结构施工
大型悬空球壳网架安装技术
汤新泉
江苏南通六建建设集团有限公司 如皋 226500
摘要：大庆石油科技博物馆影（录）像厅为悬空球壳网架结构，由于施工空间狭小，故采用地面拼装与高空拼装累积提升相结合的安装技术，即先将悬空球壳网架的下半部在地面拼装后，借助固定于预应力钢梁上的手拉葫芦提升安装，在中间钢梁平台定位焊接，再以此作为球壳网架上半部高空拼装的操作平台，同样利用固定于上部的手拉葫芦累积提升，完成球壳网架上半部的安装。
关键词：悬空球壳网架 地面拼装 高空安装 累积提升中图分类号：TU32 文献标识码：B 文章编号：1004-1001(2014) 11-1245-03
Installation Technology for Large Suspended Spherical Shell Grid
Tang Xinquan
Jiangsu Nantong No. 6 Construction Group Co., Ltd. Rugao 226500
Abstract: Daqing Petroleum Technology Museum hall is a suspended spherical shell grid structure. Due to the narrow construction space, the installation technique of cumulative lifting combined with the ground assembly and the overhead assembly had been applied in which the lower half of the suspended spherical shell grid was initially assembled on the ground , then lifted and installed by the chain hoist which was fi xed to the prestressed steel beams, and fi nally tack-welded in the middle of the steel beam platform. Afterwards, on such platform, the upper half of the spherical shell grid was assembled and installed with the chain hoist which is fi xed to the upper part to complete the cumulative lifting.Keywords: suspended spherical shell grid ground assembly overhead assembly cumulative lifting Keywords:
大庆石油科技博物馆入口大厅上部为悬空球形影（录）像厅（图1），采用悬空球壳网架结构，气势宏伟。
1 工程概况
大庆石油科技博物馆入口大厅上方有一能容纳逾
100 人的悬空球壳网架影（录）像厅，由上、下2 个半球壳
网架组成，Φ13 964 mm，固定于建筑中间预应力钢结构平台梁上。网架钢管规格为Φ60 mm×3.5 mm、Φ114 mm× 4 mm，材质为Q235钢，螺栓球规格为WS100～WS180，材
质为45#钢，球壳网架的立面如图2所示。
图1 悬空球形影（录）像厅
我们根据悬空球壳网架结构特点，并考虑到施工现场空间狭小、吊车无法利用、现场搭设脚手架施工难度大、质量安全不易保证等困难，经过反复研究，研制了一种地面拼装与高空拼装累积提升相结合的安装工艺。实践结果表明，地面拼装与高空拼装累积提升相结合安装技术应用于悬空球壳网架安装，安全可靠，经济合理。
图2 影（录）像厅球壳网架结构立面
2 安装方案选择
由于中间平台梁及顶部钢管桁架屋面的影响，球壳网架无法采用地面拼装起重机械整体吊装的安装方法，若采用整体高空拼装则需搭设高度为25 m的脚手架，且由于是球体结构，脚手架搭拆难度大，施工精度和安全不易
作者简介：汤新泉（1968—），男，本科，高级工程师。通讯地址：江苏省如皋市解放路9号（226500）。收稿日期：2014-09-10
汤新泉: 大型悬空球壳网架安装技术
