組合安裝技術在大跨度及空間鋼結構工程中的應用

鐘信斌

（廈門中聯(lián)建設工程有限公司，福建 廈門 361006）

一.概述

隨著大跨度及空間鋼結構工程規(guī)模的日趨大型化、復雜化，施工方法也朝著集成化方向發(fā)展，多種不同的安裝方法在一個大型工程中組合應用日趨廣泛。

二.工程概況

廈門某飛機維修基地機庫工程建成后可滿足兩架B747客機進行維修。該機庫主要由鋼筋混凝土柱和鋼結構網(wǎng)架屋蓋兩大部分組成。第一部分為鋼筋混凝土柱，成n型布置，除H軸角柱截面為1.8m×1.8m;其余A軸～H軸均為1.8m×0.9m雙肢柱。第二部分為鋼結構網(wǎng)架屋蓋，為三層棋盤形四角錐網(wǎng)架與橫跨大門的鋼拱架形成的混合空間網(wǎng)架結構。大廳網(wǎng)架軸線間東西向長度161.6m，南北向寬度75m，在軸線內投影面積12120m2；網(wǎng)架總重量1334.038T，支承在32根鋼筋混凝土柱頂?shù)那蛐毋q支座上。網(wǎng)架網(wǎng)格為5m×5.05m，網(wǎng)架高度4m～7.78m；鋼拱架高度為17.98m，網(wǎng)架下弦標高27.00米；機庫大廳內網(wǎng)架及大門拱架采用鋼管結構，焊接空心球節(jié)點，個別采用焊接球加強節(jié)點;鋼管φ89×4.0m，空心球最大直徑800mm；支座采用橡膠支座，拱腳采用球鉸支座，柱帽部分采用北京交通大學專利產(chǎn)品球冠支座。

三.工程特點及難點

1、大廳網(wǎng)架跨度大，體量大，支承在呈n型分布的砼柱頂，大門161.6m跨度內無支承點。

2、大廳內工種復雜；總體工期短。

3、測量定位要求高，整個結構呈封閉，需嚴控累計誤差。

4、網(wǎng)架桿件數(shù)量多；拼裝時拱度和桿件二端方向性控制及管材節(jié)點 一級焊縫等要求高，施工難度大。

四.安裝技術方案比選

1、高空散裝法：需要搭設大規(guī)模的拼裝支撐體系，需大量的支撐材料，搭設時間長；高空作業(yè)多工期較長，并且需要占用建筑物內場地。

2、分塊（段）吊裝法：大部分的焊接和拼接工作在地面進行，有利于提高工程質量、減少高空作業(yè)量，加快施工進度，所需臨時支撐較少；并可以減少使用大型機械設備，節(jié)約費用。

3、滑移安裝法：利用在滑移起始端設置臨時高空拼裝平臺組裝成型或者在地面拼裝滑移單元后利用起重機吊至滑移軌道上再進行滑移拼裝。

通過綜合比較分析，在滿足質量、安全、進度和經(jīng)濟效果的要求下，結合網(wǎng)架受力和構造特點，考慮到節(jié)約施工成本和總體工期及場內外現(xiàn)場條件等因素最終確定：采用機械分塊吊裝法與滑移安裝法兩種技術組合實施；即先在地面拼裝小單元、然后分塊吊裝、移動網(wǎng)架腳手架與固定扣件式鋼管腳手架輔助高空拼裝的組合安裝技術。

五.總體施工技術路線

通過對結構的深入研究，結合現(xiàn)場條件和施工實力，選擇了如下的總體施工技術路線：

1、合理分段，將整個大廳網(wǎng)架結構分成四個自身穩(wěn)定的結構分段；

2、設置合理的臨時支撐體系；

3、分塊（段）吊裝、拼裝；

4、將每個拼裝成整體的單元結構滑移到位；

5、實施工程監(jiān)測與校正；

6、支撐輔助，卸載均衡，控制變形與監(jiān)測。

六.分塊吊裝、滑移安裝技術

1.臨時支撐系統(tǒng)

