大跨度球面網(wǎng)架施工工法

1、大跨度球面網(wǎng)架施工工法編制單位： 批準(zhǔn)部門： 工法編號： 主要執(zhí)筆人： 1特點(diǎn)22適用范圍23工藝原理25質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)76 勞動力組織87安全措施88主要施工機(jī)具99經(jīng)濟(jì)效益9 在大跨度球面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工中，充分利用球面穹頂?shù)膸缀翁匦?，較低的外沿部分采用小單元地面預(yù)制空中組拼；距地面較高的中心圈部分，采用整體吊裝方法，最后在空中把外沿和中心圈組焊成整體，最大限度地減少了腳手架用量并確保了工程質(zhì)量和安全生產(chǎn)。這種安裝方法，既體現(xiàn)了整體吊裝的優(yōu)點(diǎn)，又克服了散裝法的不足。大跨度球面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工方法，于1994年元月份通過了中建總公司（省部級）組織的技術(shù)鑒定。專家們認(rèn)為這項技術(shù)，突破了常規(guī)施工模式，具有一

2、定獨(dú)創(chuàng)性和先進(jìn)性，成套技術(shù)開發(fā)應(yīng)用填補(bǔ)了我國大跨度球面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)制作及安裝的空白，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，網(wǎng)架施工質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平。該項技術(shù)1994年獲總公司科技進(jìn)步一等獎，該項技術(shù)的應(yīng)用工程天津體育中心第43屆世乒賽主賽館，1995年獲魯班獎。該館屋面為108m跨度的球面網(wǎng)架，覆蓋直徑135m，中心圈頂點(diǎn)高35m，是我國及亞洲最大的穹頂結(jié)構(gòu)。通過實踐，總結(jié)編寫本工法。1特點(diǎn) 1. 1根據(jù)球面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和其下部結(jié)構(gòu)情況，將網(wǎng)架劃分成若干個環(huán)帶，采用了外幾圈小單元地面預(yù)制逐圈由外向內(nèi)高空組拼和中心圈地面預(yù)制整體吊裝相結(jié)合的施工工藝； 12地面小單元預(yù)制采取坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)的方法，把原設(shè)計球節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成

3、新坐標(biāo)系，這樣降低了預(yù)制胎具的高度。節(jié)約鋼材，減少高空作業(yè)； 13利用看臺和穹頂外圈標(biāo)高低的特點(diǎn)，減少了腳手架用量； 14中心圈高，中間無看臺，采用整體吊裝法。地面組焊成形一次起吊到位，利用一根抱桿，起吊時攬風(fēng)繩系在外圈上，減少了攬風(fēng)繩長度； 15通過試驗測出焊縫收縮量，編制合理的焊接程序，有效地控制焊接變形和消除焊接應(yīng)力； 16采用遠(yuǎn)紅外測距儀、水平儀、經(jīng)緯儀，利用地面永久標(biāo)記的圓點(diǎn)控制球節(jié)點(diǎn)三維空間坐標(biāo)。2適用范圍 2l適合大跨度球面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；22適合大跨度中間高外沿低的曲面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；23適合大跨度平面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。3工藝原理3l任何一個球冠如果把它水平投影，沿半徑方向劃分為幾個球帶，沿球冠圓

4、周等分后每環(huán)帶所得的單元體是相等的。這樣球面網(wǎng)架小單元地面預(yù)制胎具的種類就相應(yīng)減少了，等于劃分的環(huán)帶數(shù)節(jié)約了材料；32無論是外圈的高空組焊，還是中心圈的地面組焊，都以小單元為單元體。因此只要提高小單元預(yù)制精度，確保其幾何尺寸，就能保證組焊后的網(wǎng)架整體各球節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。小單元的球節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)靠胎具保證；33小單元地面預(yù)制，操作方便，減少高空作業(yè)，減少誤差積累。由于采取坐標(biāo)平衡、旋轉(zhuǎn)（見圖33），降低了預(yù)制胎具的高度。通過數(shù)字計算，把原設(shè)計的坐標(biāo)換算新坐標(biāo)，有效地控制了小單元制作每個球節(jié)點(diǎn)的三維空間位置，保證了小單元精度，也為高空組拼和中心圈地面組拼提供了數(shù)據(jù)的保證。 如果以y軸旋轉(zhuǎn)又將小單元網(wǎng)架放倒，使

