1 项目概况
某体育馆工程结构形式为方锥螺栓球节点网壳，支撑形式为下弦周边支撑；网壳轴线尺寸为68.2 m×108.6 m，高度为16.2 m，覆盖面积为7406.52 ㎡。横轴两端厚度为3 m，中间厚度为6.2 m，整个网壳总重量约330 t，屋面主体结构为直立锁边铝镁锰结构。根据工程特点及技术要求，采用起模架整体吊装。采用高空散装法安装屋面螺栓球方锥网架。先将钢网架构件及相关材料运至施工现场，分类摆放，再按照安装图号进行安装。 为了控制格栅安装轴线的准确位置，会先安装相应的支撑点，连接一跨格栅，然后再从一侧向另一侧校正支撑位置安装，以减少累积误差。
2钢结构网架安装工艺流程
2.1钢结构网架安装概述
先将启动架在地面组装好，再将轴对轴/轴对轴启动架整体吊装（图1）。
图1 起始架安装位置示意图
拼装完毕后，采用高空散装施工法将其安装至轴线上，完成第一道网架的施工并形成稳定的节间，从第二道、第三道网架开始，网架安装分两队进行，两队安装队间距相差10米，间距不小于横轴的1/4，并向轴线方向（南侧）交替推进施工，直至安装完毕（图2）。
图2 钢网架高空拼装示意图
2.2钢网架施工工艺
测量、放控制线→拼装小单元→安装支点弦杆平面格栅→安装上弦及倒四角小单元格栅→调整、拉紧钢格栅骨架→安装钢管临时支撑→安装上弦及倒四角小单元格栅→安装下弦四角小单元格栅安装→卸载临时支撑→格栅验收。
2.3钢网架安装施工准备
根据施工安装要求，吊车、设备及相关材料应齐全并检查合格。钢网架安装前应复查支撑面标高、平整度、轴线尺寸；与土建单位沟通并检查、验收预埋钢板。安装前，现场全体施工人员应熟悉图纸，了解节点结构，了解网架施工工艺，并进行相应的安全技术交底。
2.4 起动架组装与安装
起始架地面组装（前拼）工序：在地面设置、调平支撑点→按安装图安装下弦球、下弦杆→将组装好的上弦球及腹杆三角锥体与下弦层连接→安装完成后连接第二格上弦与腹杆→将两格安装成基础单元→安装腹杆并组装成更稳固的基础单元→展开基础单元直至起始架组装完毕。起始架地面组装图如图3所示。
图3 出发架地面组装
（1）在地面组装固定单元，组装单元尺寸为12600 mm×13800 mm，对应轴-轴/轴-轴位置，组装单元重量为7 t（图4）。
图4 固定单元组合示意图
（2）采用2台25 t吊车，吊车站位位于起动架西侧、南侧，站位基础为体育馆中心回填土，回填土压实系数为0.96。钢支撑基础垫有2 m×4 m×20 mm钢板，最大变幅8 m，起动构件重量7 t，臂长27.95 m，双机吊运，额定载荷6.4 t，汽车吊吊钩及钢丝绳重量约1.0 t，吊索0.5 t，起重量5 t，吊车载荷系数78%，双机起重载荷不大于80%，满足使用要求。 由于格栅平面标高为16.200 m，起吊钢丝绳高度为6 m，吊点间距为4 500 mm（钢丝绳内夹角小于60°），垂直起吊距离为5.56 m，钩及限高高度为2 m，汽车起重机起升高度为23.76 m，25 t汽车起重机臂长为27.95 m，当变幅为8 m时，起升高度为26.78 m，大于23.76 m，因此选用2台25 t起重机即可满足出发格栅的起吊要求。
（3）吊点为东西角上弦球节点，吊装钢丝绳为6×37+NF-17.5，抗拉强度1 700 MPa，破断拉力189.5 kN，四股受力，钢丝绳安全系数10，大于8，满足要求（按吊装时最不利吊装载荷计算）。夹紧环选用5 t，单点力1.75 t，满足施工要求。
（4）汽车起重机吊装阶段，经计算分析吊点处最大反力Fx=8.02 kN、Fy=3.94 kN、Fz=17.57 kN；结构最大变形量为9 mm，最大应力为20.2 N/mm2，小于305 N/mm2。此外，对各单元构件的轴向应力、弯曲应力、整体稳定性、剪切强度等进行了校核分析，均满足要求。
（5）两台起重机钩挂好后，应同时起吊，绳索拉紧后，检查各螺栓点是否紧固，绑扎带是否卡在杆件上，一切正常后，方可正式起吊。
（6）两台起重机应同时起升，当网架下表面离地面20cm时，停止起升，检查钢支撑座是否下沉，绑扎点是否合适，网架是否水平，如发现起升位置不合适，应在放下后重新调整。检查完毕后，两台起重机同时将吊钩放下，检查制动器是否造成吊钩滑落。
