大跨单层折面空间网格结构施工全过程分析

浅析大跨度钢网架整体顶升施工技术发布时间：2023-05-15T07:46:30.863Z 来源：《新型城镇化》2023年8期作者：刘高勋[导读] 钢网架结构作为目前建筑业应用较为广泛的结构，其施工质量和吊装方法是建筑行业一个永恒不变的话题，也是重中之重。

随着近几年环保形势的严峻，尤其在煤炭行业，许多改造和封闭工程均采用钢网架结构，其中储煤棚类建筑大跨度居多，然而在施工过程中，由于选择施工工艺及方法不同等原因，造成了钢网架结构在吊装过程中，发生事故较为常见，且经济损失较大。

中煤第六十八工程有限公司山东济宁 273500摘要：钢网架结构作为目前建筑业应用较为广泛的结构，其施工质量和吊装方法是建筑行业一个永恒不变的话题，也是重中之重。

随着近几年环保形势的严峻，尤其在煤炭行业，许多改造和封闭工程均采用钢网架结构，其中储煤棚类建筑大跨度居多，然而在施工过程中，由于选择施工工艺及方法不同等原因，造成了钢网架结构在吊装过程中，发生事故较为常见，且经济损失较大。

现就以大跨度钢网架顶升时的质量控制进行简要分析，希望在以后施工类似大跨度网架提供经验。

关键词：大跨度；屋面钢网架；顶升；控制钢网架属于超静定结构，整体性好、空间刚度大、结构稳定、结构重量轻，经济指标好、施工安装简便。

网架结构靠杆件的轴力传递载荷，材料强度得到充分利用，既节约钢材，又减轻了自重。

建设速度快，网架结构的构件，其尺寸和形状大量相同，可在工厂成批生产，工厂化占到整个工程量的80%以上，且质量好、效率高。

以下本文将以梗阳焦化厂精煤场封闭工程为例，从与传统方案的对比、方案的选择，按照技术可行性、经济合理性、安全及工期四个方面进行对比，对施工流程、网架拼装、顶升架及千斤顶安装、网架顶升等阶段进行分析说明，重点阐述网架同步顶升高度、顶升架纠偏、卸载就位等关键工序的质量控制。

1 工程概况本工程为全封闭钢结构网架，墙面高度为10m，下部4.2m为混凝土挡土墙，上部5.8m为钢结构封闭，柱子为HM390*300*10*16，间距5m，钢材为Q235-B，外部为单层压型钢板，板厚0.6mm。

装配式建筑施工中的大跨度与特殊结构施工技术在现代建筑领域，装配式建筑已经成为一种快速、高效和环保的施工方式。

其与传统建筑相比，具有更加灵活的设计和更高质量的施工。

然而，在装配式建筑施工中，面临着大跨度和特殊结构所带来的挑战。

本文将重点探讨在装配式建筑施工中解决大跨度和特殊结构问题所采用的技术。

一、大跨度结构1. 跨越性能分析在设计大跨度结构时，首先需要进行跨越性能分析。

通过考虑各种力学因素，例如风荷载、地震等，确定结构所需承载力。

同时还要考虑集中荷载下的变形情况，并做到合理控制。

2. 预制模块化针对大跨度结构，采用预制模块化是一种常见且有效的解决方案。

以桥梁为例，在场地上预先组装好预制模块，再通过吊装等方式将其安装到定位上。

这不仅可以节省施工时间，并且可减少现场施工过程中的影响因素，提高整体质量。

二、特殊结构1. 空间网格结构空间网格结构通常用于大型展馆、体育场等建筑中。

在装配式建筑中，通过预制和拼装的方式实现空间网格结构的构建。

先将网架模块化进行制造和装配，然后以正确的顺序组装起来，形成完整的结构。

2. 弧形或复杂曲面结构对于弧形或复杂曲面的特殊结构，在装配式建筑施工中需要较高水平的技术与工艺。

使用柔性支撑和调节系统来确保曲面结构的稳定性，并采用定位和激光技术来保证精准度。

此外，要注意合理安排设备和人员操作位置，以便按照设计要求进行施工。

3. 钢桁架结构钢桁架结构是一种常见而具有特殊挑战性的装配式建筑施工任务。

首先，在钢材加工前需要精确计算并预先制作各个节点连接部件，然后将其现场组装，最终形成钢桁架结构。

这样可以最大限度地减少施工时间，保证结构的整体安全性和稳定性。

三、装配式建筑施工中的技术支持与创新1. BIM技术BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型技术，通过数字化建模和协同设计，实现了建筑各个环节的数据共享和集成。

在装配式建筑施工中，BIM 可以提供精确的空间分析和碰撞检测，从而优化设计方案并预防施工中的错误。

空间网格结构的施工技术管理一、引言随着社会发展与人民生活水平的提高，人们从事社会活动和生产，需要建造大跨度的会堂、展览厅、体育馆、飞机库等大空间建筑，而解决大跨度建筑结构最具有竞争性的结构即是空间结构。

空间结构可分为以下几种类型：薄壳结构、网格结构、悬索结构、折板结构、膜结构以及由上述某二种或几种组成的组合结构。

其中网格结构是半世纪以来，国内外发展最快、应用最广的一种形式。

空间网格结构①是由于标准化而出现建筑构件工厂和工业化生产体系后发展起来的大型结构，它是采用离散的线状构件，通过特定的节点，按照某种有规律的几何图形，组成的三维连续体结构体系。