5、1球和2球連線與x軸重合，此時新坐標(biāo)系的值發(fā)生變化，xyz為新坐標(biāo)，則它們與原坐標(biāo)的關(guān)系是： x=xcos+zsin y=y z=zcos=xsin 34關(guān)于三維空間控制原理，對于球面體，地面圓心控制點(diǎn)是關(guān)鍵。所以從外向內(nèi)組裝就便于控制。把原設(shè)計的坐標(biāo)換算成極坐標(biāo)就更方便了。對球面徑向每個球節(jié)點(diǎn)要滿足球面方程式（1），對于緯向環(huán)狀球節(jié)點(diǎn)要滿足圓的方程式（2）。 x2+y2+z2=r12 r為球的半徑 x2+y2 =r22 r。為圓的半徑35按公式（1）可校核z值 z2=r12-x2-y2 按公式（3）校核兩桿件長度l： 4施工工藝4l安裝區(qū)段的劃分 411中心圈直徑的確定原則 首先要計算準(zhǔn)備用

6、來吊裝中心圈網(wǎng)架的單根格構(gòu)式抱桿起吊能力和穩(wěn)定性，根據(jù)已有（或新設(shè)計）抱桿起吊能力選定中心網(wǎng)架的直徑（吊裝重量）。然后再計算所選定直徑的中心圈網(wǎng)架因自重引起的變形，并通過現(xiàn)場試吊校核變形值。通過測試，一般43kgm2 的網(wǎng)架中心圈直徑選在3050m為宜。 412外沿逐環(huán)帶的劃分原則 整體吊裝的中心圈網(wǎng)架的直徑確定后，把剩余外圈分為若干環(huán)帶。根據(jù)吊裝高度和吊車的吊裝能力，適當(dāng)?shù)倪x擇小單元的體積和重量。小單元的長度恰好等于所劃分環(huán)帶的寬度。小單元的寬度應(yīng)當(dāng)大于經(jīng)向兩個球節(jié)點(diǎn)為宜。在吊裝能力允許的條件下盡量擴(kuò)大小單元的體積。小單元以球節(jié)點(diǎn)開始到球節(jié)點(diǎn)結(jié)束。在同一環(huán)帶小單元尺寸應(yīng)相等采取同一尺寸。由外

7、向里圈逐漸增高，吊裝能力下降，應(yīng)適當(dāng)減小小單元的尺寸和重量，網(wǎng)架單重在43kgm2時小單元可選擇1220m長為宜。 42小單元的預(yù)制 42l專用胎具 網(wǎng)架小單元應(yīng)在專用的胎具上制作，以保證桿件和節(jié)點(diǎn)的精度和互換性。 首先在夯實的地基上鋪設(shè)道木，在道木上鋪設(shè)1620mm鋼板組成鋼平臺（鋼平臺大小根據(jù)小單元尺寸而定，鋼板平整度要求在11000以內(nèi)）。然后在鋼平臺上用換算后的x、y、z坐標(biāo)確定每個球節(jié)點(diǎn)的空間位置，用鋼管作為球節(jié)點(diǎn)的定位支座，該定位支座高度可進(jìn)行微量調(diào)整。支座鋼管的直徑根據(jù)球的大小而定，一般在l08159范圍內(nèi)，在選定的坐標(biāo)系中用儀器精確校核各球節(jié)點(diǎn)的空間位置，校核桿件長度。 422

