大跨度空间螺栓球钢网壳穹顶无支撑安装工法

大跨度空間螺栓球鋼網殼穹頂無支撐安裝工法

1 背景技術

在人類社會的發展歷程中，大跨度空間結構常常是建築人員追求的夢想和目標。古代的人類通過詳細觀察，發現自然界中存在著大量受力特性良好、形式簡潔美觀的天然空間結構，如蛋殼、蜂窩、鳥類的頭顱、肥皂泡、山洞等。利用仿生原理人類得以更好地理解和發展空間結構，網殼結構技術的發明使穹頂網殼結構的力學合理性與生產經濟性完美結合起來，使大跨度空間網殼結構的廣泛應用成為現實。

近半個世紀以來，網殼結構作為大跨度空間結構的優秀代表，得到了廣泛應用和快速發展。以螺栓球節點聯結的球形鋼網殼具有造型新穎美觀、富於變化、雄偉、高大、杆件規律性強、網格劃一、整體性好、空間剛度大、抗震性能好、曲面外形形成天然排水功能等優點，因而廣泛應用於體育館、展覽廳、大型儲罐等屋蓋承重結構。我國從20世紀80年代開始研製開發和推廣應用鋼網殼技術，並取得了顯著的經濟效益和社會效益。

2 發明內容

本發明目的在於提供一種施工操作安全方便，且可縮短工期，降低施工費用的大跨度空間螺栓球鋼網殼穹頂無支撐安裝工法。為了達到上述目的，本發明所採取的技術方案是，一種大跨度空間螺栓球鋼網殼穹頂無支撐安裝工法，其包括下述步驟：

l)埋件安裝、複測標高

網架支座埋件採用預埋進鋼筋混凝土支座柱中，埋件鐵板與錨筋在加工廠焊接連接，檢查就位正確和校正垂直度，調整好埋件平整度後安裝下槽；網架安裝前嚴格驗收和複測土建工程支座標高和平面位置，採用全站儀測量提高放樣精度。

2)網架杆件分類、裝配節點

① 杆件堆放場地平整、墊高，節點嚴禁進入泥砂，避免杆件發生撓度變形；② 進場材料嚴格對照施工圖，按杆件和螺母編號進行分類拼裝；③ 校對杆件兩端高強螺栓與封板錐頭是否有誤，嚴禁混裝、漏裝或裝錯方向，發現有誤立即糾正；④ 節點裝配前嚴格控制其空間角度及位置關係，嚴格控制部件對接錯邊量。

3)網架單體劃分及吊裝順序

①為保證網架單體安裝的整體穩定性，網架以兩跨三個支點作為一個單體，按安裝圖編號，在地面進行預拼裝；②為了減少安裝誤差，採取對稱安裝方式，以環形直徑的任意兩端點作為安裝起始點，採用兩臺吊機依次起吊安裝，形成閉合圈。

4)網架單體地面拼裝

①下弦杆與球的組裝墊實下弦球平面，把下弦杆與螺栓球節點連接並一次擰緊到位；②腹杆與上弦球的組裝腹杆與上弦球應形成一個向下的四角錐，腹杆與上弦球的連接必須一次擰緊到位，為安裝上弦杆起鬆口服務，腹杆與下弦球的連接不能一次擰緊到位；③上弦杆與球的組裝上弦杆安裝順序由內向外傳，上弦杆與球擰緊應與腹杆和下弦球擰緊一次到位。要特別注意下弦球的墊實、軸線的準確、高強螺栓的擰緊程度、

撓度及幾何尺寸的控制。

5)吊點、吊帶、鋼絲繩選擇、試吊

① 確定吊裝圖根據地面拼裝的每個網架單體構件尺寸和重量，經過設計計算確定選擇滿足吊裝要求型號的汽車吊配合吊裝；② 吊點、吊帶及鋼絲繩的選擇待第一榀單體網架地面組裝好後，經過計算確定單體重心和平衡吊點，用吊車在地面進行試吊。吊帶選用由丙綸、杜邦絲、進口尼龍材質製作的扁平吊裝帶，兩頭扣柔性環形吊裝帶。吊鉤選用 YTQ082 型雙輪滑車安全吊鉤。鋼絲繩選用8× K25WS - IWRC 優質工程起重鋼絲繩；③ 試吊採用雙鉤四點掛法吊裝驗證最佳試吊點，保持起吊平穩，避免網架撓度變形，使下麵的吊裝順利完成。