保证。经技术研究决定1,2：先将悬空球壳网架下半部在地面拼装后借助固定于预应力钢梁上的手拉葫芦整体提升安装；在中间钢梁平台定位焊接安装后，作为球壳网架上半部拼装的操作平台，由操作人员站立在中间钢梁平台上进行球壳网架的上半部拼装，每拼装完一圈，再利用固定于上部屋面钢桁架中心的手拉葫芦进行累积提升，直至完成球壳网架的全部安装。
上、下半球壳网架质量分别为1.98 t和1.95 t，经计算，采用100 kN手拉葫芦进行提升吊装，安全系数大于5，对手拉葫芦悬吊点处的预应力钢梁和屋面钢桁架进行受力和挠度变形验算，承载力满足要求，预应力钢梁中心的挠度变形为3 mm，屋面钢桁架中心的挠度变形为2 mm，结构安全。
[]
均匀设置6 点，在网架垫平后方可再进行下圈杆件的拼装作业。
4.3 支座定位
下半球壳起吊前，需先进行支座的定位作业。由于上、下半球壳的支座位置在水平投影方向重合，故可在平台梁上先将上半球壳支座定位，然后用上半球壳支座位置定位下半球壳支座位置。
支座的定位以钢梁G2-B 上翼缘面上的弧形梁圆心点为控制点，将全站仪支在该圆心控制点上，以钢梁G2-B 轴线为控制线，通过旋转角度和测量圆心到支座中心的距离可进行上支座的定位，然后根据此定位点用线坠及钢尺即可确定下半球壳支座的位置。
4.4 下半球壳安装
下半球壳支座定位后，先将下半球壳支座焊接到平台梁上。根据下半球壳的质量（1.95 t）及安装高度（距地面约17 m），故须在平台梁圆心控制点处悬挂相连的2 个链长12 m的100 kN手拉葫芦，如图4所示。
通过手拉葫芦的两次提升将下半球壳起吊就位，网架绑扎点为4 点，绑扎位置为球节点处，且均匀布置在第4圈球节点上。
3 施工防护与作业平台搭设
3.1 防护栏杆
施工前，首先需在预应力钢梁上焊接防护栏杆，此栏杆作为行走扶手和焊接作业时安全绳的悬挂点。
3.2 吊篮
在进行下半球壳支座固定焊接作业时，需要用吊篮作为操作人员作业的平台，吊篮的使用如图3所示。
4.5 上半球壳高空拼装累积提升
上半球壳的拼装顺序同下半球壳，也是从中心点开始逐圈拼装，但是自上而下进行，即将1 个100 kN手拉葫芦固定于其上钢管桁架屋面的中心圆盘上，每拼装完一圈后，用手拉葫芦将网架提升一定高度，再继续拼装下一圈杆件，以确保操作人员始终站在平台梁处的施工平台上进行
图3 吊篮使用示意
网架拼装作业。网架绑扎点亦为4 点，绑扎位置为球节点处，均匀布置在第4圈球节点上。其拼装如图5、图6所示。
3.3 施工平台
在提升下半球壳后，安装上半球壳前，需在中间钢结构平台梁上满铺钢跳板，以此作为上半球壳高空拼装的操作平台。要求钢跳板与平台梁要绑扎牢固，不得出现探头跳的情况。
4 安装方法[1-3]
4.1 安装顺序
下半球壳地面拼装→支座定位→下半球壳安装→搭设施工平台→上半球壳高空拼装累积提升
图4 下半球壳吊装示意
4.2 下半球壳地面拼装
下半球壳的拼装位置为球壳安装位置的正下方的地面上。
拼装顺序由中心向外圈逐圈拼装。每圈拼装结束后，即将该圈所有杆件拧紧，不拧紧不得进行下圈杆件的安装。在头3 圈拼装结束后，必须将网架垫平，垫点位置为球节点处，垫料优先选用木料，垫点布置为沿着环形方向
11图5 上半球壳拼装示意
汤新泉: 大型悬空球壳网架安装技术
地面拼装与高空拼装累积提升相结合的施工工艺，只需使用小型设备，就可完成悬空球壳网架的安装，解决了悬空球壳网架安装中空间狭小、现场吊车无法利用、现场搭设脚手架高空整体拼装施工难度大、质量安全不易保证等技术难题。
本次悬空球壳网架从进场开始，到安装结束，仅用
图6 上半球壳拼装施工场景
11 个工作日，与搭设脚手架高空整体拼装相比，降低施工
难度，加快施工速度，安装工期提前8 d，保证了安装精度
4.6 网架安装精度控制
该网架为螺栓球球壳网架，为了控制球节点空间坐标、标高，首先必须控制球、杆的制作精度。因为在制作螺栓球时，其上所钻螺栓孔的位置、角度已经将杆件拼装后的空间位置确定了，而杆件的长度加工精度则直接影响着螺栓球的空间坐标，所以控制球、杆的加工制作精度是控制球节点空间坐标、保证网架安装精度的关键措施。
和安全，节省脚手架钢管租赁费和搭拆费，取得直接经济效益约2 万元。
[1] 马明林. 大跨度网架高空累积滑移法安装应用技术[J ]. 建筑技术, 2007(9) :695-696.
[2] 赵志刚, 郝海飞, 阴文革. 大跨度球型网架结构高空拼装施工及吊
装技术[J ]. 科技信息,2013(9) :365-366,378.
5 结语
在悬空球壳网架安装中，我们打破常规，创新地采用
[3] 储治宇. 球形网架高空散件拼装滑移施工[J ]. 山东煤炭科技, 2001(3) :53,55-56.
