大跨度球面网架结构施工中，充分利用球面穹顶的几何特点，下部外缘采用小单元在地面预制，空中拼装，中心环高出地面部分整体吊装，最后在空中将外缘与中心环焊接在一起，最大限度减少脚手架的使用，保证工程质量和安全生产。这种安装方式既体现了整体吊装的优势，又克服了散装法的不足，突破了常规的施工模式。
特征
01
1.1根据球面网架及其下部结构的结构特点，将网架分成若干环，采用外圈小单元地面预制与由外至内高空拼装相结合的施工工艺，中心圈地面预制整体吊装；
1.2地面小单元预制采用坐标系旋转的方法，将原设计球节点坐标换算到新的坐标系中，降低了预制模具高度，节省钢材，减少高空作业；
1.3 利用看台标高较低及穹顶外圈的优势钢结构网架工程，减少了脚手架的使用量；
1.4中心圈较高，中间无支架，采用整体吊装方式。地面一次性焊接、吊装到位，采用抱杆。吊装时将风绳绑在外圈上，减少了风绳长度；
1.5通过试验测量焊缝的收缩量，编制合理的焊接工艺，有效控制焊接变形，消除焊接应力；
1.6利用远红外测距仪、水准仪和经纬仪，利用地面上永久标记的点来控制球节点的三维空间坐标。
适用范围
02
2.1适用于大跨度球面网架结构；
2.2适用于中心高、外缘低的大跨度曲线网架结构；
2.3适用于大跨度平面网架结构。
工艺原理
03
3.1若将任意球冠作水平投影，沿径向分成若干个球区，则各环区内将球冠周长等分得到的单元体相等。这样，球面网格小单元地面预制模具种类相应减少，相当于按划分环区个数来节省材料；
3.2无论是外环高空焊接还是中心环地面焊接，都是以小单元作为单元本体，因此只要提高小单元的预制精度，保证其几何尺寸，就能保证焊接后整体网格的球节点坐标，小单元的球节点坐标由夹具保证；
3.3单元地面预制操作简便，减少高空作业，降低误差积累。由于采用了坐标平衡和旋转（见图3.3），降低了预制模具的高度。通过数字化计算，将原设计坐标转化为新坐标，有效控制了小单元生产中各球节点的三维空间位置，保证了小单元的精度，也为高空装配和中心圆地面装配提供了数据保障。
如果将小单元网格沿Y轴旋转后重新放下，使得1号球和2号球连线与X轴重合，新的坐标系的值就会发生改变，XYZ即为新的坐标。那么它们与原坐标的关系为：
X=xcosα+zsinα
Y=y
Z = zcosα = xsinα
3.4 关于三维空间控制原理，对于球体来说，地面中心控制点是关键，因此，如果从外向内组装，控制起来会比较容易，将原设计坐标换算成极坐标就更加方便了。球面径向每个球面节点，必须满足球面方程1，纬向每个球面节点，必须满足圆周方程2。
x2+y2+z2=R12R——球体的半径
x2+y2 =R22 R.——是圆的半径
3.5 Z值可按公式（1）校核：
Z2=R12-X2-Y2
根据公式3检查两杆的长度L：
施工技术
04
4.1 安装区段划分
4.1.1 中心环直径的确定原则
首先要计算吊装中心环网架所用单根格杆的吊装能力和稳定性，并根据现有（或新设计）杆的吊装能力选择中心网架的直径（吊装重量）。然后计算所选直径的中心环网架因自重产生的变形量，并通过现场试吊验证变形值。通过测试，一般建议43kg/m2网架的中心环直径在30~50m之间选择。
4.1.2 外环区域划分原则
整体吊装中心环网架直径确定后，将余下的外环分成若干环带，根据吊装高度和起重机的吊装能力，适当选择小单元的体积和重量。小单元的长度恰好等于分割后的环带宽度，小单元的宽度应大于纵向两个球节点，在吊装能力允许的条件下，尽可能扩大小单元的体积，小单元起自球节点，止于球节点，同一环带内小单元的尺寸应相等、大小一致。随着吊装能力由外向内减小，小单元的尺寸和重量应适当减小。当网架单重为43kg/m2时，小单元可选用12～20m长。
4.2 小型单元的预制
4.2.1 特种轮胎
小网格单元应在专用夹具上制作，以保证杆件和节点的准确性和互换性。
首先在夯实的基础上铺设轨道，然后在轨道上铺设16-20mm钢板，组成钢平台（钢平台尺寸根据小机组尺寸确定，要求钢板平整度在1/1000以内）。
然后利用换算后的X、Y、Z坐标在钢平台上确定各球节点的空间位置，用钢管作为球节点的定位支撑，定位支撑的高度可微调，支撑钢管的直径根据球的大小确定，一般在φl08～φ159范围内。在选定的坐标系中用仪器精确检查各球节点的空间位置及杆的长度。
