网壳结构是一种具有曲面和壳体结构特征的空间网架结构，索承网壳结构是将现代预应力技术应用于网壳而形成的一种新型预应力大跨度空间钢结构体系，受力合理、刚度大、自重轻。精细化钢结构即外露钢结构，是指在满足正常质量要求的前提下，钢结构及其节点等外露部位满足精致化外观要求，需要从钢结构原材料、焊接、焊缝打磨、涂装、成品防护等多个方面提高表观质量，以满足设计对建筑钢结构“通透性”的要求。现从这个角度阐述外露钢结构精细化施工技术。
1 项目概况
国家会议中心二期工程结构转换层以上（2层及以上）采用钢管混凝土框支结构体系，局部大跨度屋盖采用平面桁架加预应力网壳结构。屋盖预应力网壳平面尺寸为72 m×252 m，标高43.708~51.780 m，网壳升程7.65 m，用钢量4 200 t。主网壳截面为□700×200×（18、20、25、30、35），材料为Q345GJC（板厚35 mm）、Q355C、Q355B；端部连接板厚度为80 mm、100 mm，材料为Q390GJC；主杆件沿跨度方向设置，间距3 m。次级杆截面为□500×250×（10，14）、□500×200×（10，16），材质为Q355C、Q355B。
屋盖网壳分为正交网壳区和三角形网壳区，共设置拉索41根，索距6 m，其中正交网壳19个，共设置9根Ø110闭式拉索，三角形网壳66个，共设置32根Ø95闭式拉索，强度等级为1 570 MPa（图1）。
（一个）
（二）
图1 屋面网壳
（a）三维图像；（b）横截面图像
2 屋面网壳施工方法
本工程屋面网壳结构采用分块拼装、累积滑移施工方法，施工工艺如下。
（1）在3000m层上设置3组72m×27m的支撑架，高度随网壳高度变化（13～20m）。
（2）网壳在地面上以小块组装而成，共有205个小组装单元。
（3）小拼装单元在支撑架上进行吊装组装，组装总长度约240m。
（4）中间单元向支撑架两侧滑移，网壳每伸缩9m滑移一次，索每滑移6m张紧一次。
（5）上述过程完成网壳滑移安装，共滑移30次，累计滑移距离168 m，共张拉预应力索41根（图2）。
图2 支撑架及滑块示意图
（6）共设7个联动段，其中4个为高空作业段。
（7）支撑转换：屋面格构支撑共计86处。
（8）预应力索最终张拉，共计41根索。
3 屋面网壳施工难点
屋面网壳结构采用分块拼装、累积滑移施工工法，其施工重点及难点如下。
3.1网壳跨度大、自重重、吊装次数多、高空作业量大
屋面网壳跨度72m，为大跨度结构，网壳钢结构重4200t，重量较大；网壳钢构件共计4350块，地面拼装及支撑架拼装总吊装次数约4700次，吊装次数较多；网壳钢结构共计4处高空连接段，连接杆件约200根，高空作业量较大。
3.2网壳施工工期紧，施工组织难度大
国家会议中心二期工程是2022年北京冬奥会场馆中建设时间最晚、规模最大、要求最高的工程，按照总体施工进度安排，屋面网壳工期仅有40余天，需在有限时间内完成屋面网壳小拼装（205块）、支撑架中拼装（长240m）、预应力索施工（41根索）、网壳滑移（30次滑移，累计滑移距离168m）、节点段安装（7处），施工组织难度较大。
3.3预应力网壳结构受力复杂，施工工艺要求严格
屋面网壳为预应力索结构，采用两根拉杆将中间的预应力索拉紧，形成凸起造型，使结构受力复杂。施工验证结果表明，为保证网壳在滑移过程中的结构形态，41根预应力索的初张拉力大小不一，施工过程必须严格按照规定程序进行。
3.4屋面网架钢结构施工精度高
屋面网壳结构上部为玻璃幕墙，对安装精度、焊接质量要求高，对支撑转换变形控制要求高；网壳为预应力索结构，预应力施工对结构变形影响较大；网壳结构过长，对温度影响较大。