（上接第1244页）
控制千斤顶实际张拉力。张拉过程统一指挥、协调管理。拉索张拉过程中停止张拉结构其他项目的施工。
工阶段，在径向梁和上环梁上监测的应力较小，径向梁应力增量大多在30 MPa以内，上环梁大多在20 MPa以内。
（c ）将张拉完毕时的磁通量EM 索力监测结果与设计张拉力进行对比，大多数拉索的实际预张力与设计值的相对误差在10%以内。
各测点的数据和变化曲线显示，结构应力与应变基本与设计吻合，被测结构处于良性受力状态。
3 施工监测[3]
预张力张拉过程是结构动态变化的过程，是结构从零状态向成形初始状态转变的过程。由于钢结构安装误差、拉索制作、安装和张拉误差、分析误差以及环境影响等原因，实际结构状态与分析模型存在差异，因此对预应力施工过程进行了监测。
4 结语
根据索桁式弦支结构的特点，采用“低空无应力组装， 空中牵引提升，高空分级同步张拉”的总体施工方法。对外环索采用低空组装同步提升，径向外斜索分两段进行提升；对内圈弦支结构在地面组装后整体提升；结构预应力的建立采用张拉内外径向索的方法，先分批分级同步张拉外斜索，再分批分级同步张拉内斜索。通过健康监测，验证了结构设计与施工的科学性与有效性。
[1] 李强, 陶炜, 李庆生, 等. 主题馆西馆126m 跨双索张弦桁架预应力
3.1 监测内容
对钢索内力采用磁通量、加速度传感器进行监测；对刚性构件（环梁及径向钢梁）应力采用应变传感器监测；对钢结构及索体表面温度采用气温测量仪、光纤光栅传感器监测。
3.2 监测结果
（a ）通过对张拉过程进行监测发现温度对索力的影响较大。温度对索力的影响规律明显，即温度下降索力增加，温度升高索力减小。索力的数值在张拉过程中呈波动但缓慢上升的特点。进入屋面板施工后，索力数值进一步呈增大趋势，波动现象仍然明显，但幅度没有张拉阶段大。总体上，索力变化与屋面板施工进程符合较好。
（b ）径向梁和上环梁的应力变化总体上较符合施工过程的结构受力变化规律。无论是张拉阶段还是屋面板施
拉索施工技术[J ]. 建筑施工,2009(9) :737-740. 建筑,2013(1) :35-39.
监测[J ]. 建筑施工,2014(6) :698-700.
[2] 叶身炉, 任兴, 常奇. 乐清体育场钢结构工程的施工技术[J ]. 浙江
[3] 黄啸蔚, 曾炜, 曹凌坚. 大型体育场月牙形索桁架预应力拉索施工
结构施工
大型悬空球壳网架安装技术
汤新泉
江苏南通六建建设集团有限公司 如皋 226500
摘要：大庆石油科技博物馆影（录）像厅为悬空球壳网架结构，由于施工空间狭小，故采用地面拼装与高空拼装累积提升相结合的安装技术，即先将悬空球壳网架的下半部在地面拼装后，借助固定于预应力钢梁上的手拉葫芦提升安装，在中间钢梁平台定位焊接，再以此作为球壳网架上半部高空拼装的操作平台，同样利用固定于上部的手拉葫芦累积提升，完成球壳网架上半部的安装。
关键词：悬空球壳网架 地面拼装 高空安装 累积提升中图分类号：TU32 文献标识码：B 文章编号：1004-1001(2014) 11-1245-03
Installation Technology for Large Suspended Spherical Shell Grid
Tang Xinquan
Jiangsu Nantong No. 6 Construction Group Co., Ltd. Rugao 226500
Abstract: Daqing Petroleum Technology Museum hall is a suspended spherical shell grid structure. Due to the narrow construction space, the installation technique of cumulative lifting combined with the ground assembly and the overhead assembly had been applied in which the lower half of the suspended spherical shell grid was initially assembled on the ground , then lifted and installed by the chain hoist which was fi xed to the prestressed steel beams, and fi nally tack-welded in the middle of the steel