4.2.2 空心球
空心球可自行制作，也可订货，空心球钢材应采用国标《碳素结构钢》GB700-2006中规定的Q235B或国标《低合金结构钢技术条件》GB 1591-2008中规定的Q345B钢，产品质量应符合行业标准《钢格栅焊接球节点》JGT11-2009的规定。
4.2.3钢管构件长度计算
根据设计图中两球中心距，考虑装配间隙及焊缝收缩量，计算钢管棒加工长度（见图4.2.3）。钢管棒长度计算公式为：
L——设计两球中心距
L1--零件加工长度
R1、R2——空心球外圈半径
a——钢管杆内半径
b——各焊缝间的间隙
c——每条焊缝的焊缝收缩量（该值由试验确定）
4.2.4 钢管棒材切割加工
焊接球节点钢管棒材应在车床上进行切割、坡口加工，棒材长度允许偏差±1mm。
4.2.5 小单元焊接顺序
小单元组装时应选择合理的焊接工艺顺序，减少焊接变形和焊接应力。焊接顺序应从小单元中部向两端发展，保证每条焊缝都能自由收缩。任何情况下都不得同时焊接同一根杆件两端的焊缝。
4.2.6 小机组提升
小机组在专用夹具上完成第一道焊接后，即可从专用夹具上吊起，稳定放置在钢平台上进行第二道焊接，直至全部焊接完成。这样可以充分利用夹具，进行流水线作业，提高工作效率，然后再用履带吊吊至准备现场，进行下一道工序的高空组装。
4.3 外缘逐圈高空焊接
4.3.1 脚手架搭设
脚手架塔架可与小单元预制同时安装，由于外缘拼装由外向内，因此脚手架搭设顺序也应由外向内进行。脚手架搭设应满足现场施工的需要。主要荷载有：构件自重、施工人员移动荷载、点焊定位的预制单元微调、采取变形预防措施的临时支撑、连接杆自重等。脚手架材料应符合有关规定。扣件螺纹完好，紧固扭矩为39-49Nm（4-5kgfm），最大不超过59Nm。
脚手架参数的确定与校核依据《建筑施工手册9-1脚手架工程》及本章部分图表，根据搭设高度，采用表中“砌体”类型脚手架，确定立杆纵、横间距a、b。
负荷确定
a＝1．2米
b＝1．6米
高＝1．6米
h—步距
根据a、b、h，由于9-10，允许架设高度为Hmax=68（工作层数为1）。
实际搭设时未考虑各种因素的影响，手册规定安全系数应增加1.5-1.7，脚手架搭设的最大安全高度为：
脚手架立杆下面最好放置支撑底座，在填土场地搭设脚手架时，立杆下面至少要放置木块，填土要压实，必要时木板上面要放置槽钢。
脚手架搭设顺序为：扫地杆→逐根立杆→将立杆用扫地杆紧固→紧固小扫地横杆与立杆或扫地杆→安装第一根大横杆（与立杆紧固）→安装第一根横杆→第二根横杆→加临时斜撑杆（上端与第二根大横杆紧固）→第三、第四根大横杆、小横杆→墙体连接杆→安装立杆→加剪刀支撑→铺脚手板。
立杆垂直偏差：高度在30m以内时，不应大于高度的1/200。其他大横杆、小横杆、剪刀撑等的偏差均应在规定范围内。
铺设脚手板的操作层必须安装护栏和踏板，栏杆高度为0.8-1m，踏板也可用距脚手板面0.2-0.4m的低栏杆代替，垫块必须铺设平整、稳定，不得悬空。
4.3.2 三维空间坐标的控制
对于大跨度球面网架结构，必须采用精密仪器进行球节点的空间定位，因此需要将原始坐标换算成极坐标，采用点测角、高程定位的方法确定球节点的空间位置钢结构网架工程，只有借助经纬仪、远红外测距仪、水准仪等才能达到设计精度。国内外大量资料表明，以点中心定位、从外圆向内安装更有优势，可以减少闭合误差。我们根据吊装能力从外向内分成四条环带，采用流水作业。小单元地面预制后，在空间逐环拼装，每条环带上的小单元球节点在脚手架上安装一个球基座，经测量后，此基座的三维空间坐标就完整了。
整体、小单元球节点相互对应，应检查尺寸、坐标并记录。由于作业是从外向内进行，可采用三仪定位法（见图4.3.2）。脚手架上的球座应制成便于调整的形式，调整后应临时固定。
4.3.3 高空装配
小单元都是在场馆外预制，因为场馆内是吊车起重运输现场，采用80t履带吊可以解决水平运输和吊装，比塔吊更有优势。
组装顺序应以任意合适的直径为基准，对称组装。在两个对称的半圆中，从中间向两侧进行。整个环带中留有两处自由膨胀缝，以消除组装焊接时产生的焊接应力。保证连接杆焊缝的收缩量。连接时可用简易工具调整各小单元部件的位置。第1圈与第2圈焊接完毕后，再将第1圈与第2圈连接并用杆焊接在一起。第3圈焊接完毕后，再将其与第2圈连接并用杆焊接在一起，直至完成。小单元高空组装采用80t履带吊吊装。
