带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法适用范围

《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》适用于带金属装饰网架的球体网壳结构的施工。该工法对于复杂曲面网壳结构施工也具有参考意义。

带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法工艺原理

《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》的工艺原理叙述如下：

1、球体网壳内圈钢结构采用的是钢构件作为整个的球体的受力体系，外圈的球形网架采用圆钢管加空心球利用钢支架连接到内圈上，外圈纯粹装饰性体系，中圈在支座之间连接钢构件作为铝单板的固定龙骨。（见图1）

2、任何一个球面如果把它水平投影，沿半径方向划分为几个球带，沿球面圆周等分后每环带所得的单元体是相等的，来作为电脑精确放样的依据。

3、无论是外圈的高空组焊，还是中心圈的地面组焊，都以小单元为单元体，因此只要提高小单元预制精度，确保其几何尺寸，就能保证组焊后的网壳整体各球节点坐标。

4、关于三维空间控制原理，对于球面体，地面圆心控制点是关键，可把原设计的坐标换算成极坐标，对球面径向每个球节点要满足球面方程式（1），对于纬向环状球节点要满足圆的方程式（2）。

（1）

（2）

5、该工法以严格的工程测量为依据，先把球体网壳的球心位置确定出来，以球心点为基准点，外圈带金属装饰网架、内圈球体网壳结构为同心球，对内圈的整体网壳钢构件进行放线分析、组合安装，外圈装饰性网架根据内圈进行安装即可。而铝单板则根据等内圈的钢构安装完成后放线，确定每块铝单板的尺寸，成批下单。

带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法施工工艺

• 工艺流程

《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》的工艺流程叙述如下：（见图2）

• 操作要点

《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》的操作要点如下：

施工图纸深化设计。

图纸深化前，测量员必须配合设计师进行现场复核，检查屋架施工偏差，发现问题，及时解决。

球心位置的确定

根据土建轴线以及标高先放线确定该球体网架的球心位置，以球心为基准点，放线确定沿轴线的前后左右上下的顶点位置。（见图3）

内圈网壳结构的安装

1、节点的三维空间定位测量

1）通过计算机建立球体空间理论模型，在进行节点和杆件空间三维定位，将节点和杆件垂直投影到水平面上的同时将节点中心三维坐标（X、Y、Z）分解为平面二维和高程（Z），通过计算机计算出节点和杆件的坐标、标高。

2）采用全站仪自动测量对节点中心进行平面定位：在球心的平面投影点架设全站仪，后视另一控制点，将控制点坐标、放样点坐标等计算数据输入全站仪内存，调用全站仪内置程序自动计算控制点至各放样点的方位角、距离等测量数据，放出经线控制桩，同时在平面上弹出各个纬线在平面内投影的控制线

3）在各经线控制桩上架设全站仪，测出经线所在位置，利用搭设的脚手架增设钢管小立柱，使小立柱设在各个节点位置，并架设牢固。然后利用水准仪根据各球节点的标高和半径在小立柱上做好标记线。

4）利用计算机算出各个节点和杆件的空间三维坐标（X、Y、Z），将三维坐标输入全站仪，对节点和构件的位置进行校对。

2、杆件拼装

1）利用计算机三维理论空间模型，对杆件进行编号，将编号的料单发送至厂家进行加工。

2）要求厂家在加工杆件后按料单的节点和杆件编号直接标志在杆件上，以便日后安装。

3）在节点和杆件安装前，按照编号节点和杆件进行安装，保证节点和杆件一一对应安装。3.脚手架搭设在网壳结构的建筑平面上，用水平投影法将网壳各节点位置实样放好，根据脚手架搭设施工图进行搭设，脚手架采用48钢管搭设。为架设的小立柱在测量节点的时有一定范围的调节余地，每根立柱上部搭接段小钢管来实现放样时标高和方位的调整。