目前，实践证明空间网格结构杆件可以用钢材、铝材、木材、钢筋混凝土和塑料、玻璃钢等制成，极易做到规格化、标准化，实现建筑构件的工业化大批量生产，从而把力学的合理性与生产的经济性结合起来。

然而，在这种所谓最为安全的结构大量应用时，也发生了不同性质，不同破坏程度，不同数量的事故，使国家财产和人民生命受到了不少损失。

从国内的一些事故调查资料来看，由于施工技术选用不当，违反施工操作规程，施工管理措施松懈所造成的事故比例最高。

因此，为保证空间网格结构的工程质量，降低施工危险系数，加强空间网格结构施工技术管理具有至关重要的现实意义。

二、空间网格结构施工中技术管理的作用施工技术管理工作②是项目完成施工生产任务，提供优质产品，实现质量管理目标管理体系的重要组成部分，也就是确保具体工程项目的施工方法、工艺标准、机具设备、材料及相应的人力资源等的正确应用，有效结合的过程。

由于网格结构一般跨度较大，而且多为公用建筑、重要建筑，下面人员较多，设备贵重，网架挂在头顶上，人命关天。

对空间网格结构施工技术的把握不仅关系到业主的利益，也涉及到网架安装企业的信誉。

通过具体施工中发现，计划和有序地对空间网格结构施工进行技术管理，可以保证施工过程遵循技术规律，尊重科学，有利于结合空间网格工程特点和实际施工条件，选用先进合理适用的技术工种和施工方法，从根本上保证空间网格工程施工质量；有利于用新技术、新工艺方法对技术管理和作业人员进行教育培养，不断提高技术管理素质和技术能力；有利于空间网格结构的施工方案优化和施工资源的合理配置，提高施工效率，最终提高项目的经济效益。

大跨度钢结构全过程施工监测及分析研究摘要：对于大跨度钢结构来说，因为其结构施工比较复杂，施工技术的繁琐，所以在施工时期出现的问题的概率同其他结构相比较低，基于此，本文论述了大跨度钢结构全过程施工监测的相关技术。

关键词：大跨度钢结构；全过程；施工监测引言钢结构厂房是在工业发展推动下，为了满足现代生产以及生活的需求，提高厂房结构的抗震性以及防噪音性能、环保性隔热保暖性能等各种性能特征，在工业厂房建筑中推广应用并迅速发展的一种结构形式，钢结构厂房在施工建设中不仅速度比较快、建筑形式灵活，具有较高的抗震与环保性能，并且在实际工业厂房施工建设中非常受欢迎。

尤其是近年来，随着我国建筑行业的不断发展进步，钢结构形式在建筑施工与工业厂房中的应用也越来越广泛，对于我国社会经济的发展增长以及人们生活水平的提高改善等，都有着积极的作用和意义。

1、大跨度复杂空间钢结构特点1.1、大跨度钢结构形式多样化和复杂化发展目前，我国的大跨度钢结构形式已经突破了传统单一形式，向着多样化、复杂化发展，出现了很多新的钢结构形式。

例如，2008年北京奥运会运动馆“鸟巢”在建设过程中，就使用了扭曲的空间桁架结构，比较复杂，而在羽毛球场馆的建设中使用大跨度的弦支弯顶结构。

1.2钢结构跨度、等级、厚度与空间结构复杂度保持一致随着我国国民经济的不断发展，对于建筑的功能需求也向着多样化发展。

目前大跨度复杂钢结构已经在我国得到了广泛的应用，跨度超过百米的建筑非常普遍，例如：我国的国家体育场——“鸟巢”钢结构跨度是296m。

大跨度复杂钢结构对于钢材的级别和强度都提出了更高的要求，使用高强度厚钢板进行施工，以保证施工质量，有的钢板厚厚度超过100mm，例如：Q420C、Q390C、Q46QE 等。

1.3、普遍使用预应力技术预应力技术是我国建筑行业的一项新技术，在我国工程施工中得到了广泛的应用，且出现了一系列新的结构形式，例如：索穹顶结构、张拉整体结构以及索膜结构等。

大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究摘要：大跨度钢结构兴起于20世纪50年代，且其结构形式在之后几十年的发展中呈现多样化的特征。

现阶段，大跨度钢结构凭借着自身独特的优势已经发展成为了我国应用范围最广的建筑类型。

作为现代化大跨度复杂钢结构的设计人员，其必须高度关注结构的最终设计状态、结构的成型过程、结构的设计状态、结构的施工程序及施工方法等。

本文对大跨度钢结构施工过程的结构分析方法进行了探讨。

关键词：大跨度；钢结构；施工结构；分析方法引言伴随着大跨度钢结构运用范畴的不断拓展，在施工过程当中大跨度钢结构的运用也陆陆续续地显现出以下这些问题：在拆撑时永久构件与临时构件的相互作用与安全性问题；在吊装大规模的构件的时候的强度、刚度以及稳定性等问题。

