組合安裝技術(shù)在大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

鐘信斌

（廈門中聯(lián)建設(shè)工程有限公司，福建 廈門 361006）

一.概述

隨著大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)工程規(guī)模的日趨大型化、復(fù)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(gè)大型工程中組合應(yīng)用日趨廣泛。

二.工程概況

廈門某飛機(jī)維修基地機(jī)庫工程建成后可滿足兩架B747客機(jī)進(jìn)行維修。該機(jī)庫主要由鋼筋混凝土柱和鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。大廳網(wǎng)架軸線間東西向長(zhǎng)度161.6m，南北向?qū)挾?5m，在軸線內(nèi)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(biāo)高27.00米；機(jī)庫大廳內(nèi)網(wǎng)架及大門拱架采用鋼管結(jié)構(gòu)，焊接空心球節(jié)點(diǎn)，個(gè)別采用焊接球加強(qiáng)節(jié)點(diǎn);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(xué)專利產(chǎn)品球冠支座。

三.工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

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(nèi)無支承點(diǎn)。

2、大廳內(nèi)工種復(fù)雜；總體工期短。

3、測(cè)量定位要求高，整個(gè)結(jié)構(gòu)呈封閉，需嚴(yán)控累計(jì)誤差。

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

四.安裝技術(shù)方案比選

1、高空散裝法：需要搭設(shè)大規(guī)模的拼裝支撐體系，需大量的支撐材料，搭設(shè)時(shí)間長(zhǎng)；高空作業(yè)多工期較長(zhǎng)，并且需要占用建筑物內(nèi)場(chǎng)地。

2、分塊（段）吊裝法：大部分的焊接和拼接工作在地面進(jìn)行，有利于提高工程質(zhì)量、減少高空作業(yè)量，加快施工進(jìn)度，所需臨時(shí)支撐較少；并可以減少使用大型機(jī)械設(shè)備，節(jié)約費(fèi)用。

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

通過綜合比較分析，在滿足質(zhì)量、安全、進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效果的要求下，結(jié)合網(wǎng)架受力和構(gòu)造特點(diǎn)，考慮到節(jié)約施工成本和總體工期及場(chǎng)內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)條件等因素最終確定：采用機(jī)械分塊吊裝法與滑移安裝法兩種技術(shù)組合實(shí)施；即先在地面拼裝小單元、然后分塊吊裝、移動(dòng)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(shù)。

五.總體施工技術(shù)路線

通過對(duì)結(jié)構(gòu)的深入研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件和施工實(shí)力，選擇了如下的總體施工技術(shù)路線：

1、合理分段，將整個(gè)大廳網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分成四個(gè)自身穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)分段；

2、設(shè)置合理的臨時(shí)支撐體系；

3、分塊（段）吊裝、拼裝；

4、將每個(gè)拼裝成整體的單元結(jié)構(gòu)滑移到位；

5、實(shí)施工程監(jiān)測(cè)與校正；

6、支撐輔助，卸載均衡，控制變形與監(jiān)測(cè)。

六.分塊吊裝、滑移安裝技術(shù)

1.臨時(shí)支撐系統(tǒng)

1.1 結(jié)合工程實(shí)際，合理地選擇和設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)；采用移動(dòng)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(jié)構(gòu)成型前的臨時(shí)支承依靠。

1.2 平面布設(shè)：四個(gè)網(wǎng)架式腳手架，分別設(shè)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(shè)置在14、34軸外側(cè)及23軸；詳見臨時(shí)支撐體系平面圖（圖1）。

1.3 支撐體系設(shè)計(jì)

（1）網(wǎng)架式腳手架

1）運(yùn)用MST2004空間結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)軟件按永久結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用螺栓球節(jié)點(diǎn)型式，腳手架桿件和螺栓球經(jīng)工廠化加工、制作，現(xiàn)場(chǎng)安裝，詳見網(wǎng)架腳手架設(shè)計(jì)圖（圖-2）。

2）腳手架寬15m，高26.4m，以其頂層螺栓球?yàn)榛A(chǔ)，用槽鋼鋪設(shè)施工平臺(tái)，上鋪架板，在網(wǎng)架上弦球節(jié)點(diǎn)，設(shè)置管、板式臨時(shí)支撐鋼板，在其上設(shè)經(jīng)放線定位的8～16t螺旋千斤頂，用于安裝網(wǎng)架塊體時(shí)調(diào)整支承標(biāo)高和滑移前與網(wǎng)架安裝支點(diǎn)脫離。

3）地面地耐力≥200kN/M2，滿足要求，故在土層上（標(biāo)高-0.4m）鋪20mm厚鋼板，設(shè)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(shè)計(jì)

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(yàn)算結(jié)果計(jì)算，為滿足受力要求在安裝支點(diǎn)部位設(shè)多肢柱，斷面800*800mm。

3）網(wǎng)架上部各弦層安裝根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要搭設(shè)臨時(shí)腳手架。

1.4 臨時(shí)支撐系統(tǒng)的卸載與拆除

大廳主體網(wǎng)架臨時(shí)支撐點(diǎn)共設(shè)195個(gè)，每道支撐區(qū)域拆除順序從中間向兩邊對(duì)稱小幅度多次降位，根據(jù)卸載方案嚴(yán)格實(shí)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(jìn)行，為保證工期，設(shè)三個(gè)制作平臺(tái)。