8、空心球 空心球可以自制或定貨?？招那虻匿摬囊瞬捎脟覙?biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼gb70088規(guī)定的3號鋼或國家標(biāo)準(zhǔn)低合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件gb 159188規(guī)定的16mn鋼，產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼網(wǎng)架焊接球節(jié)點(diǎn)jgj75291規(guī)定。 423鋼管桿件長度的計算根據(jù)設(shè)計圖紙兩球中心距，并考慮組對間隙和焊縫收縮量，計算鋼管桿件加工長度（見圖423），鋼管桿件長度計算公式如下： l-為兩球設(shè)計中心距 l1-件加工長度 r1、r2-空心球外圈半徑 a-鋼管桿件內(nèi)半徑 b-每道焊口組對間隙 c-每道焊口焊縫收縮量（其值通過試驗確定） 424鋼管桿件的下料加工 焊接球節(jié)點(diǎn)的鋼管桿件宜采用車床下料并車制坡口，桿件長度允許偏

9、差為1mm。 425小單元的焊接順序 小單元拼裝應(yīng)選擇合理的焊接工藝順序，以減少焊接變形和焊接應(yīng)力。焊接順序應(yīng)從小單元中間向兩端發(fā)展，以確保每道焊口都能自由收縮。無論在任何情況下都不得同時施焊同一桿件上的兩端焊口。小單元焊接順序見圖4.25l。小單元組焊程序見圖4252。 焊 接 工 藝第一層焊縫按順序施焊材料復(fù)驗車床下料對口考慮收縮量后核對尺寸焊縫收縮值試驗無損檢測三遍施焊至焊完從胎具吊下校核實際尺寸焊條烘干下道工序圖4.2.5-2 焊接順序426小單元吊運(yùn) 當(dāng)小單元在專用胎具上完成第一遍焊接后，可從專用胎具上吊下平穩(wěn)的放在鋼平臺上，進(jìn)行第二遍焊接直至全部焊完。這樣可以充分利用胎具，進(jìn)行流水

10、作業(yè)，提高工效，然后用履帶吊車吊運(yùn)到高空組拼的預(yù)備場地，進(jìn)行下道工序。 43外沿逐圈的高空組焊 431 腳手架的搭設(shè)腳手架塔設(shè)可和小單元預(yù)制同步進(jìn)行，因為外沿逐圈從外向里進(jìn)行組拼，腳手架搭設(shè)順序也應(yīng)從外向里逐圈進(jìn)行。腳手架搭設(shè)應(yīng)能滿足現(xiàn)場施工需要，主要承受荷載為：構(gòu)件重量、施工人員運(yùn)動荷載、對點(diǎn)焊定位的預(yù)制單元進(jìn)行微量調(diào)整、防止變形措施中臨時支撐、連接桿件的重量等。腳手架材料應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定要求。其扣件螺紋完好，其緊固力矩為3949nm（4-5kgfm）最大不超過59nm。腳手架參數(shù)的確定及校核依據(jù)為“建筑施工手冊、9l腳手架工程”及該章節(jié)中的部分圖表，根據(jù)搭設(shè)高度套用表中“砌筑”型腳手架由表來

11、確定立桿縱橫間距a、b。我們根據(jù)高度荷重確定 a12m b16m h16m h步距根據(jù)a、b、h，由于910查得允許搭設(shè)高度為hmax68（作業(yè)層數(shù)為1）。未考慮到實際搭設(shè)中各種因素的影響，手冊中規(guī)定增加安全系數(shù)1517，則腳手架搭設(shè)最大安全高度為：腳手架立桿下方最好能放支撐座。在回填土場地搭設(shè)腳手架時，立桿下面必須至少加墊木，回填土必須是已夯實。必要時木板上方應(yīng)放槽鋼。腳手架搭設(shè)順序為：掃地桿逐根立桿立桿與掃地桿扣緊掃地小橫桿并與立桿或掃地桿扣緊安第一步大橫桿（與立桿扣緊）安第一步橫桿第二步橫桿加設(shè)臨時斜撐桿（上端與第二步大橫桿扣緊）第三四步大橫桿和小橫桿聯(lián)墻桿安立桿加設(shè)剪刀撐鋪腳手板。立桿