为此，本文将重点针对大跨度钢结构施工的力学原理及其施工手段进行阐释与分析，并进一步研究与剖析大跨度钢结构施工力学分析方法。

一、大跨度钢结构主要施工技术1、高空散装法将结构的全部节点和杆件直接在高空设计位置拼成整体的安装方法称为高空散装法。

非焊接连接的各种类型的网架、网壳或桁架都适用于高空散装法，拼装的关键技术问题是各节点的坐标控制。

高空散装法分为悬挑法和全支架法两种。

悬挑法则多用于小拼单元在高空总拼。

而全支架法多用于散件拼装，除了高空及现场作业量大，这种施工方法一般不需要大型机械。

2、高空滑移法高空滑移法就是结构按条状单元分割在建筑物预先铺设在滑移轨道上这些条状单元然后从一端滑移到另一端，就位后总拼成整体的一种方法。

3、分条（分块）安装法结构从若干条状单元或是平面分割成块状，分别用起重机械吊装至高空设计位置总拼成整体的安装方法就是分条（分块）安装法，其也可以被称之为小片安装法。

该方法适用于分割成条（块）单元后其刚度的结构和受力改变较小。

分块或是分条的大小就应该根据起重机的负荷能力来决定。

因其条（块）状单元大部分是在地面焊接、拼装、高空作业少，在质量控制的方面非常的有利，也可以可省去大量的拼装支架。

大跨度空间结构空间结构与高耸结构空间结构与平面结构梁、拱等，所承受的壳、网架等，荷载、空间结构与航天结构•太阳帆板可展结构•雷达天线结构生活中的空间结构蜘蛛网强度相当于钢材的50倍直径几微米1:120“形态学”（Morphology）起源于古希腊，Morphology一词由希腊语Morphe（形态）和Ology （科学）构成。

形态学最初是一门研究人体、动物、植物的形式和结构的科学。

结构形态学作为形态学的一个分支是一门从整体上研究建筑形状与结构受力之间关系的学科，目的在于寻求二者的协同统一。

“形”关注的是结构的外形，即结构的几何形状；“态”关注的是结构的受力，可以延伸为“力流”、连接方式或是一种变化。

蜂窝Eden Project(British)Polyhedron (Platonic and Archimedean)Frei Otto’s greenhouseP. Drew, Frei Otto Form und Konstruktion, Verlag Gerd Hatje, Stuttgart, 1976The fly’s eye dome (Buckminster Fuller)1895-1983American architect,systemstheorist, author,designer, inventor,and futuristSPUNT’S MODULAR DOMECSU at Northridge, CA, USA. Design by Leonard Spunt in the 1970’s.Geodesic dome (Paris)2002年美国盐湖城冬奥会颁奖广场舞台Hoberman拱门Basket with fabric空间结构的主要形式空间结构发展简史皮革、木材智能结构2008鸟巢结构1856智能材料1986索穹顶膜结构19751970网格结构1957混凝土薄壳悬索结构1953A. D123拱壳B.C3000帐篷钢筋混凝土1864B.C2000largest span masonry domesSt Peter’s Basilica in Rome (1588–93)圣母百花大教堂Santa Maria del Fiore in Florence (1420–34)，approximately 42 m diameter世界上跨度最大的薄壳（边长218m,矢高48m）法国巴黎国家工业与技术中心陈列大厅（1959）深圳国际机场广东省人民体育场Xian Gymnasium(1999)96mX96m,4 supports上海美罗城D=48mCoal storage(Beijing,2004, span:120m)天津新体育馆（直径135m ）1994首都机场T3航站楼北京首都国际机场新航站楼T3A(180,000m2）属铝板。

大跨度空间结构弧形网架滑移施工工法大跨度空间结构弧形网架滑移施工工法一、前言大跨度空间结构的建设在现代工程建设中占据了重要地位，其能够提供大开放空间和无柱支撑的特点，在体育馆、展览馆、机场和车站等建筑中得到了广泛应用。