1.1 結合工程實際，合理地選擇和設計支撐結構；采用移動網(wǎng)架支撐與固定扣件式鋼管腳手架支撐作為網(wǎng)架鋼結構成型前的臨時支承依靠。

1.2 平面布設：四個網(wǎng)架式腳手架，分別設在4軸與11軸間；11軸與21軸 間；21軸與33軸間；33軸與40軸間；三道固定鋼管腳手架支撐設置在14、34軸外側及23軸；詳見臨時支撐體系平面圖（圖1）。

1.3 支撐體系設計

（1）網(wǎng)架式腳手架

1）運用MST2004空間結構分析設計軟件按永久結構要求進行設計，采用螺栓球節(jié)點型式，腳手架桿件和螺栓球經(jīng)工廠化加工、制作，現(xiàn)場安裝，詳見網(wǎng)架腳手架設計圖（圖-2）。

2）腳手架寬15m，高26.4m，以其頂層螺栓球為基礎，用槽鋼鋪設施工平臺，上鋪架板，在網(wǎng)架上弦球節(jié)點，設置管、板式臨時支撐鋼板，在其上設經(jīng)放線定位的8～16t螺旋千斤頂，用于安裝網(wǎng)架塊體時調整支承標高和滑移前與網(wǎng)架安裝支點脫離。

3）地面地耐力≥200kN/M2，滿足要求，故在土層上（標高-0.4m）鋪20mm厚鋼板，設置鋼軌，焊接牢固，形成滑移軌道；軌道直線度5mm/20m，水平度≤10mm。

（2）固定腳手架設計

1）采用φ48*3.5mm扣件式鋼管腳手架，14、34軸腳手架頂寬6米，底部放大為9m，23軸頂寬15m，底寬18m，高度26.4m垂直步距1.5m，縱橫向步距1.2m，詳見圖 1。

2）根據(jù)施工工況驗算結果計算，為滿足受力要求在安裝支點部位設多肢柱，斷面800*800mm。

3）網(wǎng)架上部各弦層安裝根據(jù)現(xiàn)場需要搭設臨時腳手架。

1.4 臨時支撐系統(tǒng)的卸載與拆除

大廳主體網(wǎng)架臨時支撐點共設195個，每道支撐區(qū)域拆除順序從中間向兩邊對稱小幅度多次降位，根據(jù)卸載方案嚴格實施；卸載后，由上至下，由人工拆除。

2.塊體制作

2.1 塊體制作在地面進行，為保證工期，設三個制作平臺。

2.2 配備一臺15t履帶吊和50t履帶吊進行塊體制作、出模、轉移和堆放。

2.3 塊體制作采用經(jīng)緯儀和鋼卷尺定點，水準儀測量標高，上下弦鋼球支點水平位置和標高誤差不超過±2mm。

2.4 塊體組裝順序：下弦球、下弦桿、上弦球、較粗桿件、斜腹桿、上弦桿；焊接次序從中間向兩邊進行，先下弦后上弦。

2.5 塊體焊接完成后進行外觀和焊縫質量檢驗，焊縫質量一級，采用超聲波探傷。

2.6 塊體出模后涂刷面漆一道，然后就位待安裝。 塊體制作允許偏差：長度±5mm，高和寬±2.0mm，對角線±3mm。

2.7 塊體制作和堆放按安裝次序進行，堆放平直，支墊牢固，防止變形沉降。

3.網(wǎng)架安裝

3.1 每段網(wǎng)架分7個單元完成高空拼裝。

3.2 選用1臺H3/36B和1臺FO/23B軌行式塔式起重機配合小跨進行塊體、構件吊裝，鋪設70m長、6m寬塔吊軌道。1臺QUY50履帶式起重機配合大跨度網(wǎng)架安裝補空，網(wǎng)架成型，支座固定 。