beam platform. Afterwards, on such platform, the upper half of the spherical shell grid was assembled and installed with the chain hoist which is fi xed to the upper part to complete the cumulative lifting.Keywords: suspended spherical shell grid ground assembly overhead assembly cumulative lifting Keywords:
大庆石油科技博物馆入口大厅上部为悬空球形影（录）像厅（图1），采用悬空球壳网架结构，气势宏伟。
1 工程概况
大庆石油科技博物馆入口大厅上方有一能容纳逾
100 人的悬空球壳网架影（录）像厅，由上、下2 个半球壳
网架组成，Φ13 964 mm，固定于建筑中间预应力钢结构平台梁上。网架钢管规格为Φ60 mm×3.5 mm、Φ114 mm× 4 mm，材质为Q235钢，螺栓球规格为WS100～WS180，材
质为45#钢，球壳网架的立面如图2所示。
图1 悬空球形影（录）像厅
我们根据悬空球壳网架结构特点，并考虑到施工现场空间狭小、吊车无法利用、现场搭设脚手架施工难度大、质量安全不易保证等困难，经过反复研究，研制了一种地面拼装与高空拼装累积提升相结合的安装工艺。实践结果表明，地面拼装与高空拼装累积提升相结合安装技术应用于悬空球壳网架安装，安全可靠，经济合理。
图2 影（录）像厅球壳网架结构立面
2 安装方案选择
由于中间平台梁及顶部钢管桁架屋面的影响，球壳网架无法采用地面拼装起重机械整体吊装的安装方法，若采用整体高空拼装则需搭设高度为25 m的脚手架，且由于是球体结构，脚手架搭拆难度大，施工精度和安全不易
作者简介：汤新泉（1968—），男，本科，高级工程师。通讯地址：江苏省如皋市解放路9号（226500）。收稿日期：2014-09-10
汤新泉: 大型悬空球壳网架安装技术
保证。经技术研究决定1,2：先将悬空球壳网架下半部在地面拼装后借助固定于预应力钢梁上的手拉葫芦整体提升安装；在中间钢梁平台定位焊接安装后，作为球壳网架上半部拼装的操作平台，由操作人员站立在中间钢梁平台上进行球壳网架的上半部拼装，每拼装完一圈，再利用固定于上部屋面钢桁架中心的手拉葫芦进行累积提升，直至完成球壳网架的全部安装。
上、下半球壳网架质量分别为1.98 t和1.95 t，经计算，采用100 kN手拉葫芦进行提升吊装，安全系数大于5，对手拉葫芦悬吊点处的预应力钢梁和屋面钢桁架进行受力和挠度变形验算，承载力满足要求，预应力钢梁中心的挠度变形为3 mm，屋面钢桁架中心的挠度变形为2 mm，结构安全。
[]
均匀设置6 点，在网架垫平后方可再进行下圈杆件的拼装作业。
4.3 支座定位
下半球壳起吊前，需先进行支座的定位作业。由于上、下半球壳的支座位置在水平投影方向重合，故可在平台梁上先将上半球壳支座定位，然后用上半球壳支座位置定位下半球壳支座位置。
支座的定位以钢梁G2-B 上翼缘面上的弧形梁圆心点为控制点，将全站仪支在该圆心控制点上，以钢梁G2-B 轴线为控制线，通过旋转角度和测量圆心到支座中心的距离可进行上支座的定位，然后根据此定位点用线坠及钢尺即可确定下半球壳支座的位置。
4.4 下半球壳安装
下半球壳支座定位后，先将下半球壳支座焊接到平台梁上。根据下半球壳的质量（1.95 t）及安装高度（距地面约17 m），故须在平台梁圆心控制点处悬挂相连的2 个链长12 m的100 kN手拉葫芦，如图4所示。
通过手拉葫芦的两次提升将下半球壳起吊就位，网架绑扎点为4 点，绑扎位置为球节点处，且均匀布置在第4圈球节点上。
3 施工防护与作业平台搭设
3.1 防护栏杆
施工前，首先需在预应力钢梁上焊接防护栏杆，此栏杆作为行走扶手和焊接作业时安全绳的悬挂点。
3.2 吊篮
在进行下半球壳支座固定焊接作业时，需要用吊篮作为操作人员作业的平台，吊篮的使用如图3所示。
4.5 上半球壳高空拼装累积提升
上半球壳的拼装顺序同下半球壳，也是从中心点开始逐圈拼装，但是自上而下进行，即将1 个100 kN手拉葫芦固定于其上钢管桁架屋面的中心圆盘上，每拼装完一圈后，用手拉葫芦将网架提升一定高度，再继续拼装下一圈杆件，以确保操作人员始终站在平台梁处的施工平台上进行
图3 吊篮使用示意
网架拼装作业。网架绑扎点亦为4 点，绑扎位置为球节点处，均匀布置在第4圈球节点上。其拼装如图5、图6所示。