4、定位调节采用3中提到的在每根立柱上部搭接段小钢管来实现放样时标高和方位的调整。

5、构件吊装将拼装成型的纬线构件分层用吊装机械调至网壳所处的空间位置。根据网壳的特点，为减少构件在吊装时的变形，经过计算确定吊装的吊点，架设全站仪和水准仪根据标高和半径观测每一个节点的位置的准确性。经检测各节点位置准确后，吊装下一层纬线构件，进行点固焊和成型焊，焊缝必须符合设计要求。

6、杆件安装

横杆、斜杆的安装采用高空散装法施工。横杆、斜杆的安装顺序从下往上，即一圈顺时针方向，上一圈逆时针方向，循序渐进，待二圈或三圈横杆和斜杆点固焊完成后，方可对最底一圈的横杆和斜杆进行焊接，以免变形引起误差。

7、焊接要求

1）点固焊定位。焊3—4点，点固焊长度一般5—25毫米，焊缝高3—5毫米。

2）成型焊接。为保证焊缝根部焊透和充分熔合，底层焊接采用多层施焊，从管底部向管顶部运弧，前半部分焊完接着焊后半部分。搭接长度为5—8毫米，接口处不得有夹渣、焊瘤。中间层焊接根据杆件的壁厚来确定，一般杆件壁厚在6—10毫米焊一道中间层，12毫米以上焊两道中间层。加面焊采用对接焊缝和贴脚相组合的焊缝形式，焊缝高度5毫米。焊缝要注意表面不存在咬肉缺陷并保证焊缝高度。

三维空间位置复测校核及误差消除

1）为保证杆件中心线准确通过节点中心，分别复测相邻节点的距离和高差。

①使用50m钢尺丈量相邻节点的相对距离，读数精确到毫米

②使用水准仪测量相邻节点的高差，读数精确到毫米

2）空间钢结构三维节点测量误差影响因素。

①误差累计。在测量过程中，由施工测量人员操作误差、测量仪器本身误差等误差源会传导和累积到定位点。

②钢结构焊接。钢结构焊接会引起钢结构构件的尺寸变化，进而产生误差。

③日照影响。太阳光的日照对钢结构构件会产生位移变化，产生误差。

④温差影响。由于钢构件随着温度变化而出现热胀冷缩现象，影响测量精度，产生误差。

3）误差的消除：

①固定测量操作人员和测量仪器，减小测量误差。

②测量仪器定期进行检测，减少测量仪器原因造成的误差。

③测量时间安排控制。安排好测量外业作业时间，尽量保证前后作业时间段的外界条件一样，如气温、气压、风力等。

④剩余误差处理。平面定位误差按照相邻节点和杆件的距离为权值大小进行分配消除，高程定位误差按照各节点之间的高差为权值大小进行分配消除。

4）放线要求。放线不采用墨斗弹线，应采用钢冲打点和钢针划线。

铝单板龙骨安装以及铝单板面板尺寸的确定

铝单板龙骨是依附在内圈钢网壳上，经过局部的放线，逐层的安装，下半球一经安装完毕，根据图纸尺寸校核铝单板的尺寸，确定无误后先行加工该部分铝单板，这样分批加工铝单板能提高铝单板的原板材裁板时的利用率，节约成本。

外圈网架的安装

1、外圈为圆钢的纯装饰性网架结构，先放线确定每个钢支架的位置，先焊接完再连接。

2、空心球空心球可以自制或定货。空心球的钢材宜采用国家标准《碳素结构钢》GB700—88规定的3号钢或国家标准《低合金结构钢技术条件》GB1591—88规定的16Mn钢，产品质量应符合行业标准《钢网架焊接球节点》JGJ75.2—91规定。