12、垂直偏差：架高在30m以內(nèi)時應(yīng)不大于架高的1200。其他大橫桿、小橫桿、剪刀撐等偏差都應(yīng)在規(guī)定內(nèi)。在鋪設(shè)腳手板的操作層上必須設(shè)護(hù)欄和擋腳板。欄桿高度為08lm。擋腳板亦可加設(shè)一道距腳手板面0204m的低欄來代替。墊板必須鋪平放穩(wěn)，不得懸空。432三維空間坐標(biāo)的控制大跨度球面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，球節(jié)點(diǎn)空間定位必須使用精密儀器，因此需要把原坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)，以圓點(diǎn)轉(zhuǎn)角測距、高程定位的方法來確定球節(jié)點(diǎn)的空間位置。使用經(jīng)緯儀、遠(yuǎn)紅外線測距儀、水準(zhǔn)儀才能達(dá)到設(shè)計精度。國內(nèi)外大量資料表明，以圓點(diǎn)中心定位，從外圈向里安裝具有更多的優(yōu)點(diǎn)，它可以減少封閉誤差。我們根據(jù)吊裝能力由外想內(nèi)中心分為四環(huán)帶，采取流水作業(yè)。小單元地

13、面預(yù)制后，逐環(huán)帶空間組拼。每個環(huán)帶上的小單元球節(jié)點(diǎn)都在腳手架上設(shè)球底座。這個底座經(jīng)測量后三維空間坐標(biāo)完全和小單元各球節(jié)點(diǎn)相對應(yīng)。應(yīng)校核尺寸和坐標(biāo)并記錄。由于從外向里流水作業(yè)，使三儀定位法（見圖432）得以實現(xiàn)。腳手架上的球底座應(yīng)該做成便于調(diào)整的形式調(diào)整好后應(yīng)臨時固定。433高空組拼（見圖433） 小單元預(yù)制在場館外，因為場館內(nèi)為吊車吊裝運(yùn)輸場地。采用8ot履帶吊車可以解決水平運(yùn)輸和吊裝，它比塔吊更有優(yōu)越性。 組對順序應(yīng)選任一合適直徑為基準(zhǔn)對稱進(jìn)行。在兩對稱的半圓內(nèi)，從中間向兩側(cè)進(jìn)行。整個環(huán)帶留兩個自由伸縮縫，使組焊時產(chǎn)生的焊接應(yīng)力得以消除。保證連接桿件焊口的收縮得以實現(xiàn)。各小單元構(gòu)件在連接時可

14、使用簡單工具進(jìn)行位置的調(diào)整。當(dāng)l、2兩圈逐個小單元組焊起來后，再用桿件將l、2兩圈連接組焊起來，當(dāng)?shù)?圈逐個小單元組焊起來后，再用桿件將其和第2圈連接組焊起來，直至完成。小單元高空組拼用80t履帶吊吊裝。材料理化復(fù)驗預(yù)制平臺搭設(shè)單元胎架測量桿件車床下料球體預(yù)制單元球接點(diǎn)坐標(biāo)定位腳手架搭設(shè)三維空間定位單元組 對焊接地面防腐處理空間組對無損檢測尺寸復(fù)驗記錄焊口刷油連接焊口無損檢測焊接整體尺寸校核吊裝第二圈循環(huán)434外沿逐圈施工工序流程見圖434。44中心圈吊裝（見圖44） 中心圈即為第三圈以內(nèi)的中心部分（第四圈為懸挑部分）。該部直徑大小取決吊裝能力。我們?nèi)≈行娜χ睆綖?5m，重32t。 中心圈的網(wǎng)

