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摘 要：本文通过工程实例介绍超大型双层球壳钢结构拼装、安装的施工工艺，采用“分块拼装、高空嵌补”的施工方法，为确保双层球壳整体施工工期和安全性提供了有效的保障，同时也保证了施工质量和精度，满足了设计和规范的标准要求。
关键词：双层；球壳；施工技术；分块；嵌补
1 工程概况
辽宁省科技馆工程位于辽宁省沈阳市浑南新区中心地带，西邻智慧三街，南邻全运南路与7号路东段之间，依傍市民广场，是辽宁省文化场馆重点建设项目之一，总建筑面积102508m2。在主体结构西北侧，Q～K/1～5轴线之间为双层钢球壳网架，其中，工程球幕结构内球壳采用圆钢管相贯结构，内侧球幕半径13690mm，高度15640mm，主要球幕杆件为？准273*8与？准168*8圆钢管相贯而成。外侧球幕为H250X150X6X12、H250X150X6X10型钢和直径400mm鼓型节点相贯组成，外侧球半径19525mm，高度为27475mm，在平面位置上，两球圆心并不在一个点上，两球中心偏离1995mm，双层球壳网架钢结构总用钢量约250t。
2 双层球壳施工特点分析
2.1 双层球壳网架结构形式复杂、现场拼装及安装难度大
工程采用的双层球壳网架结构形式特殊，节点众多复杂，且均要求全熔透焊接。
2.2 双层球壳钢结构施工过程的结构安全性计算及监测
双层球幕坐标不同心，需进行施工过程结构安装工况分析及计算，包括不同吊装工况对结构的影响，现场安装采取加固处理部位的加固方案和安全性的分析计算。
3 双层球壳网架拼装方法及措施
3.1 地面定位基准线的划线
（1）根据构件的实际投影尺寸，在地面上划出网架弦杆及节点的中心线，外形轮廓线等；
（2）地面线型是网架零部件定位的一个重要基准，划线时应严格控制其精度要求，以确保构件在拼装过程中定位的精确度。
3.2 组装胎架的制作
（1）组装胎架是保证构件制作精度的另一个重要条件，因此，胎架设置后必须有一定的承载力，并且不得有明显的晃动；
（2）胎架竖杆设置时，可根据组装工艺图的要求进行设置，必须充分考虑构件的结构形式，以免出现零部位定位、安装时与胎架相碰的情况；
（3）胎架高度及其水平度必须控制在±1mm以内，根据组装工艺图提供的数据进行严格控制，胎架必须经专职检查员验收合格后方可使用；
（4）胎架模板的设置，必须保证构件的定位方便安全可靠。因此需设置专用的定位模板，胎架模板须采用数控切割，以保证胎架的组装定位精度。
3.3 弦杆的定位
（1）将拼接合格后并经校正后的网架弦杆吊上组装胎架进行定位，定位前此翼缘板上腹板的中心定位线必须预先划出；
（2）定位时将翼缘板外轮廓线和腹板的中心线对齐地面位置线，同时控制其端部与地面位置线。
3.4 腹杆的定位
（1）将拼接合格的腹桿分别吊上组装胎架进行定位，腹杆面、腹板中心线必须预先进行划线；
（2）定位时将腹杆中心线及外边线定对地面及弦杆安装位置线，严格控制腹杆与弦杆之间的垂直度，同时还需控制腹杆的水平度及水平标高。
3.5 整体焊接、校正
全部构件安装完交专职检查员验收后进行焊接，焊接时采用CO2药芯焊丝气体保护焊，焊接时从中间向两端对称进行。焊接时先焊立角焊，再焊平角焊，并采用较小的焊接线能量以减小焊接变形。
3.6 完整性验收
（1）自检互检合格后，提交专职检查员及监理进行完整性验收；
（2）验收时采用地样法及全站仪相结合的方法进行，有效的控制构件加工的质量。
3.7 外球幕网架的拼装工艺流程
3.8 外球幕网架的拼装工艺流程
3.9 拼装杆件公差要求
①构件长度：±5mm；②构件宽度：±2mm；③网架弯曲矢高：L/1000mm，且不大于10mm；④网架扭曲：H/250，且不大于5mm。
3.10 钢结构现场拼装精度保证措施