2.2 配備一臺(tái)15t履帶吊和50t履帶吊進(jìn)行塊體制作、出模、轉(zhuǎn)移和堆放。

2.3 塊體制作采用經(jīng)緯儀和鋼卷尺定點(diǎn)，水準(zhǔn)儀測(cè)量標(biāo)高，上下弦鋼球支點(diǎn)水平位置和標(biāo)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(jìn)行，先下弦后上弦。

2.5 塊體焊接完成后進(jìn)行外觀和焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)，焊縫質(zhì)量一級(jí)，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(zhǎng)度±5mm，高和寬±2.0mm，對(duì)角線±3mm。

2.7 塊體制作和堆放按安裝次序進(jìn)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(gè)單元完成高空拼裝。

3.2 選用1臺(tái)H3/36B和1臺(tái)FO/23B軌行式塔式起重機(jī)配合小跨進(jìn)行塊體、構(gòu)件吊裝，鋪設(shè)70m長(zhǎng)、6m寬塔吊軌道。1臺(tái)QUY50履帶式起重機(jī)配合大跨度網(wǎng)架安裝補(bǔ)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(shí)固定，塊體間散裝桿件補(bǔ)空，逐單元安裝。

3.4 拼裝次序：從H軸向A軸進(jìn)行；橫向單元安裝次序?yàn)榭缰邢騼蛇呥M(jìn)行；散裝桿件安裝次序?yàn)橄认孪遥蟾箺U、再上弦。

3.5 塊體吊裝按四點(diǎn)綁扎，每個(gè)倒鏈上設(shè)安全繩，以防倒鏈滑脫和斷鏈。

3.6 塊體就位后，上端拉2個(gè)纜風(fēng)繩臨時(shí)固定，桿件上下弦各安裝2根，固定可靠后纜風(fēng)繩拆除。

3.7 邊緣塊體就位后，必須將支座臨時(shí)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(gè)單元，驗(yàn)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(chǔ)上和條形鋼板焊接固定。

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

4.2 滑移計(jì)算

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

（2）滑移采用滾動(dòng)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(rùn)滑作用；d、啟動(dòng)時(shí)采用助推器，克服靜摩擦力。采用上述措施后，滾動(dòng)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(shè)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(bǔ)空安裝，滑移進(jìn)程約65米。

（2）每次網(wǎng)架安裝、焊接完成，主次檁條安裝和補(bǔ)刷面漆完畢，降下千斤頂使網(wǎng)架和支承點(diǎn)離開一定距離，腳手架中部在地面的支承點(diǎn)松開，檢查無遺留問題，進(jìn)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(shè)計(jì)標(biāo)高，進(jìn)行下一步單元拼裝。

（4）為保證滑移時(shí)兩側(cè)進(jìn)程的同步協(xié)調(diào)，滑移設(shè)總指揮一人，分指揮2人，觀察員2人，用對(duì)講機(jī)聯(lián)系；滑移軌道側(cè)面標(biāo)注進(jìn)程刻度尺，控制滑移速度約為50mm/min，力求平穩(wěn)緩和，當(dāng)不同步差＞30mm時(shí)，進(jìn)行調(diào)整。

（5）每次滑移一個(gè)單元，每滑移單元終點(diǎn)設(shè)阻進(jìn)器，防止超滑，距終點(diǎn)約1.0m時(shí)必須將不同歩差調(diào)到5mm以內(nèi)。

（6）每次腳手架滑移到位，必須按規(guī)定拉設(shè)纜風(fēng)繩穩(wěn)固。

七.測(cè)量監(jiān)測(cè)

1.腳手架四周設(shè)安裝支點(diǎn)控制樁。

2.安裝過程隨時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)架基礎(chǔ)的沉降及水平位移。

3.滑移過程對(duì)滑道水平、豎向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.單元安裝完成后、總拼裝完成后均須測(cè)量網(wǎng)架擾度；擾度值不應(yīng)超過設(shè)計(jì)值的1.15倍，擾度測(cè)量點(diǎn)在跨度方向設(shè)3點(diǎn)。

結(jié)語

通過不同安裝方法的綜合應(yīng)用，成功地完成該工程大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)的安裝：

最大限度地滿足了機(jī)庫內(nèi)其他工種的交叉施工，保證了工程總體進(jìn)度。有效減少大型設(shè)備的使用，節(jié)約機(jī)械費(fèi)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(diǎn)網(wǎng)架，減少臨時(shí)支撐措施用鋼，節(jié)約了成本和資源。

鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良。

同時(shí)尚需注意的問題有

臨時(shí)支撐體系的可靠性，須進(jìn)行必要的驗(yàn)算并組織專家論證。臨時(shí)支撐體系的卸載順序應(yīng)事先設(shè)計(jì)、卸載過程應(yīng)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)和內(nèi)力監(jiān)測(cè)。

[1]吳欣之.現(xiàn)代建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社.2009.

[2]JGJ7-91.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[S].

[3].GB50205-2001.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].