而在大跨度空间结构的施工过程中，弧形网架滑移施工工法因其具有高效、经济、安全的特点而被广泛采用。

二、工法特点弧形网架滑移施工工法是一种在高空中完成大跨度空间结构组装的工法。

其主要特点如下：1.高效快速：弧形网架滑移施工工法能够高效地增加施工速度，因为整座弧形网架可以一次性制成，并通过液压系统推进滑行至预定位置。

与传统的悬吊施工方法相比，弧形网架滑移施工工法的施工速度更快，大大提高了工程进度。

2.经济节能：由于使用滑移施工工法可以减少悬吊设备的使用，从而节约了成本。

此外，滑移施工工法还减少了对臂架起重机的需求，从而进一步降低了施工成本。

3.安全可靠：滑移施工工法减少了高空施工人员的数量，从而减少了施工过程中的安全隐患。

此外，借助滑移设备的支撑，施工过程中的变形和振动也被有效控制，从而保证了整体结构的安全可靠性。

三、适应范围弧形网架滑移施工工法适用于较长且弧形度较高的大跨度空间结构，例如50米到500米范围内的体育馆、展览馆、机场和车站等项目。

四、工艺原理弧形网架滑移施工工法的工艺原理是将整个弧形网架按照预定的施工顺序制造，并借助滑移设备将其滑行至预定位置。

具体包括以下几个步骤：1.构件制造：根据设计要求，制造出符合要求的弧形网架构件。

在制造过程中，需要保证构件的质量、尺寸和精度，并进行预应力和防腐处理。

2.滑移设备搭设：在施工现场搭设滑移设备。

滑移设备主要包括排列在工地两侧的水平导轨、斜向导轨和垂直支撑轮，以及位于导轨下方的反拖机构。

3.构件组装：将预制的弧形网架构件在地面上组装成预制体，然后通过滑移设备将其滑行至施工位置。

为了保证施工过程中的稳定性，可以使用钢丝索进行拴系和固定。

4.滑移施工：当滑移设备和构件组装到位后，通过液压系统推动滑移设备，使其沿导轨滑行至预定位置。

建筑工程中网架结构施工工艺探讨一、网架结构的特点网架结构是一种由连续或间断的梁柱系统构成的结构形式，具有以下特点：1. 结构轻巧：网架结构采用大跨度、小截面的结构构件，使整个结构体系具有轻巧的特点，能够有效减少结构的自重，提高结构的抗震性能和抗风性能。