6)首榀網架單體吊裝

①確定平衡吊點後，在圈梁內側擺好吊車的位置，進行首榀單體網架吊裝；②每榀單體網架跨支座兩跨，利用每兩跨單錐體網架的重心力矩相互平衡，在兩跨間距內首先形成首榀小範圍內空間自平衡結構體系；③在空中確定好支座位置後，將過渡鋼板與埋件鋼板焊接牢固，支座鋼板與過渡鋼板臨時焊接固定，螺栓球支座與支座鋼板通過大六角頭高強螺栓連接成鉸支結構；④採用鋼絲繩在網架兩側對稱設置纜風繩固定單體網架，防止網架撓度變形出現偏移，保持網架單體幾何尺寸不變，以首榀為起點，重複上述過程。

7)第一圈單體網架拼裝

安裝人員以已安裝在網架單體上的鋼掛梯為支撐作業面，以首榀為起點，重複以上

方法，沿圈梁進行單體網架多跨連續逐塊空中對接拼裝，直至整體網架最下層單體網架的首尾連接，利用每榀單體網架自平衡結構體系，形成首圈整體結構自平衡體系。

8)地面拼三角架小單元

第一圈單體網架安裝完成後，在地面拼裝三角架小單元，小單元起吊前需除鏽，然後安裝支托，緊固螺釘，刷乾淨杆件螺栓絲口處可能滯留的污垢、積質、泥砂等。

9)高空“散拼法”安裝小單元

①將鋼掛梯掛在穹頂網架外沿水準下弦杆上，安裝人員通過鋼掛梯上到自平衡結構體系的頂部作業面進行安裝，隨安裝高度增加不斷接長鋼掛梯；②根據網架的安裝順序，將網架分成許多小單元，兩個單元為一個網格，用吊車或安裝在網架上的導鏈吊具將事先在地面拼裝好的三角架小單元一次吊至設計位置，由高空安裝人員完成節點的連接，高空安裝人員以網架己形成的小單元三角架、弦杆為支撐點操作面，沿圈梁在空中逐排拼裝三角架小單元；③安裝過程包括將杆件與球之間的螺栓擰緊到位，安裝下弦杆和下弦球，此項工作完成後安裝人員以三角架和腹杆為支撐點沿水準弦杆以坐姿移位再裝另一根上弦杆，找准球孔，擰緊螺栓，重複以上安裝步驟。

10)逐塊拼接、網架合攏

高空散拼採用上弦倒三角錐、下弦正三角錐小單元，從已拼裝好的條狀單元由中間向兩端擴展，每次擴展一排網格，按此工藝直至網架全部拼裝完畢，每排網格拼裝完成後，對該排網格的位置、標高、矢高、幾何尺寸、螺栓擰緊程度、撓度以及支座位置、標高進行校核，不符合要求的及時調整校正。

11)屋面壓型鋼板安裝

球體屋面按設計分為若干區，屋面板安裝分區進行：①按球殼弧度要求對網架支托進行找平調整；②按圖紙設計的上弦網格尺寸進行放線，焊接屋面檁條；③屋面板安裝順序為先從網架底圈開始一圈圈逐步向上安裝，即最下麵一圈屋面板安裝完畢後再進行上面一圈屋面的安裝，同一圈屋面安裝時從每區的中間向兩側安裝；④安裝屋脊蓋板和邊口包角板；⑤安裝完畢及時清理屋面鐵屑或雜物，以免損壞面層。

12)檢查撓度及中心偏移

①網架在拼裝過程中要隨時檢查基準軸線位置、標高及垂直偏差，並應及時調整，防止撓度變形超出規範允許範圍；②網架總拼成型及屋面板施工完後，分別測量其撓度值，所測的撓度值不得大於相應設計值的 15 % ；③測量網架支撐點的中心偏移和高度偏差。

13)驗收

①網架結構的製作、拼裝和安裝的每道工序均應進行檢查驗收，安裝完成後必須進行交工檢查驗收，並作出品質驗收記錄；②網架安裝完，用鋼卷尺、經緯儀、全站儀及輔助量具檢查驗收，其檢測標準應符合網架穹頂屋面品質要求；③品質檢驗資料、試驗報告、總拼就位後幾何尺寸誤差和撓度記錄等資料齊全。

本發明有益效果包括：①在地面拼裝網架單體和三角架小單元，施工操作方便，易於調整精度偏差，保證安裝品質；②利用首圈自平衡結構體系完成上部網架的拼裝，不需要搭設支撐腳手架和拼裝操作平臺，節約了腳手架材料費和人工費，降低了工程施工