商业广场空间网格钢雨篷施工方案

［摘要］通过对某工程空间网格结构钢雨篷的几种施工方案进行比选，综合考虑结构特点、空间形态、施工难度、经济合理性、安全性、工期要求等因素，详细地对本工程施工方案进行对比、分析及优化，保证了工程施工的质量与安全，为后续相似类型的结构提供了有利的参考。

［关键词］空间网格雨篷；片状桁架；整体吊装

随着城市的发展，生活在城市的市民对城市美的要求越来越高。钢雨篷在商场中广泛涉及和应用，结合项目钢雨篷设计造型，对空间网格钢雨篷的安装方法进行比选，选择片状桁架吊装法，并对钢雨篷现场吊装、拼装措施进行优化，确保施工质量和施工安全，提高了施工效率。

1工程概况

1.1建筑概况

某商业G1号购物中心项目位于海南省；本项目共计1栋大商业及人防地下室，总建筑面积为114000m2，是集超市、餐饮、购物、影城、儿童游乐功能为一体的综合体。

1.2结构概况

空间网格结构钢雨篷，由4根混凝土柱及2根钢管混凝土柱（规格1200×25，材质Q355B）支承，钢雨篷屋盖桁架共5根主梁（规格D700×300×25×25，材质Q355B），每根主梁跨度约32m，其余都为次梁（规格D350×150×12×12，材质Q355B），投影面积约1308m²，钢结构用量约450t。钢雨篷屋盖桁架为三维立体造型，由多个四边形、三角形平面根据不同的角度（45°~135°）组合焊接而成，空间形态复杂，且为保证平面钢化玻璃的安装，要求平面度在±5mm以内，结构形态如图1所示。

2施工重点、难点

2.1空间网格结构钢雨篷的节点复杂、高空焊接量大

空间网格钢雨篷具有屋盖桁架竖向空间高、构件相接节点复杂、高空焊接量大等特点。屋盖桁架距地面24m，由1100多根矩形管相互焊接而成，构件相接节点复杂（相接构件多达6个），相同节点、不同构件需相互咬合，焊接角度涵盖“立、平、仰”方式，且为高空焊接，危险性大；施工方法也直接图1立面效果影响了施工进度、作业安全性及施工成本。

2.2空间网格结构钢雨篷的安装精度、平面度要求高

空间网格结构钢雨篷的安装精度、平面度主要从吊装方法和焊接变形2个方面控制，钢雨篷屋盖桁架顶面需装饰成品钢化玻璃，若屋盖桁架的角度、平整度不能达到图纸的精度要求（±5mm以内），将影响玻璃的成形效果及稳固性，且严重影响钢雨篷的整体造型。

3吊装方案的选择

结合空间网格结构钢雨篷的结构形式，钢雨篷荷载通过5根主梁传递荷载至周边的4根混凝土柱及2根钢管混凝土柱，整个结构的传力路径清晰；由于钢雨篷区域无交叉作业，屋盖桁架的施工方案可考虑高空原位拼装法、整体吊装法及片状桁架吊装法。

3.1高空原位拼装法

屋盖桁架投影范围内地下室顶板搭设24m高满堂脚手架，顶部满铺脚手板作为操作面，汽车式起重机吊装单根构件，施工人员在顶面进行屋盖桁架安装及焊接作业。（1）优点：操作简单，安全性高。（2）缺点：整个钢结构工期延长，脚手架搭设及租赁费用高，项目成本大幅增加；且占用汽车式起重机时间长，机械费用投入多。

3.2整体吊装法

屋盖桁架划分为6榀大桁架，制作专用拼装胎架进行地面拼装，用150t大吨位起重机整体吊装至设计标高，人员高空焊接。（1）优点：工期快，人力成本低。（2）缺点：需制作专用拼装胎架且根据屋盖桁架形状进行拼装，拼装周期长及胎架费用高，且对焊作业在高空，危险性大。

3.3片状桁架吊装法

屋盖桁架根据空间几何形状划分为26片片状桁架，制作几组简易拼装胎架，进行地面平面拼装，50t起重机整体吊装至设计标高，焊接固定。（1）优点：施工工期快，流水施工，安装精度及平整度有保证。（2）缺点：有一部分需高空作业。从方案的技术特点、经济性、工期进行分析，侧重考虑施工工期和施工成本以及屋盖桁架的安装精度及平整度，最终选定了第3种方案。

4总体安装方法

（1）空间网格屋盖桁架使用三维制图软件绘制，用软件计算出空间网格屋盖桁架相邻面之间的角度，保证现场安装精度。同时，利用三维制图软件对复杂相交节点进行优化，减少交点处焊缝量，避免因前、后焊缝相互影响，导致焊缝区变形或力学性能弱化。（2）先安装2根钢柱及5根主梁，精确校正后，焊接固定牢固，保证钢雨篷的结构刚度，避免片状桁架安装过程中出现受力结构变形。（3）钢雨篷主要受力构件安装完成后，使用带刻度的折尺，实测三角形或四边形的边长及角度，记录数据。在地面制作简易胎架，绘画出三角形或四边形的边长及角度实测值，进行精准拼装。（4）地面拼装完成的片状桁架，使用50t汽车式起重机吊装，并焊接固定。