（7）检查无误后，指挥两台起重机同时起吊吊钩，起吊吊钩过程中，两台起重机必须保持同步，网架始终保持水平，当网架下平面超过柱顶约30cm时，停止起吊，指挥两台起重机改变变幅、旋转，使网架球头对准柱顶线位置，然后缓慢降下吊钩，将网架东、北侧支撑放到位，支撑位置应临时焊接固定。
（8）临时固定完成后，东侧吊车脱钩，吊起临时钢管支撑（拉杆），按（图5）支好固定单元吊点，钢管应紧贴格栅球头，用20 t倒链吊在钢管上端，将格栅固定在一定高度，以方便后期高度调整；在钢管下端垫一块2m×2m×20 mm钢板，用斜撑将钢管固定。
图5 固定单元支撑示意图
（9）固定单元支撑牢固后进行静力卸载，确认安全后，脱钩回撤。对起动架落在临时支撑和支座上的工况也进行了相应的计算分析，最大反力Fx=0 kN，Fy=0.7 kN，Fz=20.32 kN，结构最大变形为0.7 mm，最大应力为37.88 N/mm2，小于305 N/mm2，起动架临时支撑模型如图6所示。
图6 起始架临时支撑示意图
2.5 高空散装电网安装
2.5.1 高空散装施工概况
高空散装安装是将小单元钢网架吊装到图纸要求的位置直接安装的施工方法。即在起始架安装完成后，先按图纸标注的螺栓球号和杆件号在现场拼装成小网架。单元由两根腹杆、两根弦杆和一个螺栓球组成。当用汽车起重机吊装到安装高度时，安装人员要及时将相应的杆件安装到相应的螺栓孔内。在完成小单元安装后，再用同样的施工方法安装另一个小单元网架，如此反复，完成整座网架的安装。
2.5.2 高空散装施工准备
（1）现场基础需夯实，为网架安装提供合适的场地。（2）网架安装前应将螺栓球、杆件等散件按编号型号、规格尺寸等分类摆放，并按要求排列整齐，以方便施工时查找。（3）小单元钢网架应按杆件安装的顺序在地面组装好，并按安装位置摆放好。（4）施工前应再次检查基础预埋件及相关设施，确保网架基础支撑板的几何尺寸、中心轴线、标高等准确无误。（5）应提前准备好汽车吊、小型工具、相关材料等，并进行检查、调试，确保施工过程的安全可靠。
2.5.3 小单元地板组装
小型拼装单元是用3根或4根杆件加一个节点球在地面组装的预拼装单元，地面预拼装单元需分为上弦杆安装四脚架和下弦杆安装四脚架，所有部件拼装应一次性安装紧固到位，如有高强度螺柱或螺丝孔无法安装，可用锥度工具修补螺丝孔后再安装，单元网架安装完毕后即可吊装。
2.5.4 小型组合件吊装
吊装时，将两根2 t吊带分别绑在腹杆或下弦杆上，协调两根吊带的长度，使吊装后的三棱锥网架逐渐接近高空安装位置，并有适度的角度偏转，偏转不宜过大，以便安装人员平稳反应，如图7所示。吊装小单元网架时，锥体（0.5 t）最大吊装高度为16.2 m，可选用臂长27.95 m的25 t起重机进行吊装，作业半径为10 m，最大起重量为5.3 t，可选用2 t、5 m长的吊带。由于网架高度为16.42 m，因此总吊装高度为21.42 m，小于汽车起重机的作业高度26.1 m。 满足锥体吊装要求。
图7 小单元吊装示意图
2.5.5 高空钢格栅散装装载
高空散装单元格栅采用与已安装单元格栅拼接安装，沿格栅拼装工作面拼装，从格栅一端延伸至另一端。安装过程中采用拉杆或吊具辅助高空拼装。格栅的偏转可通过在安装过程中增设临时支撑措施来实现。
2.5.6高空散装钢管支架（拉杆）
本工程高空散货运输沿纵轴线自北向南分为8段，分别为轴线—轴线、轴线—轴线、轴线—轴线、轴线—轴线、轴线—轴线、轴线—轴线，各架从东向西横轴线—轴线高空散货的1/4、1/2、3/4位置采用圆管219、14mm粗、12m高钢管支撑固定机组悬挂点。拉杆底部设置4个角钢支撑，支撑采用角钢L50×70，高度2.4m，底部距钢板边缘250mm，角钢支撑与底座钢板及钢管支撑全焊接，见图8。
图8 钢管支架（拉杆）尺寸
钢板底部用砂子找平，保证钢板的水平度。拉杆安装时，用经纬仪测量并校正拉杆的垂直度，保证安装位置的准确性。校正完成后，焊接角钢支架。将网架吊装在钢管吊耳上，用水平尺根据标高控制线调整吊链的悬挂高度，保证网架的安装高度。螺栓球位置调整好后，用约束钢丝绳将螺栓球与拉杆约束固定，保证支撑体系的稳定性，如图9所示。