3.3 塊體吊裝就位后用1.5t倒鏈臨時固定，塊體間散裝桿件補空，逐單元安裝。

3.4 拼裝次序：從H軸向A軸進行；橫向單元安裝次序為跨中向兩邊進行；散裝桿件安裝次序為先下弦，后腹桿、再上弦。

3.5 塊體吊裝按四點綁扎，每個倒鏈上設安全繩，以防倒鏈滑脫和斷鏈。

3.6 塊體就位后，上端拉2個纜風繩臨時固定，桿件上下弦各安裝2根，固定可靠后纜風繩拆除。

3.7 邊緣塊體就位后，必須將支座臨時用電焊或螺孔卡子固定，以防支座位移。

3.8 每拼裝完成一個單元，驗收合格后方可滑移。

4.網(wǎng)架滑移

4.1 滑移牽引方式

（1）滑移軌道采用鋼軌和滾輪組合，下滑道在滑道基礎上和條形鋼板焊接固定。

（2）牽引設備采用5t手動倒鏈2臺，兩臺倒鏈型號相同，鋼絲繩統(tǒng)一為φ21mm（6×19+1）；滑輪組牽引點固定端固定在軌道上，反力由軌道承擔。

4.2 滑移計算

（1）網(wǎng)架腳手架及附加腳手架總重按70t計，Gok=700kN。

（2）滑移采用滾動摩擦，為了減少摩擦阻力，采取措施有：a、控制軌道不平度為±5mm；b、支座前下方倒角處理；c、滑軌表面充分涂抹黃油，起到潤滑作用；d、啟動時采用助推器，克服靜摩擦力。采用上述措施后，滾動凈摩擦系數(shù)取0.04，阻力系數(shù)取1.15，則需要總牽引力為：Ft=μ1×ξ×Gok=0.04×1.15×700=32.2kN

每條軌道上的牽引力為：F=Ft/2=32.2/2=16.1kN

（3）5T倒鏈可提供滑輪組拉力S=50kN，F(xiàn)b=S=50kN＞[16.1kN]

牽引設備所能提供的牽引力滿足腳手架滑移的需要。

4.3 滑移步驟與措施

（1）滑移前，所有千斤頂同步降落使網(wǎng)架與拼裝架脫離；滑移方向從H軸向A軸方向逐單元滑移，配合網(wǎng)架吊裝、補空安裝，滑移進程約65米。

（2）每次網(wǎng)架安裝、焊接完成，主次檁條安裝和補刷面漆完畢，降下千斤頂使網(wǎng)架和支承點離開一定距離，腳手架中部在地面的支承點松開，檢查無遺留問題，進入滑移作業(yè)。

（3）每單元滑移到位后，拼裝架上所有千斤頂升至設計標高，進行下一步單元拼裝。

（4）為保證滑移時兩側進程的同步協(xié)調，滑移設總指揮一人，分指揮2人，觀察員2人，用對講機聯(lián)系；滑移軌道側面標注進程刻度尺，控制滑移速度約為50mm/min，力求平穩(wěn)緩和，當不同步差＞30mm時，進行調整。

（5）每次滑移一個單元，每滑移單元終點設阻進器，防止超滑，距終點約1.0m時必須將不同歩差調到5mm以內。

（6）每次腳手架滑移到位，必須按規(guī)定拉設纜風繩穩(wěn)固。

七.測量監(jiān)測

1.腳手架四周設安裝支點控制樁。

2.安裝過程隨時監(jiān)測網(wǎng)架基礎的沉降及水平位移。

3.滑移過程對滑道水平、豎向位移進行監(jiān)測。

4.單元安裝完成后、總拼裝完成后均須測量網(wǎng)架擾度；擾度值不應超過設計值的1.15倍，擾度測量點在跨度方向設3點。

結語

通過不同安裝方法的綜合應用，成功地完成該工程大跨度及空間鋼結構的安裝：

最大限度地滿足了機庫內其他工種的交叉施工，保證了工程總體進度。有效減少大型設備的使用，節(jié)約機械費用，提高了作業(yè)效率，降低了施工成本。選擇了螺栓球節(jié)點網(wǎng)架，減少臨時支撐措施用鋼，節(jié)約了成本和資源。

鋼結構工程質量達到優(yōu)良。

同時尚需注意的問題有

臨時支撐體系的可靠性，須進行必要的驗算并組織專家論證。臨時支撐體系的卸載順序應事先設計、卸載過程應進行變形監(jiān)測和內力監(jiān)測。

[1]吳欣之.現(xiàn)代建筑鋼結構安裝技術[M].北京:中國電力出版社.2009.

[2]JGJ7-91.網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程[S].

[3].GB50205-2001.鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范[S].