15、架在地面組裝。小單元預(yù)制完成在中心抱桿立起后從外向里組焊。中心抱桿預(yù)留部分待吊裝就位拆除抱桿后再進(jìn)行組焊。中心圈網(wǎng)架組焊完了后，將中心預(yù)留部分的連接桿件、球等都放在網(wǎng)架的腳手架上一起起吊。起吊時先試吊測變形，如果無變形經(jīng)幾次試吊后可起吊。待添加的隱藏文字內(nèi)容1 抱桿的攬風(fēng)繩系在已組焊完的第三圈網(wǎng)架上。用12001200格構(gòu)式鋼抱桿。抱桿總長40m（長度可接長和縮短），最大吊重45t，采用兩側(cè)對稱吊裝。吊裝到位后，將中心圈網(wǎng)架用導(dǎo)鏈固定在設(shè)計標(biāo)高位置。并和三圈相應(yīng)球找正。然后連接中心部分和第三圈腳手架進(jìn)行安全防護(hù)后組焊連接桿件。特別注意將卷揚(yáng)的牽引繩鎖住，進(jìn)行雙保險。因為網(wǎng)架的幾何尺寸和空間坐標(biāo)

16、在地面上已進(jìn)行找正和校核，因此吊裝就位后只找相對位置即可。全部組焊完成了拆除抱桿。詳細(xì)計算可根據(jù)雙卷揚(yáng)對稱起吊單根抱桿進(jìn)行計算。 45中心圈抱桿的拆除 中心圈網(wǎng)架和外圈合攏后，整個球面網(wǎng)架已經(jīng)完成，中心抱桿超出穹頂，拆除方法，用80t履帶吊車，將抱稈吊起，從下部逐節(jié)卸掉螺栓。用20t吊車將底節(jié)吊除，以此類推。當(dāng)抱桿拆除后再將穹頂最高點(diǎn)（抱桿超出部分留的孔）空缺部分用球和桿件連接起來。5質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 5l技術(shù)條件 51l材料及焊條應(yīng)按gb70088、gb5ll7gb5ll8規(guī)定要求，嚴(yán)格進(jìn)行物理、化學(xué)、力學(xué)性能復(fù)驗。 512鋼球應(yīng)符合鋼網(wǎng)架焊接球節(jié)點(diǎn)jgj75292要求，球幾何尺寸偏差見表512。

17、球幾何尺寸偏差表512項目直徑極限偏差優(yōu)質(zhì)品合格品球直徑d3001.52.5球圓度d3001.52.5壁減薄量10%且1.21.3%且1.5兩個半球?qū)阱e邊0.51.0焊縫高度-1.5-1.5 球應(yīng)進(jìn)行力學(xué)試驗，其極限承載力應(yīng)按jgj752-91表1、2規(guī)定。加肋球、肋板應(yīng)位于上下弦自身平面內(nèi)。 513支座平整度，要求板兩端偏差應(yīng)3mm，相鄰支座高差小于l1800，且300mm（l1-為兩支座距離）。 514無縫鋼管件允許長度偏差為1mm，單件高允許偏差2mm，上弦對角線允許偏差3mm，上下弦節(jié)點(diǎn)中心偏差2mm，分條或分塊網(wǎng)架單元長度不大于20m時，拼接邊長度允許偏差10mm，當(dāng)條或塊的長度大

18、于20m時，拼接邊長度允許偏差為20mm，在總拼裝前應(yīng)精確放線，放線的允許偏差分別為邊長及對角線長的110000。 5l5焊接按gbj205鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范要求進(jìn)行。受拉焊口20超聲波探傷（但施工中實際擴(kuò)大到50超探），要求二級焊縫。 52引用標(biāo)準(zhǔn)： jgj791網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)范； gbj205 鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范； gb699 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼號及一般技術(shù)條件； cb3087 低中壓鍋爐用無縫鋼管 gb222 鋼的化學(xué)分析試樣取樣法及成品化學(xué)分析允許偏差； gb228 金屬拉伸試驗法； gb223 鐵及合金化學(xué)分析法； gb2975 鋼材力學(xué)及工藝性能試驗的取樣規(guī)定。 jg