2. 空间利用率高：由于网架结构采用了跨度大、梁柱系统间距大的设计，因此在不增加墙体和柱子的情况下，能够有效利用空间，增加了建筑的空间利用率。

3. 施工周期短：网架结构的构件轻巧，安装相对简单，因此可以大大缩短施工周期，降低建筑成本，提高工程效益。

4. 美观性好：网架结构的特殊形式和轻盈的外观，使其具有很高的美观性，可以成为建筑物的一大亮点。

二、网架结构施工流程网架结构的施工流程主要包括以下几个阶段：1. 准备工作：包括组建专业施工队伍、准备施工资料、制定施工计划等。

2. 基础施工：对网架结构的基础进行施工，包括混凝土浇筑、预埋件安装等。

3. 立柱安装：根据设计要求，安装网架结构的立柱，确保立柱的垂直度和水平度。

4. 主梁安装：将网架结构的主梁按照设计图纸进行安装，保证主梁的正确位置和连接质量。

5. 副梁和连接构件的安装：按照设计要求，对网架结构的副梁和连接构件进行安装，确保连接的牢固性和稳定性。

6. 配重和调整：对已经安装好的网架结构进行配重和调整，以确保整个结构的稳定性和安全性。

7. 完工验收：对整个网架结构进行检查和验收，确保施工质量符合设计要求。

三、网架结构施工技术要点1. 施工图纸的认真审查：施工人员在进行网架结构施工前，要认真审查设计图纸，了解结构的特点和要求，掌握施工的关键技术要点和安全注意事项。

2. 精准测量和布置：在网架结构的施工中，要进行精准的测量和布置工作，确保结构的准确性和稳定性。

3. 安全施工：网架结构施工中需严格遵守安全操作规程，采取有效的安全措施，确保施工过程中的安全。

4. 注意环保要求：在网架结构施工中，要注意环境保护，采取有效的环保措施，减少施工过程中对环境的影响。

㊃施工技术㊃钢结构(中英文),37(10),43-49(2022)DOI :10.13206/j.gjgS 21100901ISSN 2096-6865CN 10-1609/TF大跨度空间网格结构常用安装方法及新思路∗张在晨㊀贾新卷㊀胡晨晞㊀莫海钊(中国建筑第四工程局有限公司,广州㊀510665)摘㊀要:近年来,大跨度空间网格结构在航站楼㊁会展中心㊁体育馆等城市大型公建项目中得到了广泛的应用㊂伴随着新型结构形式的不断涌现,现场安装也面临着巨大挑战㊂通过对近年来空间网格结构典型案例梳理及几种常用安装方法的优㊁劣势分析,发现现有安装方法在实际应用中均存在一定的局限性㊂因此,亟需对更高效的安装技术展开深入研究㊂以国际FIFA 标准建设的广州10万座足球场项目,是国内罕见的球场与商业结合㊁场心下设地下室的体育文化综合体项目㊂项目设计灵感来源于 并蒂莲 ,取其 含苞待放又紧紧相拥 的优美形态,造型别致㊂钢罩棚最高点标高为88.600m ,最大悬挑长度约91m ,自上而下布置3层菱形花瓣状体块,每层花瓣造型由12个单元构成,单根杆件长度可达40~64m ,形成巨型带肋空间折板网格结构㊂在分析现有的高空原位安装㊁累积滑移安装等方法后,发现存在临时措施量大㊁交叉作业多㊁质量控制难等问题㊂借鉴桥梁竖转安装思路,提出空间网格结构的负角度竖转安装方法㊂其核心步骤为:低位拼装 竖转到位 嵌补合龙 同步分级卸载㊂而后,对竖转界面及单元划分㊁竖转系统设计㊁转铰构造等关键节点进行分析㊂基于此,利用MIDAS /Gen 大型结构有限元分析软件,对竖转过程关键施工阶段的变形及受力进行施工模拟验算,并与设计施工阶段的结果进行对比,以此验证竖转安装方法的可操作性㊂分析结果表明:卸载后的钢罩棚整体变形模拟值与设计值基本吻合;竖转法安装技术在安全㊁质量㊁临时措施量及进度控制等方面相较于常规的安装方法均具有一定优势,在大跨度空间网格结构的安装中具有广泛的应用前景和实用价值㊂关键词:空间网格结构;钢结构安装;竖向转体;数值分析∗中建四局科技研发项目(CSCEC4B-2021-KTA-15)㊂第一作者:张在晨,男,1989年出生,硕士,工程师,一级建造师㊂Email:408163251@ 收稿日期:2021-10-090㊀引㊀言国内大跨空间钢结构历经70余年的发展已初具规模[1]㊂空间钢结构可由板壳㊁梁㊁杆㊁索膜等单元组成㊂具体则可分为薄壳结构㊁网架结构㊁网壳结构㊁悬索结构和膜结构等五大类㊂一般地,平板型网架结构和曲面型网壳结构可并称为空间网格结构[2]㊂由于空间网格结构具有建筑表现力出色㊁受力特点明确㊁加工安装便捷高效等特点,目前已广泛应用于城市各类公共建筑中,如机场航站楼㊁会展中心及体育场馆等[3-7]㊂近年来我国的典型空间网格结构项目汇总见表1㊂但随着新型结构形式的不断涌现,前述的空间网格结构的定义已难以涵盖所有的结构形式㊂与此同时,也给钢结构的现场安装带来了巨大的挑战㊂鉴于此,本文先对近年来我国空间网格结构的常见安装方法及其应用的优劣势进行梳理和总结㊂在此基础上,以目前在建的广州10万座足球场项目为依托,对巨型带肋折板形空间网格结构的设计方案提出了竖向转体法的安装新思路,并对其具体的实现路径进行剖析㊂研究工作可为后续空间网格结构的安装㊁实施提供一些新视角㊂1㊀大跨度空间网格结构的常用安装方法目前,钢结构的主要安装方法有:原位安装㊁吊装㊁滑移㊁提升等㊂各安装方法的优劣势分析见表2㊂由于结构形式复杂,而既有的㊁成熟的安装方法张在晨,等/钢结构(中英文),37(10),43-49,2022㊀㊀表1㊀典型空间网格结构项目汇总Table 1㊀Summary of typical spatial grid structure projects编号类别项目名称屋盖尺寸/m结构形式安装方法建成年份1航站楼北京首都机场T 3B958ˑ775双曲面抽空三角锥混合节点网架吊装+原位安装2007天津滨海国际机场T 2700ˑ402双层双曲面焊接球网架吊装+提升2013深圳宝安国际机场T 31128ˑ640自由曲面斜交斜放双层网壳原位安装2013郑州新郑国际机场T 2319ˑ263正交斜放四角锥空间网架累积提升2015重庆江北国际机场T 3A 279ˑ393(窄)㊁401ˑ456(宽)正交正放四角锥空间网架累积滑移2017北京大兴国际机场568ˑ455(核心区)不规则自由曲面空间网格提升+原位安装20192体育场馆深圳大运会体育馆285ˑ270单层折面空间网格累积滑移2010郑州奥体中心体育馆311.6ˑ291.5环向悬臂索承网格累积滑移2019杭州奥体中心亚运三馆600ˑ360斜交斜放空间网壳吊装+提升2020表2㊀安装方法优劣分析Table 2㊀Analysis on the strengths and weaknesses of the installation