3、钢管杆件长度的计算根据设计图纸两球中心距，并考虑组对间隙和焊缝收缩量，计算钢管杆件加工长度（见图4）

4）钢管杆件长度计算公式如下：

式中 L——为两球设计中心距。

L1——钢管件加工长度。

R——空心球外圈半径。

a——钢管杆件内直径。

b——每道焊口组对间隙。

c——每道焊口焊缝收缩量（其值通过试验确定）。

5、钢管杆件的下料加工

焊接球节点的钢管杆件宜采用车床下料并车制坡口，杆件长度允许偏差为±1毫米。

钢管的焊接

钢管的焊接拼装应选择合理的焊接工艺顺序以减少焊接变形和焊接应力。焊接完后进行下道工序。

六、铝单板的安装

放线

在第四项里一经确定了铝单板的放线，对隐蔽部分的钢结构做防锈处理，安装骨架位置准确，结合牢固。安装完检查中心线、表面标高等。为了保证板的安装精度，宜用经纬仪对横梁竖框杆件进行贯通。对变截面处等进行妥善处理，使其满足使用要求。请现场监理做隐蔽工程的验收。

2、安装铝单板铝板的安装固定要牢固可靠，简便易行。

1）板与板之间的间隙要进行内部处理，使其平整、光滑。

2）铝板安装完毕，在易于被污染的部位，用塑料薄膜或其他材料覆盖保护。

3、铝单板胶缝处理打胶之前，铝单板缝处要进行清洗，对油性污垢用甲苯或丙酮进行清洗，对非油性污垢用异丙醇、水对半的混合溶剂清洗。在打胶过程中，要注意从上而下、先竖向后横向的顺序进行。打好的胶不得有外溢和毛刺的现象；对出现气泡、空心、断缝、表面严重裂纹的胶缝需切除清理后补胶。

劳动力组织

劳动力组织情况（见表1）

《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》所用的材料及设备明细如下：（见表2）。

《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》的工法特点是：

1、带金属装饰网架的球体网壳结构存在变形较小，但对钢构件、铝单板加工以及安装精度要求较高。

2、内圈外侧为铝单板饰面，附在内圈网壳结构上的铝单板钢龙骨采用钢方管，以便铝单板的固定，对铝单板的尺寸的下单精度要求较高。

3、下半球部位钢构安装完时，通过对下半球的铝单板饰面尺寸进行现场实测与空间理论模型相结合，将数据处理和信息反馈及时应用于施工，利用监控量测指导施工，动态修正施工方法，确保安装准确、快速。整理后发单给厂家，以便上半球钢构安装完成时，下半球铝板及时到场安装。

4、外饰铝单板系统既可拼图又可作曲面变化，充分体现了新材料、新技术在当代建筑装饰中的成功应用。

5、施工速度快、精度高。各种构件在工厂提前加工，运至现场装配作业。

6、施工工艺先进、可操作性强、工序衔接紧密，工效高。

7、采用全站仪、水准仪、经纬仪，利用永久标志的定位点来控制节点的三维空间坐标。

1、随着中国经济的高速发展，城市发展的现代化，建筑成了城市的象征，而建筑师们的创新精神也得到了空前的发挥，每栋建筑都会有一个亮点。网壳的有次序的交错与铝单板混合搭配装饰越来越受到建筑师的青睐，工程施工承包单位联合业主、设计和监理单位通过实验和研究，取得了较好的成果。经过研究和应用，总结了一套成熟的带金属网架的球体网壳结构施工工艺，并形成了《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》。通过泉州市行政管理服务中心、广交会酒店幕墙工程、杭州湾跨海大桥海中平台改造工程幕墙工程等工程带金属装饰网架的球体网壳结构施工方案的实施和技术研究，施工过程中严格按工法组织施工作业和进行全过程质量控制，解决了带金属装饰网架的球体网壳结构施工中的一系列重要技术难题，不仅加快了工程进度，而且保证了施工质量、取得较好的经济效益的同时促进了建筑装饰施工技术的提高。

