大型懸空球殼網(wǎng)架安裝技術(shù)

江蘇南通六建建設(shè)集團有限公司 如皋 226500

大慶石油科技博物館入口大廳上部為懸空球形影（錄）像廳（圖1），采用懸空球殼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，氣勢宏偉。

圖1 懸空球形影（錄）像廳

我們根據(jù)懸空球殼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點，并考慮到施工現(xiàn)場空間狹小、吊車無法利用、現(xiàn)場搭設(shè)腳手架施工難度大、質(zhì)量安全不易保證等困難，經(jīng)過反復(fù)研究，研制了一種地面拼裝與高空拼裝累積提升相結(jié)合的安裝工藝。實踐結(jié)果表明，地面拼裝與高空拼裝累積提升相結(jié)合安裝技術(shù)應(yīng)用于懸空球殼網(wǎng)架安裝，安全可靠，經(jīng)濟合理。

1 工程概況

大慶石油科技博物館入口大廳上方有一能容納逾100 人的懸空球殼網(wǎng)架影（錄）像廳，由上、下2 個半球殼網(wǎng)架組成，Φ13 964 mm，固定于建筑中間預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)平臺梁上。網(wǎng)架鋼管規(guī)格為Φ60 mm×3.5 mm、Φ114 mm×4 mm，材質(zhì)為Q235鋼，螺栓球規(guī)格為WS100～WS180，材質(zhì)為45#鋼，球殼網(wǎng)架的立面如圖2所示。

圖2 影（錄）像廳球殼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)立面

2 安裝方案選擇

由于中間平臺梁及頂部鋼管桁架屋面的影響，球殼網(wǎng)架無法采用地面拼裝起重機械整體吊裝的安裝方法，若采用整體高空拼裝則需搭設(shè)高度為25 m的腳手架，且由于是球體結(jié)構(gòu)，腳手架搭拆難度大，施工精度和安全不易保證。經(jīng)技術(shù)研究決定[1,2]：先將懸空球殼網(wǎng)架下半部在地面拼裝后借助固定于預(yù)應(yīng)力鋼梁上的手拉葫蘆整體提升安裝；在中間鋼梁平臺定位焊接安裝后，作為球殼網(wǎng)架上半部拼裝的操作平臺，由操作人員站立在中間鋼梁平臺上進行球殼網(wǎng)架的上半部拼裝，每拼裝完一圈，再利用固定于上部屋面鋼桁架中心的手拉葫蘆進行累積提升，直至完成球殼網(wǎng)架的全部安裝。

上、下半球殼網(wǎng)架質(zhì)量分別為1.98 t和1.95 t，經(jīng)計算，采用100 kN手拉葫蘆進行提升吊裝，安全系數(shù)大于5，對手拉葫蘆懸吊點處的預(yù)應(yīng)力鋼梁和屋面鋼桁架進行受力和撓度變形驗算，承載力滿足要求，預(yù)應(yīng)力鋼梁中心的撓度變形為3 mm，屋面鋼桁架中心的撓度變形為2 mm，結(jié)構(gòu)安全。

3 施工防護與作業(yè)平臺搭設(shè)

3.1 防護欄桿

施工前，首先需在預(yù)應(yīng)力鋼梁上焊接防護欄桿，此欄桿作為行走扶手和焊接作業(yè)時安全繩的懸掛點。

3.2 吊籃

在進行下半球殼支座固定焊接作業(yè)時，需要用吊籃作為操作人員作業(yè)的平臺，吊籃的使用如圖3所示。

圖3 吊籃使用示意

3.3 施工平臺

在提升下半球殼后，安裝上半球殼前，需在中間鋼結(jié)構(gòu)平臺梁上滿鋪鋼跳板，以此作為上半球殼高空拼裝的操作平臺。要求鋼跳板與平臺梁要綁扎牢固，不得出現(xiàn)探頭跳的情況。

4 安裝方法[1-3]