4.4 中心环吊装
中心圆是第三圆（第四圆为悬臂部分）内的中心部分，此部分的直径根据起重能力而定，我们取中心圆直径为35m，重量为32t。
中心环网架在地面拼装，小单元预制后，在中心杆立起后由外向内焊接，吊装到位后拆杆，焊接中心杆预留部分。中心环网架焊接完成后，将中心预留部分的连杆、球头放在网架脚手架上，一起吊装。吊装时，先试吊变形，如无变形，经多次试吊后方可吊装。
杆的牵绳绑在焊接好的第三圈网架上。采用1200×1200格构钢杆。杆全长40m（长度可延长、缩短），最大起重量45t，两边对称吊装。吊装到位后，在设计标高处用导链固定中心圈网架。并与三圈对应球头对齐。再将中心部分与第三圈脚手架连接好，进行安全防护，然后焊接连接杆。特别注意锁紧卷扬机牵引绳，以作双保险。由于网架的几何尺寸和空间坐标已在地面找正校对，吊装到位后只需找准相对位置即可。全部焊接完毕，拆除杆。详细计算可按双卷扬机对称吊装单杆计算。
4.5 拆卸中心环支架
中心环网架与外环合拢后，整个球面网架就完成了。中心抱杆超出穹顶。拆除方法是用80t履带吊将抱杆吊起，逐节拆除底部螺栓。用20t吊车将底部节段吊起，以此类推。抱杆拆除后，穹顶最高点的空置部分（抱杆留下的孔）用球杆连接。
质量标准
05
5.1 技术条件
5.1.1材料及焊条应严格按照GB700-2006、GB5117、GB5118的要求进行物理、化学和力学性能复验。
5.1.2钢球应符合《钢格栅焊接球节点》JGJ11-2009的规定。球应进行力学试验，其极限承载力应符合《钢格栅焊接球节点》JGJ11-2009的规定。肋球及肋板应位于上、下弦杆平面内。
5.1.3支撑平整度：板材两端偏差应≤3mm，相邻支撑高差应小于L1/800且≯300mm（L1为两支撑间距离）。
5.1.4 无缝钢管件长度允许偏差为±1mm,单件高度允许偏差为±2mm,上弦对角线允许偏差为±3mm,上下弦节点中心偏差为2mm,当条状或块状网格单元长度不大于20m时,拼接边长允许偏差为±10mm,当条状或块状长度大于20m时,拼接边长允许偏差为±20mm,整体装配前应准确放线,放线允许偏差分别为边长和对角线长的1/10000。
5.1.5焊接应按GBJ205《钢结构工程施工及验收规范》的要求进行，对受拉焊缝需进行20%超声波检测（但在施工中实际扩大到50%超声波检测），二次焊缝需进行超声波检测。
5.2参考标准：
JGJ7-91网架结构设计与施工规范；
GBJ205钢结构工程施工及验收规范；
GB699优质碳素结构钢牌号和一般技术要求；
CB3087 中低压锅炉用无缝钢管
GB222钢的化学分析取样方法及成品化学分析允许偏差；
GB228金属拉伸试验方法；
GB223铁及合金化学分析；
GB2975钢的力学性能与工艺性能试验取样规则。
《钢格栅焊接球节点》JGJ11-2009的要求
安全措施
06
该工程高空作业较多，施工难度大，高空作业的安全措施尤为重要。
6.1脚手架的搭设必须按规定进行，稳定性方面必须有1.7倍的安全系数（Hmax应增加1.7倍）。哈尔滨建筑学院徐学宝教授对脚手架的稳定性进行了研究和试验。在缺乏精确试验依据的情况下，尽量按手册要求进行搭设；
6.2 脚手架板应两端绑扎在脚手架上；
6.3 周围应设有扶手和护栏
6.4 必须有安全网；
6.5高空作业时，必须佩戴安全帽、系安全带，否则不准作业；
6.6施工现场脚手架下严禁任何人行走、站立和操作；
6.7进行班前安全宣讲，详细填写安全记录；
6.8 电气设备必须良好接地，必须有漏电保护器，特种设备必须由专人操作；
6.9非维修电工不得随意接线，临时供电应按正式安装执行；
6.10建立安全值班制度，项目组每班设一名安全值班领导；
6.11建立安全责任制，除有一名负责现场安全的领导外，每班还配备两名专职安全员，负责监督各区域、各区块的安全工作；
6.12严把防高处坠落作为施工安全重点，加强监管；
6.13现场必须遵守天津市劳动局（198）津老虎字第406号关于发布《天津市高处作业安全技术管理规程》的通知和国家标准GB6067-85《起重机械安全规程》的规定；
6.14 每位从业人员必须经过三级安全技术教育，电工、电焊工、起重司机、大型动力设备操作工等特种作业人员必须持有安全操作证。