4.精细化钢结构理念
4.1 精细化钢结构方案
由于宴会厅、峰会厅、贵宾午宴厅及屋顶花园的屋面网壳结构裸露，视觉质量要求高，且上方玻璃幕墙的安装精度高，所以对本项目屋面索承网壳结构提出了精细化施工的要求。
4.2 精炼钢结构原型
为满足屋面网壳精细化钢结构需求，建设单位、监理单位、总包单位、钢结构安装单位、钢结构加工单位、幕墙单位、幕墙咨询单位多次召开专题会议，对网壳逐一进行研究，确保网壳钢结构加工运输、地面小拼装、支撑架拼装、预应力索施工、网壳滑移等工序的精度要求，并达成初步共识，形成了屋面网壳精细化钢结构验收标准的雏形。
4.3 精炼钢结构验收标准
2020年6月召开了屋面网壳钢结构精细化施工专家研讨会，专家组对《屋面网壳钢结构精细化施工质量验收标准样稿》进行了评估修订，制定了《屋面网壳钢结构精细化施工质量验收标准》。该标准对主要指标的要求均高于现行的国家规范、行业标准和地方标准。
5施工工艺及精细化控制措施
施工前成立了屋面网壳精钢结构工作小组，由建设单位牵头，总承包、监理单位组织实施，幕墙单位及幕墙咨询单位、钢结构安装单位、钢结构加工单位参加。
通过全过程跟踪、增加验收环节，推动实施屋面网架精细化钢结构施工。
5.1 部件验收
（1）屋面格构钢构件验收顺序为：构件进场→上车文件检查→外观检查→尺寸检查→焊缝检查→漆膜厚度检查→合格构件摆放到构件堆放区。合格品返厂处理。
（2）按《屋面网壳钢结构精细化施工质量验收标准》规定，进场时应控制主杆长度（–5~2mm）及侧向弯曲（5mm）。
（3）主杆采用轮胎架检验，合格率为应检部件数量的30%。超过公差的杆必须返厂返修。个别侧弯等可在现场纠正的公差，可由工厂现场采用火焰矫正法纠正（图3）。
图3 主杆验收轮胎架示意图
5.2 地面谜题
屋面网壳地面拼装共设置脚手架26座，共计205个小拼装单元。
（1）小地面拼装施工顺序为：搭设框架→测量放线→拼装主杆→拼装第一根副杆→焊接第一根副杆→拼装第二根副杆→焊接第二根副杆→焊接质量检查→打磨油漆→小地面拼装、验收。
（2）根据《屋面网壳钢结构精品工程质量验收标准》规定，地面小拼接的要点有控制主杆侧弯（5mm）、跨度长度（-5～2mm）、跨中高度（±3mm）等。
（3）精细化控制措施包括：在地面搭建小组装组合框架，将多个小组装单元整体组装；固定组装人员，减少人为误差；每道施工步骤后都进行过程测量和验收；二次焊条从中间向两侧焊接；从末端进行检查，选用高水平焊工，使用药芯焊丝，重点检查焊接工艺；利用三维扫描技术对小单元进行数字化预组装；邀请幕墙生产单位、咨询单位参与小单元的验收（图4）。
图4 小单元框架组装示意图
5.3 配套轮胎架总成
屋面网壳由3组支撑架组成，平面尺寸为72 m×27 m，高度随网壳高度变化（13~20 m）（图5、图6）。
图5 支撑轮胎骨架总成
图6 屋面网壳焊接顺序
（1）支架拼装施工顺序为：支架搭设→测量放线→吊装组装→焊接及焊缝检查→节点打磨、补漆→装配验收。
（2）根据《屋面网壳钢结构精品工程质量验收标准》规定，支撑架拼装控制重点为单位长度偏差（±20mm）、相邻主拱间距（25mm）、侧向弯升高度（25mm）和跨中拱度（14mm）。
（3）精细化控制措施包括：支撑架在整体框架内组装并整体调整，调整完成后方可进行焊接；采用全站仪测量钢结构屋面支撑，测量前统一基线；采用千斤顶、火焰等措施纠正偏差；用视线、直线测量控制主杆的直线度；严格控制焊接顺序，即从中间向两端焊接，先焊主杆对接接头，再在对接处焊后插杆，最后焊滑动单元之间的腹杆。
