，等于划分的环带数节约了材料；

3．2无论是外圈的高

空组焊，还是中心圈的

地面组焊，都以小单元

为单元体。因此只要提高小单元预制精度，确保其几何尺寸，就能保证组焊后的网架整体各球节点坐标。小单元的球节点坐标靠胎具保证；

3．3小单元地面预制，操作方便，减少高空作业，减少误差积累。由于采取坐标平衡、旋转（见图3．3），降低了预制胎具的高度。通过数字计算，把原设计的坐标换算新坐标，有效地控制了小单元制作每个球节点的三维空间位置，保证了小单元精度，也为高空组拼和中心圈地面组拼提供了数据的保证。tgx L Z Z =-2

L Z Z arctg X 2

1-=

如果以Y 轴旋转又将小单元网架放倒，使1球和2球连线与X 轴重合，此时新坐标系的值发生变化，XYZ 为新坐标，则它们与原坐标的关系是：

X=xcos

α+zsin α

Y=y

Z=zcos

α

=xsin α

3．4关于三维空间控制原理，对于球面体，

地面圆心控制点是关键。所以从外向内组装就便于控制。把原设计的坐标换算成极坐标就更方便了。对球面径向每个球节点要满足球面方程式

（1），对于纬向环状球节点要满足圆的方程式

（2）。

x 2+y 2+z 2=R 12 R ——为球的半径

x 2+y 2

=R 22

R 。——为圆的半径

3．5按公式（1）可校核Z 值

Z2=R 12-X 2-Y 2

按公式（3）校核两杆件长度L ：

2

21221221)()()(Z Z Y Y X X L -+-+-= 4施工工艺

4．l 安装区段的划分

4．1．1中心圈直径的确定原则

首先要计算准备用来吊装中心圈网架的单根格构式抱杆起吊能力和稳定性，根据已有（或新设计）抱杆起吊能力选定中心网架的直径（吊装重量）。然后再计算所选定直径的中心圈网架因自重引起的变形，并通过现场试吊校核变形值。通过测试，一般43kg ／m 2 的网架中心圈直

径选在30－50m为宜。

4．1．2外沿逐环带的划分原则

整体吊装的中心圈网架的直径确定后，把剩余外圈分为若干环带。根据吊装高度和吊车的吊装能力，适当的选择小单元的体积和重量。小单元的长度恰好等于所划分环带的宽度。小单元的宽度应当大于经向两个球节点为宜。在吊装能力允许的条件下尽量扩大小单元的体积。小单元以球节点开始到球节点结束。在同一环带小单元尺寸应相等采取同一尺寸。由外向里圈逐渐增高，吊装能力下降，应适当减小小单元的尺寸和重量，网架单重在43kg／m2时小单元可选择12～20m长为宜。

4．2小单元的预制

4．2．l专用胎具

网架小单元应在专用的胎具上制作，以保证杆件和节点的精度和互换性。

首先在夯实的地基上铺设道木，在道木上铺设16－20mm钢板组成钢平台（钢平台大小根据小单元尺寸而定，钢板平整度要求在1／1000以内）。然后在钢平台上用换算后的X、Y、Z坐标确定每个球节点的空间位置，用钢管作为球节点