图9：拉杆上部吊点示意图
（1）各架安装完毕后拆除1/4、3/4位置的临时支撑，只留各架1/2位置的临时支撑，所有网架安装完毕后，将各架1/2位置的临时支撑由中间（轴线）向两侧依次拆除。本次施工计算分析如下：挂点处最大反力Fx=0.1kN，Fy=0.2kN，Fz=153kN，结构最大变形10mm，最大应力53N/mm2，小于305N/mm2；219×14mm临时钢管支撑校核：长细比KL/r=124.2，小于150；轴向应力N/Nrc=0.373，小于1.000； 弯曲应力My/Mry=0.001，Mz/Mrz=0.000，均小于1.000；整体稳定性抗剪强度Rmax=0.375钢结构底座，小于1.000；抗剪强度Vy/Vry=0.000，Vz/Vrz=0.000，均小于1.000，相关支撑力校核满足规范要求。如图10所示。
图10 1/2位置的临时支撑模型
(2)第一跨完工后，进行第二跨施工。为保证施工稳定性，在1/4位置设置长度为12 m的219×14圆管支撑。进行受力计算分析：吊点处最大反力Fx=0.1 kN，Fy=0.2 kN，Fz=133 kN，结构最大变形为10 mm，最大应力为54 N/mm2，小于305 N/mm2。经验证，219×14 mm临时钢管支撑满足规范要求。模型如图11所示。
图11 第二跨施工临时支撑模型
(3) 每两水平支撑之间的网架完成后，采用12 m的219×14圆管支架支撑中间位置，保证后续施工的安全。经计算分析，吊点处最大反力Fx=115 kN，Fy=230 kN，Fz=288 kN，结构最大变形为10 mm，最大应力为68 N/mm2，小于305 N/mm2，经验证219×14 mm临时钢管支架满足规范要求。模型如图12所示。
图12 第二跨网格安装后的临时支撑模型
（4）按照以上安装步骤依次施工，直至整个网架安装完毕，临时支撑卸载；并对施工后的网架进行计算分析：挂点处最大反力Fx=43 kN，Fy =369 kN，Fz=219 kN，结构最大变形为70 mm，最大应力为120 N/mm2，小于305 N/mm2。施工过程满足要求。模型如图13所示。
图13 整个电网安装模型完成
2.5.7 高空作战要点
（1）上弦球及腹板安装：上弦球与腹板组成预拼装的四角锥体，上弦球与腹板之间的高强螺栓必须一次性紧固到位，下弦球与腹板连接只能用一个螺栓固定，其余三根肋条不能一次性紧固到位，应保持松弛状态，以便上弦杆稍后安装到位。 （2）下弦球安装：按图纸上杆件、球的编号位置进行安装，确保下弦球在安装时不会松动。 （3）高空散装时，应加强对下弦球轴线、标高、挠度值及高强螺栓紧固程度的控制。
3 电网施工过程中的质量控制及注意事项
3.1钢格栅的调整与张紧
高空散装钢格栅施工时，应检查格栅的上、下弦对角线和格栅尺寸，以及格栅的栅高、纵、横长度钢结构底座，并在临时支撑点卸荷前进行调整。检测时，可调整上、下弦尺寸，以保证挠度值。钢格栅安装过程中，应随时监测、检查各临时支撑点，如有下沉，应立即加固，防止格栅变形。钢格栅检查、调整后，应重新紧固钢格栅的高强度螺栓；紧固后，应将套筒上的小定位螺栓紧固并锁紧。
3.2钢格栅支架的检查与验收
钢格栅整体尺寸检查合格后，应检查支撑位置是否有偏移。并确保安装格栅时累积的尺寸误差分散在两侧，防止支撑向一侧偏移过多。框架标高的检查以周边支撑点为准。支撑点高度偏差允许值为相邻支撑的1/800，且不得超过15mm。
3.3 拆除临时钢管支撑
拆除临时钢管支架时，应同步下放各支撑点，幅度不宜过大，逐步、分阶段拆除临时支架。
4。结论
大跨度钢网架结构在大型公共建筑中应用较为广泛，空间结构相对灵活，受力合理，但在施工安装过程中仍存在一定的安全风险，这就需要选择合适的施工方法才能有效的降低施工风险。本工程选择的起重架整体吊装、高空散装的方式，不仅提高了安装效率，缩短了工期，节省了成本，而且保证了安全，因此该项技术相较于其他工艺具有一定的优势。本工程的优越性也可以为其他类似工程提供借鉴。
摘自《建筑技术》2023年7月李元春、夏可、谢子玉、刘英奇
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