曲面球形网架施工工艺及技术分析

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摘要：采用曲面球形网架结构时，建筑造型美观，降低空间高度，抗震性能比平面桁架好，需要对其施工工艺及技术进行分析。

关键词：曲面球形网架；施工工艺；技术

中图分类号：TU356文献标识码： A

前言

曲面球形网架是一种新型的屋盖承重结构，属于多次超静定空间结构体系，它改变了一般平面架结构的受力状态，能够承受来自各方面的荷载。它广泛用于体育馆、展览厅、餐厅、候车室、仓库及单层多跨工业厂房等屋盖承重结构。

一、安装方法

主厂房球形网架根据结构形式可拆分成每跨的单元形式，因此，在施工过程中可供选择的方法较多。如先在地面组合开始一跨，待第一跨安装后，后续部分直接在空中展开组合;也可先安装间隔的两跨，两跨间在空中补跨，如此依次进行施工。

二、曲面球形网架施工工艺及技术分析

1、安装前准备工作

球形网架在组合前，应对网架结构支座定位轴线、标高、水平度及支座锚固位置进行放线测量，用经纬仪、水准仪、钢尺进行实测。安装前应对原支撑结构进行检查，必须符合设计要求和国家现行有关标准的规定以后，才能安装。

2、材料等符合设计要求

支承垫块的种类、规格、摆放位置和朝向必须符合设计要求。因杆件内力和节点变形都是根据支座节点在一定约束条件下进行计算的，而支承垫块的种类、规格、摆放位置和朝向的改变都会对网架节点的约束条件产生直接的影响。如支座点的位置和朝向分布有周边支承、点支承、周边支承与点支承相结合、三边支承一边开口、两边支承两边开口等。如果支座点的位置和朝向改变必然会改变支承点的分布情况，最终会导致网架结构边界条件的改变。

3、网架的拼装

根据我们长期生产实践中的摸索和研究，采用散装法组装网架，更行之有效。同时可以大量缩短工期。具体方法：将网架中间起拱部分下弦中心部位的一个单元作为最基本的组装单元，放线、找平、规方，使下弦中心椭圆五个节点在同一个水平面上，对角线偏差不超过±3mm，然后点焊固定，再组装腹杆上弦，以此作为基本单元，向四周对称散装，但要经常采用三维坐标控制的方法复核校正，在每一圈节点球拼装后，用水平仪测Z向坐标，将椭圆中心及待测节点球中心用吊锤垂直投影到地面，以椭圆中心为基点，测量X、Y坐标，误差控制在允许偏差以内，以保证网架成型规矩，为逐步散拼创造良好的施工前提条件。做到有错误早发现，不规矩早纠正。

拼装网架下弦球节点处要设置支撑，支撑高度不小于300mm，以保证焊工完成仰焊，支撑的强度应根据承载网架的重量进行反验算，支撑要求底部夯实，并垫有方木。

拼装定位焊，利用120°三点式定位焊，焊缝长度30～50mm，定位焊必须由取得资格的焊工担任。拼装的整体顺序为先中间再四周，先下后上，将误差积累释放到四周。拼装尺寸控制要求：在拼装过程中经常检查轴线偏移，及对角线的偏差和拼装长度的偏差，并控制在长度偏差为总长的l／2000，且不大于30mm，中心偏移允许值为跨度的1／3000，且不大于30mm，对角线尺寸偏差为±3mm，节点中心偏移为2.Omm，球管中心偏移为1.Omm。

4、网架的焊接

网架焊接是网壳施工的关键，应予以足够的重视。焊接前的准备，焊口上的铁锈、杂物用钢丝刷或砂布清理干净，因为油污在焊接电弧作用下，形成磷化物，造成焊缝的热脆性，容易形成焊缝裂纹。焊接时不得在母材上打火，因为母材上打火会使网架内部应力增加。雨天气，风力大于五级时，不宜从事焊接施工，因为雨在电弧作用下，电解出H2+02，H2对钢材具有冷脆性，风力过大，电焊易偏弧，形成咬肉。网架的球管焊接是等强度焊接，环行连接形式，焊接过程中需仰、平、立等几种焊接工艺全方位焊接，因此施工人员必须持证上岗。

网架的焊接顺序由下至上，从中央到四周发展，管球焊接采用单面焊接双面成型，多层多道焊接工艺，第一层焊缝是决定焊缝质量的关键，应注意根部熔合良好，背面成型整齐，多层焊时，每层之间的熔合要良好，每圈之间接头要错开，每层焊完后，要将焊缝表面清理干净，认真检查有无缺陷，组合焊缝中的贴角焊缝，不得出现咬肉现象。焊缝应与母材平缓过渡，不得出现突变。