2、泉州市行政管理服务中心8号楼会议厅采用带金属装饰网架的球体网壳结构，它像一颗黄色宝石悬挂在内庭之中。该工程通过“2010年建设部科技示范工程”验收，包括该施工工法在内的施工技术整体达到国内领先水平，并通过2010年福建省“闽江杯”省优工程验收。

《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》的质量控制要求如下：

一、工程质量控制标准

1、施工质量控制

《网壳结构技术规程》JGJ61—2003、J258—2003。

《网架结构工程质量检验评定标准》JGJ78—91。

《钢结构工程施工质量验收标准》GB50205—2001。

《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81—2002。

《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133—2001。

2、网壳安装、支座支承面顶板、支座锚栓、焊接球加工、杆件加工允许偏差（见表至3表6）

二、质量保证措施

1、为保证工程顺利进行应组织一个强有力的项目经理部。组织所有施工人员，学习图纸、规范、规程和施工组织设计，领会设计意图质量要求、操作工艺等，并进行层层交底，发现问题，及时与有关单位协商解决。

2、对建设单位移交的测量控制点和高程，要认真复核，并办妥交接手续。

3、所有计量仪器、测量仪器按规定检验，超过使用期限的须经检测单位后方可使用。

4、脚手架应采取有力的措施防止错位、滑动。地面脚手架防止下沉，并及时调整活动支点。

5、焊工必须持证上岗，注明焊工的焊接内容的焊工资格证书或岗位证书施工前进行技术交底、现场考核。

6、铝单板所用的龙骨、连接件的材质、规格、安装位置、标高及连接方式应符合设计要求和产品的组合要求，龙骨架组装正确连接牢固，安装位置和整体安装符合图纸和设计要求。

7、铝单板面应做到曲面合理，表面平整曲面弧线流畅美观，拼缝顺直，分块分格宽度一致，顺直，拼接处平整，端头整齐，胶缝宽度应符合设计要求。

三、成品保护

1、成品堆放控制：应做到分类、分规格，堆放整齐、平直、下垫木；叠层堆放，上、下垫木；水平堆放，上下一致，防止变形损坏；侧向堆放，除垫木外加撑脚，防止倾覆。成品堆放地做好防霉、防污染、防锈蚀措施，成品上不让堆放其他物件。

2、成品运输：做到车厢清洁、干燥，装车高度、宽度、长度符合规定，堆放科学合理；超长构件成品，配置超长架进行运输。装卸车做到轻装轻卸，捆扎牢固，防止运输及装卸散落、损坏。

1）在拆、改装修架子时，注意架子回转要慢，不要碰到饰面上，架子的扣件不得乱扔，以免伤人和砸坏面板。

2）已完工的部位应设专人看管，遇有危害成品的行为应立即制止，对于造成成品损坏者应给予适当处理。

3）每一装饰面成活后，均按规定清理干净，进行成品质量保护工作。

4）严禁在装饰成品上涂写、敲击、刻划。5.架子拆除作业时注意防止钢管碰撞，脚手扳轻放。

《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》的效益分析如下：

1、该工法施工简单科学，施工速度快可以满足工期紧张的需要。

2、通过整体考虑成批下单，使铝单板开料的板材最大利用，严格的测量计算控制和工厂化生产，节省了材料费。

3、设计施工简单，安装精度高。

4、造型美观大方，成本造价较低，给整个工程带来亮点。

采用《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

1、工程负责人必须全面承担施工现场的安全责任，并签定《安全责任书》。

2、严格遵守有关劳动安全法规要求，加强施工安全管理和安全教育，严格执行各项安全生产规章制度。

3、施工班组必须定期每月接受一次安全教育，提高安全意识，必须坚持防火安全培训活动，坚持焊接、油漆等危险作业进行防火安全技术交底制度，及时消除火灾隐患。

4、按规范要求设置防火分区“严禁烟火”明显标志，配备足够数量的消防水桶、防火布、接火器等消防器材，消防立管架设到脚手架作业平台，施工现场一切消防设施、装置未经批准不得擅自移动、破坏。