19、j752-91鋼網(wǎng)架焊接球節(jié)點(diǎn)6 勞動力組織勞動力組織見表6l。 天津體育中心主賽館、球面網(wǎng)架勞動力每班作業(yè)人數(shù)表6l工種人數(shù)工作地點(diǎn)責(zé)任范圍總指揮l整個施工現(xiàn)場負(fù)責(zé)各方面協(xié)調(diào)工作，對工程進(jìn)度，質(zhì)量安全負(fù)責(zé)。是工程總負(fù)責(zé)人。副指揮2整個施工現(xiàn)場一位負(fù)責(zé)生產(chǎn)調(diào)度，一位負(fù)責(zé)技術(shù)管理。焊接責(zé)任工程師l負(fù)責(zé)小單元制作及現(xiàn)場安裝對全部焊接工藝、焊接質(zhì)量，無損檢測，進(jìn)行把關(guān)、控制。焊接工程師1負(fù)責(zé)小單元制作及現(xiàn)場安裝跟班、進(jìn)行焊接程序把關(guān)，技術(shù)交底，焊接記錄，資料的整理結(jié)構(gòu)責(zé)任工程師l鉚焊現(xiàn)場對全部工程的作業(yè)負(fù)責(zé)。落實施工組織設(shè)計，工藝程序把關(guān)，解決技術(shù)問題。結(jié)構(gòu)工程師1鉚焊現(xiàn)場進(jìn)行跟班質(zhì)量把關(guān)、技術(shù)交底

20、，處理技術(shù)問題，施工記錄檢查，整理資料，計算機(jī)處理。安全員2施工現(xiàn)場及生活區(qū)進(jìn)行安全交底、檢查、督促、安全教育，對安全生產(chǎn)負(fù)責(zé)。檢查安全措施落實，提出隱患。質(zhì)量檢查員1施工現(xiàn)場及生活區(qū)負(fù)責(zé)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)保體系運(yùn)轉(zhuǎn)的檢查。對產(chǎn)品檢查簽署意見。材料責(zé)任工程師1材料倉庫及施工現(xiàn)場對所有采購的材料規(guī)格、型號、質(zhì)量負(fù)責(zé)。負(fù)責(zé)提供材料合格證及辦理復(fù)驗。材料員2倉庫、現(xiàn)場負(fù)責(zé)采購、保管及發(fā)放手續(xù)、對材料檢驗、計量?，F(xiàn)場回收測量員4現(xiàn)場負(fù)責(zé)測量、數(shù)據(jù)積累、復(fù)查測量數(shù)據(jù)，繪制測量圖鉚工36其中12人預(yù)制24人高空組拼負(fù)責(zé)小單元預(yù)制組對及高空組拼及中心圈組拼電焊工38其中 12人預(yù)制焊接， 26人高空組焊負(fù)責(zé)焊接作業(yè)，質(zhì)量責(zé)任落實到人頭，每道焊口打鋼號汽焊工4現(xiàn)場預(yù)制，現(xiàn)場組焊負(fù)責(zé)汽焊、汽割作業(yè)車工2預(yù)制場鋼管桿件下料及坡口加工油工6預(yù)制場除銹刷油起重工20現(xiàn)場小單元體的運(yùn)輸、高空吊裝及中心圈吊裝架子工50現(xiàn)場腳手架搭設(shè)及拆除，按計劃和圖紙要求進(jìn)行。包括腳手管扣的修理及現(xiàn)場力工活?？傆?737安全措施 本工程高空作業(yè)多，施工難度大。對于高空作業(yè)的安全措施尤為重要。 71腳手架的搭設(shè)一定要按規(guī)程進(jìn)行，在穩(wěn)定的問題上要有17倍的安全系數(shù)（按手hmax要增大17倍）關(guān)于腳手架的穩(wěn)定問題哈建院徐學(xué)寶教授進(jìn)行了研究試