5主要施工技术

5.1屋盖片状桁架精准实测、实量

空间网格屋盖桁架为空间几何体，形态复杂，因屋盖桁架构件安装过程中自重会引起下挠，以及相交节点焊接力集中产生的热能量，极易造成结构变形，且变形方向不可预知，严重影响空间网格屋盖桁架的造型。本工程先对钢柱、钢梁相连的横梁、5根主梁进行吊装，通过使用全站仪进行点位校正后，焊接固定，保证主体框架的刚度。主体框架固定牢靠后，采用六折测量尺进行空间网格屋盖桁架的精准测量，记录三角形或四边形每条边的边长以及各边之间的角度，如图2所示。647898087319图2片状桁架实测值

5.2片状桁架拼装

空间网格屋盖桁架为空间三维结构，若采用原位拼装，需根据片状桁架的三维坐标，进行专用胎架的制作，胎架制作难度大。为加快施工进度，降低片状桁架的拼装难度，项目把空间网格屋盖桁架的空间三维结构变为二维平面结构。在二维平面结构，只需使用12号工字钢调平1个10m×10m的水平面，利用之前折尺精准测量的平面边长长度以及角度，在平台面上绘制等同的平面尺寸，各构件根据平面尺寸进行片状桁架拼装。因拼装构件数多，不可一拼一焊，必须一拼一临时固定（使用10mm厚卡板进行临时固定），最后整体调节，整体对位焊接。

5.3片状桁架吊装

片状桁架吊装过程在自重的影响下，吊点位置为集中受力点，若吊点位置承受力过大，将会造成桁架的局部变形，严重影响片状桁架的成型效果。所以，安装角度的实际放样、吊点位置的选择及稳定性计算、吊装吊耳及钢丝绳的选择至关重要。5.3.1安装角度的实际放样使用三维制图软件进行绘制，同时对相邻平面间的角度进行计算，得出相邻平面间的相对角度关系，准确定位片状桁架安装位置，如图3所示。图3片状桁架间角度值5.3.2吊点位置的选择及稳定性计算（1）吊点位置的选择。吊点位置的确定主要根据片状桁架的结构形式和重心位置决定，钢构件通常设置2个或3个吊装点，并在起吊过程中保证结构在自重作用下保持平衡，考虑吊装过程中的稳定性，一般吊绳与被吊构件角度为30°~60°，本片状桁架吊装夹角为45°左右，如图4所示。（2）吊点位置稳定性计算。通过使用Tekla软件计算出片状桁架的重量、重心位置，以此确定吊装点的位置。利用MidasGen建模模拟片状桁架吊装过程，通过吊装过程模拟验算可知，片状桁架结构本身在3个吊点下起吊时均无杆件超应力及失稳，结构安全。5.3.3钢丝绳的选择钢丝绳最小破断拉力计算公式：本工程主要采用6mm×37mm型号钢丝绳，最小破断拉力系数为0.356，抗拉强度均取1570MPa。本项目片状桁架吊装最重为15t，采用三点式吊装，吊装角度为45°。钢丝绳取2根，塔式起重机起重系数取1.1。F=15000kg×10N/kg=150kN，F1=（150kN/3）×1.1=55kN。[Fg]=55kN/cos45°=77.78kN。根据公式[Fg]=aFg/K（3）其中，[Fg]为钢丝绳的允许拉力；a为换算系数，本工程使用适合于制作吊索、起重绑绳的钢丝绳，故a取0.8；K为钢丝绳安全系数，K取8；Fg为钢丝绳的钢丝破断拉力总和。经计算，得出Fg=778kN。查表可得，选用36的钢丝绳（6mm×37mm），吊装15t以内的钢梁。

6结束语

详细介绍了某商业广场空间网格结构钢雨篷施工3个方案对比的具体情况，综合对比后，选择了片状桁架吊装法，并对钢雨篷现场吊装、拼装措施进行优化，确保施工质量和施工安全，且提高了施工效率。项目经过对类似工程的反复研究和现场条件的全面分析，总结出了对于空间结构要求高的钢雨篷安装方法，希望本工程钢结构施工技术的应用，能为相似的钢雨篷安装施工提供参考和借鉴。

参考文献

[1]苏铠，王加林，杨国勇.南宁万达茂大跨度弧形倒三角管桁架施工方案比选及优化[J].中国建筑金属结构，2016（11）：62–67.

[2]李世伟.浅谈分片钢桁架高空原位对接安装技术[J].建筑知识：学术刊，2013（9）：341–349.

作者：郑明健 陶柏橙 杨鹏 康李军 单位：中国建筑第二工程局有限公司华南公司