5.4 预应力索张拉
屋盖网壳内共计41根预应力索，每根索经两次张拉（初张拉和终张拉）。
随着网壳结构的拼装滑移，进行预应力索的安装和初张拉。初张拉的目的是为了平衡网壳钢结构自重下的水平推力，索力值严格按照校核结果执行。支撑换算完成后进行预应力索的终张拉。终张拉是为了平衡网壳设计状态下的水平推力，终张拉按从一端到另一端逐根推进的顺序进行，索力值严格按照设计文件执行。
5.5 屋面格构壳滑动
（1）屋面网壳设置2条主滑轨、3条次级滑轨，主滑轨位于网壳两侧，次级滑轨位于网壳中部（支撑架上），滑轨间距18m。主滑靴设置在壳端（对应主滑轨位置带预应力索的主拉杆），主滑靴间距为6m，次级滑靴设置在网壳中部（对应次级滑轨位置的主拉杆），间距为3m（图7）。
（一）（二）
图 7 拖鞋
（a）主滑轨；（b）副滑轨
(2) 屋面网壳在支架上组装完成后，依次向支架两侧滑移，3个支架共计6个滑移方向，共滑移30次，累计滑移距离168 m。
（3）根据《屋面网壳钢结构精细化施工质量验收标准》，在网壳滑移过程中应特别注意网壳造型，确保网壳就位后符合验收标准。重点控制网壳的长度偏差（±30mm）和跨度偏差（±30mm）。
（4）精细化控制措施：加长网壳滑移起始段（15 m、18 m），增加网壳滑移稳定性，减少滑移偏差（图8）；对滑移链进行预张拉，减少起动摩阻；在缆索张拉和网壳滑移过程中，应逐阶段进行网壳形貌测量，增加水平位移测控次数。
（一）（二）
图8 滑动启动段示意图（15 m、18 m）
（a）三维图像；（b）平面图像
5.6 支持转换
屋盖网壳长252m，两侧每隔6m布置一个支撑，共计86个支撑。
（1）支架转换的施工顺序为：结构测量、定位与调整→支架位置截断轨道→安装成品支架→切割支架外滑履带并卸料就位→网壳支架节点定位→结构测量与调整位置→焊接支架节点及成品支架→测量验收。
（2）根据《屋面网壳钢结构精细化施工质量验收标准》规定，支撑转换重点控制支撑中心偏移不大于24mm，相邻支撑高差不大于15mm。
（3）精细化控制措施：支撑架组装完毕后，屋面网壳整体竖向标高提升20mm；后插杆及支撑焊接全部完成；支撑卸载按从一端到另一端逐一推进的顺序进行。网壳两侧应分别卸载；卸载前后应用全站仪监测结构挠度变化，监测点位于支撑架处网壳下表面；卸载过程中如发现结构变形异常，应立即停止卸载，并及时分析原因及解决方法。
5.7 施工验证
对屋面网壳结构施工全过程进行模拟，确定两次预应力索的索力值及网壳结构的拱度值；通过经验计算，确定滑动摩擦力、滑动不同步、网壳初始缺陷等对网壳结构的影响。网壳滑动变形影响并不显著；但温度对屋面网壳施工精度影响较为明显，必须严格控制合龙温度。
6 结论
国家会议中心二期（主体部分）屋面网壳结构经过各方共同努力和中央的共同参与，已达到《屋面网壳钢结构精细化施工质量验收标准》的要求，是一个成功的钢结构精细化施工案例，施工经验如下。
（1）网壳的加工要求很高，应选用机械化程度较高的加工工艺。杆件尽量采用成品型材。
（2）现场装配要求很高，必须严格控制装配精度。
（3）焊缝外观要求高，应选用药芯焊丝，由高水平焊工焊接；向上和垂直的焊缝应进行精打磨，保证外观光滑。
（4）细化施工工序，综合考虑观看距离、使用功能、外涂层厚度等，可有效降低成本，提高效率。
（5）由于钢结构细化注重主观评价钢结构屋面支撑，因此实施流程应尽量细化，明确关键指标，提高可操作性。
摘自《建筑技术》2021年5月，邹建雷、韩伟、王兴楠、于立强、池明志
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