5、严格遵守施工用火审批制度。焊接作业等动火前，要清除附近易燃物，配备看火人员和灭火用具，电焊机外壳、焊钳与把线必须接零接地绝缘良好。

6、施工层脚手架必须通过验收合格后方可上架作业。

7、不准在工程内、库房内调配油漆、稀料，并应设置消防器材和“严禁烟火”明显标志。

8、施工现场和仓库禁止吸烟，需要吸烟者应在指定专设有防火措施的吸烟室。

9、凡从事电焊作业的人员必须持特种作业上岗证，实行持证上岗，并应使用面罩或护目镜，配戴相应的劳保用品。

10、施工人员应配备安全帽、安全带、工具袋，防止人员及物件的坠落。

11、施工现场中各种危险设施、临边部位洞口都必须设置防护设施和明显的警告标志。

12、严禁高空抛物。运输吊顶材料时，下方应有专人看护，无关人员不得进入材料运输区。

《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》的应用实例如下：

工程概况

1、泉州市行政管理服务中心位于泉州市东海组团核心区北部，西邻泉州师范学院新校区，该工程地下1层，地上9层，总建筑面积为830172，建筑高度47.200米。屋面为钢结构屋架。7、8号楼分别为方形和球形会议室，球形会议室采用带金属装饰网架的球体网壳结构，它被4根大跨度预应力型钢混凝土梁托在空中，造型富有特色。它实现了建筑物内外环境和谐与交融，突出了建筑物与时俱进的现代化气息。

2、杭州湾跨海大桥海中平台改造项目平台部分，杭州湾跨海大桥位于浙江省境内，长江三角洲地区的东南部，北邻上海，南接宁波市，西有杭州市，东临舟山群岛。杭州湾跨海大桥海中平台改造项目位于杭州湾跨海大桥南航道桥以南约17千米下游150米，通过匝道桥与大桥主线连接。

3、广交会酒店幕墙工程总用地面积约10527.6平方米，总建筑面积304921平方米，位于广州市海珠区新港东路琶洲街PZB1402地块，位于新港东路以南、华南路以东、琶洲塔以西南，琶洲一、二期展馆对面；该配套设施地下2层，地上43层，其中裙楼5层，建筑总高度为198.800米；是一栋具饮食、娱乐及会议为一体的综合性高级酒店。

施工情况

以上工程采用本工法施工，在施工过程中，形成了一套行之有效的施工工艺，通过对每一步工序的研究、论证，最终解决了施工中的各种问题，在施工中充分应用电脑精确测量和放样技术，将测量误差分段消化，不得累计，保证了钢构件和铝单板的加工和安装精度，顺利完成安装任务。

工程评价

工程采用该工法施工，获得建设单位和监理单位的一致好评，大大地降低施工工期，节约施工成本，提高工程质量，确保施工过程中的安全性，经济效益、社会效益明显。

《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》的环保措施如下：

1、原材料、半成品堆放场地应平整、干净、牢固、干燥、排水通风良好、无污染，材料的包装袋、包装木箱不得随便遗弃，应统一外运至垃圾处理场。

2、在施工过程中对易受污染、破坏的成品、半成品标识“正在施工，注意保护”的标牌，现场的短小钢管余料、废旧油管不得随意丢弃，可回收资源，应充分回收，以节约资源。

3、将钢构施工中构件敲打的工作安排在白天进行，夜晚禁止一切发出较大声响的工作。减少夜间施工时间，避免夜间施工时灯光向工地以外的地方照射。夜间电焊施工时要进行遮挡，防止电弧光扰民。

4、涂料施工的余料、废旧材料不要随便遗弃，应由环保部门指定的单位回收，以免污染空气。

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009—2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《带金属装饰网架的球体网壳结构施工工法》被评定为2009—2010年度国家二级工法。 2100433B