methods方法优势劣势高空原位安装法1)无需大型起重设备2)适用范围广,安装㊁卸载控制便利1)现场及高空作业量大,需搭设大量支架2)安装质量控制难3)与土建施工组织协调难度大分条(块)安装法1)高空作业量㊁拼装胎架量少2)可充分利用起重设备吊装过程需要单元保持一定角度,一般用于分割后结构刚度和受力状态改变较小的钢结构屋盖高空滑移法1)可与其他土建工程平行作业,节约总工期2)端部拼装支架可为其他作业提供空间3)设备简单,无需大型起重设备4)适用狭小场地或需跨越其他结构1)滑移安装精度受预先搭设轨道影响大,轨道平整度要求高,容易卡轨2)在高空搭设平台,效率较低且拼装工期长3)高空操作人员安全难以保证整体吊装法地面组拼易于保证焊接质量和几何尺寸准确性1)需要大型起重设备2)对地基承载力要求较高,会影响土建施工作业整体提升法可将各分项工程在最有利的高度施工,节省费用;所用设备小1)限于垂直吊装,不便于水平移动2)对地基承载力要求较高,会影响土建施工作业在应用过程中也存在一定的局限性,大多项目需要考虑分区施工,并分别采取针对性的一种或多种施工方法㊂这给现场安全㊁质量㊁进度控制及施工组织带来了极大的难度㊂鉴于此,亟需制定针对大跨度空间网格结构的新型安装方法,以满足不断变化的工程实际的需求㊂2㊀工程概况广州10万座足球场项目占地面积为15.09万m 2,总建筑面积为53.43万m 2,是国内第一个球场与商业结合㊁场心下设地下室的体育文化综合体项目㊂建成后将是世界上规模最大㊁配套最全㊁座位数最多的顶级专业足球场(图1)㊂图1㊀足球场场内透视Fig.1㊀Perspective view of the football field其中,巨型带肋空间折板网格结构的设计方案如下:钢罩棚平面约呈椭圆形,尺寸约为325m ˑ287m,最大悬挑长度约为91m(图2)㊂混凝土看台最高点53.64m,钢罩棚最高点88.6m㊂图2㊀钢罩棚结构尺寸㊀mFig.2㊀Structural dimension of the steel awning钢罩棚自下而上由3层花瓣状体块构成,每层花瓣含12片菱形单元,共计36片花瓣㊂结构构件沿每层花瓣轮廓线布置,单根杆件长度为40~64m㊂其主要节点形式见图3㊂大跨度空间网格结构常用安装方法及新思路图3㊀钢罩棚结构主要节点形式Fig.3㊀Main joints of the steel awning钢罩棚整体设计为落地壳体,上拉力环处通过设置摇摆柱与顶层混凝土看台铰接(图4)㊂同时,对水平向构件设置肋杆以增强壳体竖向刚度,并在中部开口处设置内压环桁架保证力流连续,设置外压环桁架解决折板环向受力不均的问题㊂3㊀竖转法安装新思路3.1㊀新思路提出的原因由于巨型带肋空间折板网格结构形式复杂,目㊀㊀图4㊀看台剖面Fig.4㊀Profile of the grandstand前往往采用传统的高空原位安装㊁累计滑移安装等方法㊂这些方法存在支撑胎架量大㊁高空作业多㊁焊接质量控制难等一系列问题㊂鉴于此,将桥梁竖转法的施工思路[8-9]应用于空间钢结构领域㊂经过详细论证,可将钢罩棚竖转法拆解为:低位拼装㊁竖转到位㊁嵌补合拢㊁同步卸载等4个核心施工步骤㊂其关键在于界面及单元划分㊁竖转(转动)系统设计㊁转铰构造㊁转体过程的稳定控制㊂其安装方法的对比如表3所示㊂具体来说,竖转法的优势主要有:1)安全性好㊂卧拼施工将高空作业改为中低空作业,可有效规避高处坠落等安全风险㊂2)焊接质量可控㊂传统安装方法施工周期长,㊀㊀表3㊀屋盖罩棚安装方法对比Table3㊀Comparisons of the installation methods施工方法适宜性实施难易安装工效难点优势劣势提升+高空原位安装良优良高空作业精度控制要求高方案成熟,质量㊁安全㊁进度基本可控累积滑移安装良良中滑移措施量大可减少操作平台措施用量㊁节约场地处理和管理费用1)胎架量大㊁搭设时间长2)高空作业多㊁安装效率低3)穿插工序多㊁施工组织难度大4)提升和原位安装工序搭接要求高竖转法安装优良优尚无应用经验节约措施量㊁效率高㊁利于工期控制;高空吊装㊁焊接作业少,强对流天气影响小1)敏感因素多,组拼精度控制要求高2)房建领域未有竖转安装先例,实施难度大且日间温度高㊁昼夜温差大,强降雨等极端天气对焊接质量影响大㊂中低空作业大大减少了构件分段分节数量,对于焊接质量控制更为有利㊂3)临时措施量减少㊂低空卧拼大幅降低了支撑胎架的高度,相较于原位安装至少可节约1500t 胎架量㊂4)进度快㊂当中低区看台施工完成后,立面罩棚提前插入施工,履带吊及塔吊配合作业可大大减少钢构件分段数㊂另外,竖转单元之间后期嵌补杆件数量少,相较于原位安装至少可节约2个月工期㊂3.2㊀钢罩棚界面及单元划分钢罩棚界面划分的目的是确定需要竖转的杆件界面位置㊂具体可按图5方式划分:以上拉力环为界,将钢罩棚分为屋盖罩棚(不含上拉力环)和立面罩棚;以外压力环为界,将屋盖罩棚细分为内罩棚(含外压力环)和外罩棚㊂其中,立面罩棚采用高空原位安装,屋盖罩棚采用竖转法安装㊂钢罩棚单元划分的目的是在界面划分的基础上,确定一次性竖转的主体㊂当主体确定后,可明确竖转系统空间布置方式㊂按图5b钢罩棚可划分为8个竖转单元,共有3种不同类型单元(A~C)㊂施工中对称单元同步竖转,效率高㊁补杆少㊂3.3㊀竖转系统设计3.3.1㊀空间布置在借鉴桥梁竖转法的基础上,确定竖转安装主要流程见图6(由于东西侧对称,图中仅显示一半): 1)穿插施工准备㊂混凝土看台施工至一定高度后,立面罩棚㊁卧拼胎架提前插入施工(图6a)㊂张在晨,等/钢结构(中英文),37(10),43-49,2022a 界面划分;b 单元划分㊂图5㊀钢罩棚界面及单元划分Fig.5㊀Interface and unit division of the steel awning 2)竖转单元卧拼㊂在卧拼胎架上自下而上分段逐步拼装竖转单元㊂而后,布置抗滑移限位装置及转铰㊂转铰应在同一个标高且同心共轴(图6b)㊂3)动力设备安装㊂在竖转单元内压力环上设置提拉点㊁安装监控仪器,在提升架上安装提升设备并进行初步调试㊂而后,用斜拉索㊁对拉钢绞线等将其连接完备(图6c)㊂4)单元试竖转㊂待所有前述工序完成后,在无风(微风)且天气良好时,检查竖转体系是否完整㊁良好,方可解除限位装置㊂通过提升架上的动力设备将竖转单元试转100mm后静置1d(图6d)㊂5)单元竖转到位㊂按照拟定的提升速度将竖转单元竖转到设计标高(对称的竖转单元同步操作)㊂待竖转至设计标高后,安装限位装置,封装转铰使其与立面罩棚形成整体受力体系(图6e)㊂6)连接杆件嵌补㊂嵌补安装8个竖转单元之间的剩余杆件,使钢罩棚形成整体㊂7)罩棚分级卸载㊂逐步同级释放动力设备提供的荷载(钢罩棚卸载)㊂而后,拆除临时支撑胎架,完成钢罩棚施工(图6f)㊂为节约卧拼状态下临时胎架用量㊁降低其高度,a 穿插施工准备;b 竖转单元卧拼;c 动力设备安装;d 单元试竖转;e 单元竖转到位;f 罩棚分级卸载㊂图6㊀竖转安装流程Fig.6㊀Flow charts of vertical rotationsystem图7㊀竖转系统空间细部布置Fig.7㊀3D detailed layout of vertical rotation