焊接球网架提升二次受力转换施工技术

世界高铁大会会议中心钢结构屋盖网架为正放四角锥焊接球网架，结构水平投影长66.1m，宽52.8m，网架3600~4524mm，总重285t，网架最高点结构标高为37.700m；屋面网架支座球中心标高36.800m，屋盖距楼面约16.0m，采用液压整体同步提升工艺，提升过程中利用混凝土支座设置二次受力转换机构实现提升就位。

1??液压整体提升工艺特点

1.1??拼装方便，安全风险低

网架在结构面或地面位置拼装，网架拼装可与四周的混凝土结构施工同时进行，拼装由高处作业变为地面作业，安全系数高，焊接质量有保证，还可节约大量人工，加快施工速度；无需搭设大体积满堂脚手架平台，能有效利用场地，减少措施费用和降低安全风险。

1.2??提升过程中整体受力稳定

网架整体于楼、地面拼装完成后，依据网架单元受力计算结果，选取部分支座位置焊接临时杆件及吊点，并在对应的混凝土支座顶部设置二次受力转换机构，通过转换机构实现网架提升、静停、杆件嵌补、卸载及网架整体受力支座转换。

通过工况计算，支座转换前后网架结构均可形成整体稳定受力体系。

1.3??受力工况与设计一致

卸载完成后，拆除二次转换机构及临时提升杆件，焊接吊点处的后补杆件与支座球，通过设计模型计算吊点位置的支座承受的支座反力，使用液压千斤顶对支座球施加所需的预顶力，调校支座位置受力情况，使整体网架最终的受力工况与设计完全一致。

2??工艺原理

球型焊接网架液压整体同步提升的关键技术是吊点选取和二次转换机构设置，以及网架提升就位、卸载受力转换完成后个别支座的受力调校。

通过工况计算选取网架上临时焊接的提升吊点与上方混凝土结构面上的提升支座，若在非设计工况下个别杆件未通过受力验算，可对个别杆件进行替换增强，使网架在提升过程中及支座转换前后均处于整体稳定受力体系。

在选取的混凝土结构提升支座位置安装二次转换机构，通过转换机构实现网架提升、静停、杆件嵌补、卸载及网架整体受力支座转换。

支座转换完成后拆除临时提升杆件，嵌补剩余杆件环节，通过计算原设计工况下支座处受力，使用液压千斤顶回顶支座球，对支座球施加经设计复核的预顶力，再采用同厚度的钢板垫紧并焊接固定支座板和成品支座顶面的间隙，使卸载后的网架受力工况与设计完全一致。

3??施工工艺流程及操作要点

3.1??吊点选取

3.1.1??网架吊装点布置原则

（1）尽量在网架设计支座位置选取适当数量的吊装点，在网架提升时作为整体网架的受力点，计算整体网架跨中最大挠度不大于 L /200（ L 为网架跨度），吊装点作为支座时，计算全部杆件应力比不大于1，若杆件应力比不符合要求，需进行杆件替换。

（2）提升吊点以外的网架支座承托网架整体

时，也要求整体网架跨中最大挠度不大于 L /200，全部杆件应力比不大于1，若不满足还需调整吊点数量，或通过少量杆件替换补强以满足要求。

3.1.2??网架吊点的布置

根据屋盖网架结构特点与网架单元受力模拟分析，在网架两端设置提升吊点，共设8个吊点进行整体提升，吊点布置如图1所示。

3.1.3??提升工况下的施工模拟计算

本工程网架提升采用通用有限元分析软件SAP2000V14.1及同济大学3D3S软件进行模拟计算，共设8个提升吊点。

因提升工况与结构设计使用工况有所不同，需对结构进行提升工况分析，采用SAP2000和3D3S对结构进行模拟分析，按压弯杆件进行设计，在吊点处进行竖向约束+水平向弹簧约束，弹簧刚度取1.0× 10 ^–4 ?kN/mm（可忽略不计），荷载为结构自重（考虑杆件和球总重285t，马道、支托及吊顶主龙骨25t），自重放大系数取1.1（主要用于考虑节点及加劲板自重），验算结构强度荷载组合采用1.4（安全系数）×1.2（考虑不同步）×（永久荷载）； 验算变形采用1.0×（永久荷载）。

采用SAP2000模拟网架整体提升工况，可得结构主要的受力情况。

在提升工况下，网架跨中最大下挠约40?mm（满足规范要求 L /200=264?mm），吊点反力值最大约549?kN，68根结构杆件应力比不符合要求，需进行更换（图2）。

综上所述，通过更换68根杆件，在提升工况下，网架跨中最大下挠约39?mm（满足规范要求 L /200=264?mm），吊点反力值最大约557kN，杆件应力比在0.8以下，满足提升要求；更换前杆件总重3163kN，更换后杆件总重3180kN，增加17kN。采用3D3S软件对提升工况下的焊接球构造进行应力计算，结果表明原设计的截面能满足提升工况下的受力要求。

3.2??二次受力转换机构设置及提升装置选取

根据框架柱和网架的结构特点与网架单元受力演算模拟分析，设8个转换机构结构本身受力验算符合设计要求，满足现场提升条件（图3、图4）。

二次受力转换机构杆件参数见表1。

3.3??网架提升

为确保结构单元及主楼结构提升过程安全平稳，根据钢结构的特性，采用“吊点油压均衡，结构姿态调整，位移同步控制，分级卸载就位”的同步提升和卸载落位控制策略。

3.4??杆件嵌补与网架支座转换

3.4.1??杆件嵌补

网架提升就位后，作为吊点外的支座及连接构件安装就位。

3.4.2??网架支座转换

采用SAP2000软件模拟网架整体在提升吊点外的支座及连接杆已安装就位情况下，卸载8个临时提升吊点的工况，可得结构主要的受力情况。该工况下，网架跨中最大下挠约35.9mm（满足规范要求 L /200=264?mm），吊点反力值最大约420kN，结构杆件应力比均不大于1，满足要求。

网架结构提升至设计高度后，在吊点外的其他支座处安装杆件及支座。杆件及支座安装就位后，通过吊点同步逐级卸载达成网架支座转换。通过工况计算，支座转换前后网架结构均可形成整体稳定受力体系。

3.5 ??提升吊点拆除与吊点位置处预顶力施加

拆除二次受力转换机构、临时吊点及临时杆件，嵌补吊点处的杆件，通过结构设计受力模型计算支座处在设计工况下承受的支座反力作为向该支座处施加的预顶力，使用液压千斤顶回顶支座对支座球施加经设计复核的预顶力，再将支座板和成品支座顶面的间隙用同厚度的钢板垫紧并焊接固定，使完成后的网架受力工况与设计一致。

4??结束语

世界高铁大会会议中心网架的施工实践证明，对于中庭空间的钢网架楼盖吊装施工，采用网架支座二次受力转换整体提升技术简单实用，使用物料均属周转性物料，液压提升器可重复使用，每次使用时只需人工进行组装及提升操作，成本低。

在拼装网架的同时可进行周围混凝土结构支座施工及提升装置安装，提高工效，缩短工期。网架在地面上整体拼装，可避免高空作业，提高工效，缩短工期，保证质量，降低施工安全风险。所用机具均属工具化操作，简单易学，便于操作，稳定性好，具有推广价值。