壁厚3.5～5mm时，坡口角度30°，壁厚5～9mm时，坡口角度45°，壁厚≥10mm时，坡口角度为60°；杆件壁厚≤4mm时，焊缝宽度为壁厚的1.5倍，>4mm时，焊缝宽度为壁厚的1．2倍；杆壁厚8mm时，焊缝应为四遍成型。第一遍为打底焊，必须焊透，不允许有夹渣、气孔、裂纹等缺陷，最后一遍为成型焊，成型后的焊缝要求表面平整，宽度、焊波均匀，无夹渣、气孔、焊瘤、咬肉等缺陷。完成后焊缝周围不应存在溶渣和金属飞溅物，每个焊工应在焊缝lOOmm区域内，打上自己的钢印编号，以便于检验员检查记录。

5、焊缝的检测

外观检测：专职质量员应对所有焊缝进行100％的外观检测，并作好记录，严禁有漏焊、裂纹、气孔、咬肉等缺陷，用焊缝量规测量焊缝的宽度、高度是否达到要求。

无损检测：超声波无损检测应在外观检查完成后进行，网架规程中规定对大、中跨度钢管网壳的拉杆与球的对接焊缝，其抽检不少于焊口总数的20％，具体质量标准应根据《焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤方法及质量分级法》JG/T3034.1所规定进行检验，对内部有超标缺陷的焊缝必须进行返修，同一条焊缝只允许有两次返修，返修后的焊缝必须进行复检，无误后方可视为合格。作为探伤检测记录，提供探伤报告。

6.焊缝的返修

在实际施焊中，可能遇到焊缝的返修问题。焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应申报焊接技术负责人查清原因，订出返修措施后，方可处理。应根据无损检测确定的缺陷位置、深度，用砂轮打磨清除缺陷。缺陷为裂纹时，碳弧气刨前应在裂纹两端钻止裂孔并清除裂纹及其两端各50mm长的焊缝或母材。焊补时应在破口内引弧，熄弧时应填满弧坑；多层焊的焊层之间接头应错开，焊缝长度应不小于100mm；当焊缝长度超过500mm时，应采用分段退焊法。返修部位应连续焊成。如中断焊接时，应采用后热、保温措施，防止产生裂纹。焊接修补的预热温度应比相同条件正常焊接的预热温度高。

7、网架支座的焊接

焊条采用507型,焊接前焊接区域的铁锈污物等。

（1）防腐处理

除锈等级达到GB/T8923—Sa2.5级。经除锈后的钢材表面，应无可见的油脂和污垢，并且几乎没有附着不牢的氧化皮、铁锈、油漆涂层和异物，才能进行下才能进行下道工序，除锈合格后的钢材表面，如在涂底漆前已返锈，需重新除锈。钢材除锈经检查合格后，油漆应按设计要求涂刷，第一遍底漆干燥后，再进行第二道漆和面漆的涂装，保证涂层厚度达到设计要求。油漆在涂刷过程中应均匀，不流坠。

（2）表面清理

钢结构工程在涂装前先检查钢结构制作,安装是否验收合格。刷前将需涂装部位的铁锈、焊缝药皮、焊接飞溅物、油污、尘土等杂物清理干净。防腐漆，控制油漆的粘度、稠度、稀度、兑制时充分的搅拌，使油漆色泽、粘度均匀一致。刷第一层油漆时涂刷方向应该一致，接搓整齐。待第一遍干燥后，再刷第二遍，第二遍涂刷方向与第一遍涂刷方向垂直，这样会使漆膜厚度均匀一致。

（3）涂层检查与验收

表面涂装施工时和施工后，对涂装过的杆件进行保护，防止飞扬 尘土和其他杂物。涂装后处理检查，应该是涂层颜色一致，色泽鲜明，光亮，不起皱皮，不起疙瘩。

（4）成品验收

制作完成后，按照施工图纸和《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)的规定进行验收。构件完成时，提交下列资料： 材料和涂装材料的质量证明书和试(检)验报告； 焊工上岗操作证；焊缝无损检测资料及涂层检测资料；预检、隐检记录、检验批资料； 产品合格证；技术交底、设计变更和洽商记录； 加工制作过程中形成的其它有关资料；

对下列内容应进行预检：切割下料；

对下列内容应进行隐检：焊接； 喷砂。

8、整体吊装

网架在地面基本拼装完毕，剩下北、东两个方向最后一排上、下弦杆，进行整体吊装。

吊装方法是：在网架的长向南、北两面各设置6个吊点，在吊点相应位置的下弦球下，根据吊装的受力距离做一个吊装架，上挂一套滑轮组。滑轮组挂到混凝土柱顶，由绞磨牵引滑轮组，带动网架整体同步上升。每套滑轮组由一个20吨的四门动滑轮、一个20T的四门定滑轮和一个导向滑轮组成。此吊装方法吊点设置在网架的两边，与网架设计的支承情况相同；接近正吊正放，只是在高空有很小距离的水平位移就位，安全可靠。

结束语

曲面球形网架结构具有节省成本，施工简单、工期短、建筑造型美观、刚度均匀等特点，被广泛应用，应对其施工工艺和技术重视起来。

参考文献

[1] 张恒． 单层球面网壳的静力稳定性分析［J］． 山西建筑，2010，36(7):57-58．

[2]GB 50205-2001，钢结构工程施工质量验收规范［S］．