system其竖转角度宜尽可能取大值㊂结合钢构件竖转过程中的碰撞检查及结构设计线型,提升架设置在场心,单元的竖转角度控制在50ʎ左右(水平面以下的负角度约为35ʎ)㊂竖转过程中布置于提升架顶部的动力设备允许一定量的滑移㊂此外,为消除竖转过程中水平力的影响,提升架间布置对拉钢绞线,竖转系统空间细部布置见图7㊂3.3.2㊀设备配置根据数值模型得到竖转过程中提升架拉索轴力计算值,并以此配置合适的动力设备,具体见表4所列㊂根据以上计算结果可知,2个提拉点按最大轴力12752.4kN配置设备及钢绞线㊂图8中的动力设备竖转能力已满足GB51162 2016‘重型结构和大跨度空间网格结构常用安装方法及新思路㊀㊀表4㊀竖转过程中提升架拉索轴力计算值Table 4㊀Cable axial force of lifting frameduring vertical rotation单元最大值/kN 最小值/kN 动力设备储备系数A 10264.59980.32台LSD 5000-400 1.95B 12752.412519.03台LSD 3500-300 1.65C9905.49658.32台LSD 5000-4002.02图8㊀动力设备Fig.8㊀Power equipment设备整体提升技术规范“中1.25倍的富余度要求㊂3.4㊀转铰构造由于钢罩棚单元构件重㊁转铰受力大,故施工时先将立面罩棚构成环向受力整体后,再将竖转转铰布置于上拉力环杆件节点区㊂转铰构造遵循安全稳定㊁转动灵活㊁便于安装等原则㊂根据现有设计图纸,有两类转铰节点:一类为A㊁C 单元的左㊁右转铰(11杆相连)㊁另一类为B 单元的左㊁右转铰(7杆相连)㊂以A㊁C 单元端部的转铰节点为例,其具体构造见图9㊂图9㊀转铰细部构造Fig.9㊀Detail structure design of vertical hinge实际施工过程中,应力控制的关键点在于耳板与内部加劲板结合部位的处理及焊接工艺上的困难,故仍需结合节点深化图纸进行细化㊂此外,竖转过程中稳定性控制要求高,需制定专项的控制措施,包括但不限于:1)卧拼阶段胎架抗滑移措施㊂在钢构件底部焊接钢制卡码,钢结构定位完成以后将卡码焊接在结构上,与胎架鞍座相抵(图10);防倾覆措施:a.卧拼胎架由低看台区向高看台区进行径向㊁环向布设,卧拼胎架与土建主体结构采用钢板埋件进行刚性焊接连接,同时相邻胎架通过设置水平或者斜向连接支撑连成整体;b.竖转分段卧拼施工过程中,拼装平台下弦平面须满铺安全网,拼装施工须合理张拉布设安全绳,采用木制跳板或者钢跳板搭设临时双向施工通道㊂图10㊀胎架抗滑移措施示意Fig.10㊀Schematic diagram of anti sliding measures formoulding bed2)竖转阶段稳定性措施㊂在竖转过程中,为保证结构吊装安全,应尽量保证各个提升点的液压提升设备配置系数基本一致,且应确保竖转结构的空中稳定,以便竖转单元能正确就位,也即要求各个提升点在竖转过程中能够保持一定的同步性㊂4㊀竖转施工阶段模拟4.1㊀数值计算模型概况采用MIDAS 结构有限元软件建立竖转法施工阶段分析模型㊂计算模型由7522个节点和8314个单元组成,截面尺寸选取与设计方案保持一致㊂计算模型中主结构构件均采用梁单元模拟㊂对于摇摆柱,采用释放梁端约束形式表征其受力特点㊂边界支座设置分为两部分:一是钢罩棚通过摇摆柱支承于混凝土看台顶,二是钢罩棚立面铰接支承于正负零混凝土核心筒端柱顶㊂在对应位置处杆件底端均施加三向位移约束㊂由于为施工阶段模拟,仅施加自重荷载,同时考张在晨,等/钢结构(中英文),37(10),43-49,2022虑加劲板㊁焊缝㊁吊耳㊁临时连接板等导致的重量增幅系数1.2㊂变形限值为L /125,其中L 为最大悬挑长度,钢结构应力限值为305~375MPa(厚度不同,限值不同)㊂其主结构有限元模型如图11所示㊂图11㊀主结构有限元计算模型Fig.11㊀FEM model of the primary structure模拟的主要施工阶段如下:施工阶段1:立面罩棚原位安装,整体成环(图12)㊂a 总位移,mm;b 最大组合应力,MPa㊂图12㊀施工阶段1模拟Fig.12㊀Simulation of construction stage 1施工阶段2:使用竖转装置将钢罩棚8个单元对称竖转到位(图13)㊂施工阶段3:高空散装8个单元之间的剩余杆件,钢罩棚结构合拢(图14)㊂施工阶段4:钢罩棚同步分级卸载(图15)㊂4.2㊀结果分析由于目前尚未完成钢结构现场施工,计算得到的主体结构最大变形为396.50mm,在施工阶段4时的悬挑端部位置处;最大压应力为116.27MPa,在施工阶段3时的内压力环处;最大拉应力为149.85MPa,在施工阶段4时的上㊁下拉力环处㊂对a 总位移,mm;b 最大组合应力,MPa㊂图13㊀施工阶段2模拟Fig.13㊀Simulation of construction stage2a 总位移,mm;b 最大组合应力,MPa㊂图14㊀施工阶段3模拟Fig.14㊀Simulation of construction stage 3应有限元计算的变形及应力均在限值范围内,也验证了安装方法的适用性㊂5㊀结㊀论针对巨型带肋空间折板形网格结构安装存在的实际问题,提出了负角度竖向转体的新型安装方法㊂这一方法在安全㊁质量㊁临时措施量及进度等方面较之于常规安装方法均具有一定的优势㊂但由于尚未有成功的先例,且项目自身的施工风险较大,其施工组织设计仍需结合调整的设计图纸作进一步深化㊂此外,在实施过程中,应注意做好相关的监测工作,大跨度空间网格结构常用安装方法及新思路a 总位移,mm;b 最大组合应力,MPa㊂图15㊀施工阶段4模拟Fig.15㊀Simulation of construction stage4以确保竖转法的正常实施㊂参考文献[1]㊀蓝天.中国空间结构七十年成就与展望[J].建筑结构,2019,49(19):5-10.[2]㊀董石麟,赵阳.论空间结构的形式和分类[J].土木工程学报,2004,37(1):7-12.[3]㊀张晋勋,李建华,段先军,等.北京大兴国际机场航站楼核心区超大平面复杂空间曲面钢网格结构屋盖综合施工技术[J].施工技术,2019,48(8):66-68,81.[4]㊀徐士杰,王正云,朱云飞,等.重庆江北T3A航站楼复杂钢桁架施工期结构同步滑移控制研究[J].工业建筑,2016,46(增刊):206-210.[5]㊀郭彦林,窦超,王永海,等.深圳大运会体育中心体育场整体模型承载力试验研究[J].建筑结构学报,2010,31(4):1-9. 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[8]㊀甄玉杰,王志贤.大跨超宽转体桥总体设计与施工[J].施工技术,2020,49(17):35-38.[9]㊀任为东.大瑞铁路澜沧江特大桥施工关键技术研究[J].