①严格执行预拼装工艺、确保拼装构件尺寸的精度；②保证现场拼装胎架精度，确保拼装质量；③采取合理的焊接工艺、焊接顺序、减少焊接变形；④加强过程监测和质量监测；⑤确保测量精度达到工艺标准。
4 双层球壳安装方法的施实
（1）双层球壳专项施工方案在施工前经专家论证会通过。
（2）双层球壳的单元块划分。
（3）钢结构球壳的吊装方法及工艺要求。双层球壳的安装采用“地面拼装球壳分块，球壳下部设置临时支撑，大型吊车安装球壳分块，现场塔吊配合安装嵌补段构件”。
（4）临时支撑的布置。根据球壳网架安装分块特点，在网壳安装前布置临时支撑架，临时支撑底部设置在强度较高的土建柱或主梁结构上并作相应的加固措施。具体临时支撑布置见下图示：
（5）临时支撑节点计算及单元分块安装工况模拟分析。
各工况计算结果：结构的最大应力为155.6MPa<310MPa，最大变形为15.1mm；支撑的最大应力为42.7MPa<215MPa，最大变形为5.9mm，满足设计规范要求！
（6）安装工况流程图
5 球壳结构主体卸载
根据计算时得出的各支撑点卸载时需要降低的行程来具体实施每一步骤的卸载行程，每次卸载时要先在支撑块上用水平尺画出每次需要下降到的位置，使用千斤顶把支撑块降到预定位置后再次把垫块垫上；千斤顶撤出后准备下一步骤的卸载，使整个卸载过程中不出现卸载点完全失去作用的情况，使整个结构逐步下降，确保主体结构的安全，直到结构卸载完成。
卸载过程中分3步骤，在每一步骤中卸载过程中要严密监测整个结构的挠度变化情况，遇到在卸载步骤中与验算结果差异较大的情况应查找原因，调整卸载实施方案，重新确定卸载行程即顶升高度控制在不大于2mm范围，确保卸载过程的安全性，设计计算最大变形值为15mm，现场安装控制值小于10mm，经现场最终监测变形值为9mm，满足设计规范要求的变形量。
6 效益分析
7 总 结
辽宁省科技馆球幕双层网壳钢结构工程通过“分块拼装、高空嵌补”安装方法，科学的组织施工和有效的质量管理，为整体施工工期提供了有效的保障，球幕钢结构工程安装精度满足设计标准要求，为超大型球壳安装施工探索了一条新的途径。
关键词：双层；球壳；施工技术；分块；嵌补
1 工程概况
辽宁省科技馆工程位于辽宁省沈阳市浑南新区中心地带，西邻智慧三街，南邻全运南路与7号路东段之间，依傍市民广场，是辽宁省文化场馆重点建设项目之一，总建筑面积102508m2。在主体结构西北侧，Q～K/1～5轴线之间为双层钢球壳网架，其中，工程球幕结构内球壳采用圆钢管相贯结构，内侧球幕半径13690mm，高度15640mm，主要球幕杆件为？准273*8与？准168*8圆钢管相贯而成。外侧球幕为H250X150X6X12、H250X150X6X10型钢和直径400mm鼓型节点相贯组成，外侧球半径19525mm，高度为27475mm，在平面位置上，两球圆心并不在一个点上，两球中心偏离1995mm，双层球壳网架钢结构总用钢量约250t。
2 双层球壳施工特点分析
2.1 双层球壳网架结构形式复杂、现场拼装及安装难度大
工程采用的双层球壳网架结构形式特殊，节点众多复杂，且均要求全熔透焊接。
2.2 双层球壳钢结构施工过程的结构安全性计算及监测
双层球幕坐标不同心，需进行施工过程结构安装工况分析及计算，包括不同吊装工况对结构的影响，现场安装采取加固处理部位的加固方案和安全性的分析计算。
3 双层球壳网架拼装方法及措施
3.1 地面定位基准线的划线
（1）根据构件的实际投影尺寸，在地面上划出网架弦杆及节点的中心线，外形轮廓线等；
（2）地面线型是网架零部件定位的一个重要基准，划线时应严格控制其精度要求，以确保构件在拼装过程中定位的精确度。
3.2 组装胎架的制作
（1）组装胎架是保证构件制作精度的另一个重要条件，因此，胎架设置后必须有一定的承载力，并且不得有明显的晃动；