3.3 施工平台
在提升下半球壳后，安装上半球壳前，需在中间钢结构平台梁上满铺钢跳板，以此作为上半球壳高空拼装的操作平台。要求钢跳板与平台梁要绑扎牢固，不得出现探头跳的情况。
4 安装方法[1-3]
4.1 安装顺序
下半球壳地面拼装→支座定位→下半球壳安装→搭设施工平台→上半球壳高空拼装累积提升
图4 下半球壳吊装示意
4.2 下半球壳地面拼装
下半球壳的拼装位置为球壳安装位置的正下方的地面上。
拼装顺序由中心向外圈逐圈拼装。每圈拼装结束后，即将该圈所有杆件拧紧，不拧紧不得进行下圈杆件的安装。在头3 圈拼装结束后，必须将网架垫平，垫点位置为球节点处，垫料优先选用木料，垫点布置为沿着环形方向
11图5 上半球壳拼装示意
汤新泉: 大型悬空球壳网架安装技术
地面拼装与高空拼装累积提升相结合的施工工艺，只需使用小型设备，就可完成悬空球壳网架的安装，解决了悬空球壳网架安装中空间狭小、现场吊车无法利用、现场搭设脚手架高空整体拼装施工难度大、质量安全不易保证等技术难题。
本次悬空球壳网架从进场开始，到安装结束，仅用
图6 上半球壳拼装施工场景
11 个工作日，与搭设脚手架高空整体拼装相比，降低施工
难度，加快施工速度，安装工期提前8 d，保证了安装精度
4.6 网架安装精度控制
该网架为螺栓球球壳网架，为了控制球节点空间坐标、标高，首先必须控制球、杆的制作精度。因为在制作螺栓球时，其上所钻螺栓孔的位置、角度已经将杆件拼装后的空间位置确定了，而杆件的长度加工精度则直接影响着螺栓球的空间坐标，所以控制球、杆的加工制作精度是控制球节点空间坐标、保证网架安装精度的关键措施。
和安全，节省脚手架钢管租赁费和搭拆费，取得直接经济效益约2 万元。
[1] 马明林. 大跨度网架高空累积滑移法安装应用技术[J ]. 建筑技术, 2007(9) :695-696.
[2] 赵志刚, 郝海飞, 阴文革. 大跨度球型网架结构高空拼装施工及吊
装技术[J ]. 科技信息,2013(9) :365-366,378.
5 结语
在悬空球壳网架安装中，我们打破常规，创新地采用
[3] 储治宇. 球形网架高空散件拼装滑移施工[J ]. 山东煤炭科技, 2001(3) :53,55-56.
（上接第1244页）
控制千斤顶实际张拉力。张拉过程统一指挥、协调管理。拉索张拉过程中停止张拉结构其他项目的施工。
工阶段，在径向梁和上环梁上监测的应力较小，径向梁应力增量大多在30 MPa以内，上环梁大多在20 MPa以内。
（c ）将张拉完毕时的磁通量EM 索力监测结果与设计张拉力进行对比，大多数拉索的实际预张力与设计值的相对误差在10%以内。
各测点的数据和变化曲线显示，结构应力与应变基本与设计吻合，被测结构处于良性受力状态。
3 施工监测[3]
预张力张拉过程是结构动态变化的过程，是结构从零状态向成形初始状态转变的过程。由于钢结构安装误差、拉索制作、安装和张拉误差、分析误差以及环境影响等原因，实际结构状态与分析模型存在差异，因此对预应力施工过程进行了监测。
4 结语
根据索桁式弦支结构的特点，采用“低空无应力组装， 空中牵引提升，高空分级同步张拉”的总体施工方法。对外环索采用低空组装同步提升，径向外斜索分两段进行提升；对内圈弦支结构在地面组装后整体提升；结构预应力的建立采用张拉内外径向索的方法，先分批分级同步张拉外斜索，再分批分级同步张拉内斜索。通过健康监测，验证了结构设计与施工的科学性与有效性。
[1] 李强, 陶炜, 李庆生, 等. 主题馆西馆126m 跨双索张弦桁架预应力
3.1 监测内容
对钢索内力采用磁通量、加速度传感器进行监测；对刚性构件（环梁及径向钢梁）应力采用应变传感器监测；对钢结构及索体表面温度采用气温测量仪、光纤光栅传感器监测。
3.2 监测结果
（a ）通过对张拉过程进行监测发现温度对索力的影响较大。温度对索力的影响规律明显，即温度下降索力增加，温度升高索力减小。索力的数值在张拉过程中呈波动但缓慢上升的特点。进入屋面板施工后，索力数值进一步呈增大趋势，波动现象仍然明显，但幅度没有张拉阶段大。总体上，索力变化与屋面板施工进程符合较好。
（b ）径向梁和上环梁的应力变化总体上较符合施工过程的结构受力变化规律。无论是张拉阶段还是屋面板施
拉索施工技术[J ]. 建筑施工,2009(9) :737-740. 建筑,2013(1) :35-39.
监测[J ]. 建筑施工,2014(6) :698-700.
[2] 叶身炉, 任兴, 常奇. 乐清体育场钢结构工程的施工技术[J ]. 浙江
[3] 黄啸蔚, 曾炜, 曹凌坚. 大型体育场月牙形索桁架预应力拉索施工