铁道标准设计,2021,65(4):82-88.Common Installation Methods and New Ideas of Long-Span Spatial Grid StructuresZaichen Zhang㊀Xinjuan Jia㊀Chenxi Hu㊀Haizhao Mo(China Construction Fourth Engineering Division Corp.,Ltd.,Guangzhou510665,China)Abstract:Spatial grid structure is widely used in large-scale public construction projects in recent years,such as terminal buildings,convention and exhibition centers and gymnasiums,etc.With the growing emergence of new structural form,on-site installation is also facing great challenges.Through combing the typical cases of spatial grid structure in recent years and analyzing the advantages and disadvantages of several common installation methods,it is found that the existing installation methods have certain limitations in practical application.So it is urgent to carry out in-depth research on the new installation technology.Guangzhou football field is built in accordance with international FIFA standards with100000seats.It is a rare sports and cultural complex project in China that combines stadium and business and has a basement under the center of the field.The project design inspiration comes from twin lotus flowers on one stalk ,take its bud and tightly embrace beautiful form,unique shape.The highest point elevation of the steel canopy structure is88.6m,and the maximum cantilever length is about91m.Three layers of diamond petal shaped blocks are arranged from top to bottom and the petal shape of each layer is composed of12units.The length of a single member is40~64m,forming a giant ribbed space folded plate grid structure.After the preliminary analysis of the existing methods of high-altitude in-situ installation and cumulative sliding installation,it was found that there were many problems,such as large amount of measures,many cross operations and difficult quality control.Referring to the idea of bridge vertical rotation installation,a negative angle vertical installation method of spatial grid structure was proposed.The core steps were as follows:low position assembly-vertical turning in place-nesting and closing-synchronous and graded unloading.Then the key points such as vertical rotation interface and unit division,vertical rotation system design and hinge structure were analyzed.From this,MIDAS/Gen software was used to carry out construction simulation calculation of deformation and force in key working conditions of vertical rotation process,and compared with the results of design conditions,so as to verify the operability of vertical rotation installation method.The results showed that the simulated deformation values of steel canopy after unloading were basically consistent with the design pared with conventional installation methods,vertical rotating installation technology had certain advantages in safety, quality,quaitity of temporary measures and schedule control,and had a wide application prospect and practical value in the installation of large-span spatial grid structures.Key words:space grid structure;steel structure installation;vertical rotation method;numerical analysis。