（2）胎架竖杆设置时，可根据组装工艺图的要求进行设置，必须充分考虑构件的结构形式，以免出现零部位定位、安装时与胎架相碰的情况；
（3）胎架高度及其水平度必须控制在±1mm以内，根据组装工艺图提供的数据进行严格控制，胎架必须经专职检查员验收合格后方可使用；
（4）胎架模板的设置，必须保证构件的定位方便安全可靠。因此需设置专用的定位模板，胎架模板须采用数控切割，以保证胎架的组装定位精度。
3.3 弦杆的定位
（1）将拼接合格后并经校正后的网架弦杆吊上组装胎架进行定位，定位前此翼缘板上腹板的中心定位线必须预先划出；
（2）定位时将翼缘板外轮廓线和腹板的中心线对齐地面位置线，同时控制其端部与地面位置线。
3.4 腹杆的定位
（1）将拼接合格的腹桿分别吊上组装胎架进行定位，腹杆面、腹板中心线必须预先进行划线；
（2）定位时将腹杆中心线及外边线定对地面及弦杆安装位置线，严格控制腹杆与弦杆之间的垂直度，同时还需控制腹杆的水平度及水平标高。
3.5 整体焊接、校正
全部构件安装完交专职检查员验收后进行焊接，焊接时采用CO2药芯焊丝气体保护焊，焊接时从中间向两端对称进行。焊接时先焊立角焊，再焊平角焊，并采用较小的焊接线能量以减小焊接变形。
3.6 完整性验收
（1）自检互检合格后，提交专职检查员及监理进行完整性验收；
（2）验收时采用地样法及全站仪相结合的方法进行，有效的控制构件加工的质量。
3.7 外球幕网架的拼装工艺流程
3.8 外球幕网架的拼装工艺流程
3.9 拼装杆件公差要求
①构件长度：±5mm；②构件宽度：±2mm；③网架弯曲矢高：L/1000mm，且不大于10mm；④网架扭曲：H/250，且不大于5mm。
3.10 钢结构现场拼装精度保证措施
①严格执行预拼装工艺、确保拼装构件尺寸的精度；②保证现场拼装胎架精度，确保拼装质量；③采取合理的焊接工艺、焊接顺序、减少焊接变形；④加强过程监测和质量监测；⑤确保测量精度达到工艺标准。
4 双层球壳安装方法的施实
（1）双层球壳专项施工方案在施工前经专家论证会通过。
（2）双层球壳的单元块划分。
（3）钢结构球壳的吊装方法及工艺要求。双层球壳的安装采用“地面拼装球壳分块，球壳下部设置临时支撑，大型吊车安装球壳分块，现场塔吊配合安装嵌补段构件”。
（4）临时支撑的布置。根据球壳网架安装分块特点，在网壳安装前布置临时支撑架，临时支撑底部设置在强度较高的土建柱或主梁结构上并作相应的加固措施。具体临时支撑布置见下图示：
（5）临时支撑节点计算及单元分块安装工况模拟分析。
各工况计算结果：结构的最大应力为155.6MPa<310MPa，最大变形为15.1mm；支撑的最大应力为42.7MPa<215MPa，最大变形为5.9mm，满足设计规范要求！
（6）安装工况流程图
5 球壳结构主体卸载
根据计算时得出的各支撑点卸载时需要降低的行程来具体实施每一步骤的卸载行程，每次卸载时要先在支撑块上用水平尺画出每次需要下降到的位置，使用千斤顶把支撑块降到预定位置后再次把垫块垫上；千斤顶撤出后准备下一步骤的卸载，使整个卸载过程中不出现卸载点完全失去作用的情况，使整个结构逐步下降，确保主体结构的安全，直到结构卸载完成。
卸载过程中分3步骤，在每一步骤中卸载过程中要严密监测整个结构的挠度变化情况，遇到在卸载步骤中与验算结果差异较大的情况应查找原因，调整卸载实施方案，重新确定卸载行程即顶升高度控制在不大于2mm范围，确保卸载过程的安全性，设计计算最大变形值为15mm，现场安装控制值小于10mm，经现场最终监测变形值为9mm，满足设计规范要求的变形量。
6 效益分析
7 总 结
辽宁省科技馆球幕双层网壳钢结构工程通过“分块拼装、高空嵌补”安装方法，科学的组织施工和有效的质量管理，为整体施工工期提供了有效的保障，球幕钢结构工程安装精度满足设计标准要求，为超大型球壳安装施工探索了一条新的途径。