4.1 安裝順序

下半球殼地面拼裝→支座定位→下半球殼安裝→搭設(shè)施工平臺→上半球殼高空拼裝累積提升

4.2 下半球殼地面拼裝

下半球殼的拼裝位置為球殼安裝位置的正下方的地面上。

拼裝順序由中心向外圈逐圈拼裝。每圈拼裝結(jié)束后，即將該圈所有桿件擰緊，不擰緊不得進行下圈桿件的安裝。在頭3 圈拼裝結(jié)束后，必須將網(wǎng)架墊平，墊點位置為球節(jié)點處，墊料優(yōu)先選用木料，墊點布置為沿著環(huán)形方向均勻設(shè)置6 點，在網(wǎng)架墊平后方可再進行下圈桿件的拼裝作業(yè)。

4.3 支座定位

下半球殼起吊前，需先進行支座的定位作業(yè)。由于上、下半球殼的支座位置在水平投影方向重合，故可在平臺梁上先將上半球殼支座定位，然后用上半球殼支座位置定位下半球殼支座位置。

支座的定位以鋼梁G2-B上翼緣面上的弧形梁圓心點為控制點，將全站儀支在該圓心控制點上，以鋼梁G2-B軸線為控制線，通過旋轉(zhuǎn)角度和測量圓心到支座中心的距離可進行上支座的定位，然后根據(jù)此定位點用線墜及鋼尺即可確定下半球殼支座的位置。

4.4 下半球殼安裝

下半球殼支座定位后，先將下半球殼支座焊接到平臺梁上。根據(jù)下半球殼的質(zhì)量（1.95 t）及安裝高度（距地面約17 m），故須在平臺梁圓心控制點處懸掛相連的2 個鏈長12 m的100 kN手拉葫蘆，如圖4所示。

通過手拉葫蘆的兩次提升將下半球殼起吊就位，網(wǎng)架綁扎點為4 點，綁扎位置為球節(jié)點處，且均勻布置在第4圈球節(jié)點上。

4.5 上半球殼高空拼裝累積提升

上半球殼的拼裝順序同下半球殼，也是從中心點開始逐圈拼裝，但是自上而下進行，即將1 個100 kN手拉葫蘆固定于其上鋼管桁架屋面的中心圓盤上，每拼裝完一圈后，用手拉葫蘆將網(wǎng)架提升一定高度，再繼續(xù)拼裝下一圈桿件，以確保操作人員始終站在平臺梁處的施工平臺上進行網(wǎng)架拼裝作業(yè)。網(wǎng)架綁扎點亦為4 點，綁扎位置為球節(jié)點處，均勻布置在第4圈球節(jié)點上。其拼裝如圖5、圖6所示。

圖4 下半球殼吊裝示意

圖5 上半球殼拼裝示意

圖6 上半球殼拼裝施工場景

4.6 網(wǎng)架安裝精度控制

該網(wǎng)架為螺栓球球殼網(wǎng)架，為了控制球節(jié)點空間坐標(biāo)、標(biāo)高，首先必須控制球、桿的制作精度。因為在制作螺栓球時，其上所鉆螺栓孔的位置、角度已經(jīng)將桿件拼裝后的空間位置確定了，而桿件的長度加工精度則直接影響著螺栓球的空間坐標(biāo)，所以控制球、桿的加工制作精度是控制球節(jié)點空間坐標(biāo)、保證網(wǎng)架安裝精度的關(guān)鍵措施。

5 結(jié)語

在懸空球殼網(wǎng)架安裝中，我們打破常規(guī)，創(chuàng)新地采用地面拼裝與高空拼裝累積提升相結(jié)合的施工工藝，只需使用小型設(shè)備，就可完成懸空球殼網(wǎng)架的安裝，解決了懸空球殼網(wǎng)架安裝中空間狹小、現(xiàn)場吊車無法利用、現(xiàn)場搭設(shè)腳手架高空整體拼裝施工難度大、質(zhì)量安全不易保證等技術(shù)難題。

本次懸空球殼網(wǎng)架從進場開始，到安裝結(jié)束，僅用11 個工作日，與搭設(shè)腳手架高空整體拼裝相比，降低施工難度，加快施工速度，安裝工期提前8 d，保證了安裝精度和安全，節(jié)省腳手架鋼管租賃費和搭拆費，取得直接經(jīng)濟效益約2 萬元。