大跨度網(wǎng)架整體提升技術的研究與應用

常州第一建筑集團有限公司 常州 213001

1 工程概況

新譽宇航股份有限公司飛艇庫全長101.50 m，跨度70.00 m，建筑高度45 m。飛艇庫結構為四肢鋼構柱網(wǎng)架結構，柱距15.00 m，其屋蓋采用2層正交正放網(wǎng)架，網(wǎng)架下弦標高中心線40.20 m，網(wǎng)格尺寸為5.00 m×5.00 m，網(wǎng)架厚度2.85～3.90 m，網(wǎng)架桿件截面均為圓鋼管，節(jié)點均為焊接空心球節(jié)點，支座均為平板支座。艇庫大廳鋼屋蓋結構質(zhì)量約900 t，整體提升高度40 m。飛艇庫實景如圖1所示。

2 施工總體思路

四肢鋼管格構柱在工廠分2段制作、預拼裝，運抵現(xiàn)場組裝成整體后吊裝。網(wǎng)架球、桿件在工廠內(nèi)制作、拼裝成小單元件，在現(xiàn)場地面胎架上從中間向四周拼裝成網(wǎng)架整體后，采用在柱頂安裝的16臺液壓提升器，通過上、下提升吊點，將網(wǎng)架整體提升至柱頂支座就位后，安裝支座周邊桿件，形成屋面網(wǎng)架整體，再安裝柱間支撐、圍護結構等。

總體施工流程為：鋼構件加工制作→車間內(nèi)拼裝單元網(wǎng)架→四肢鋼管格構柱現(xiàn)場拼、吊裝→現(xiàn)場制作網(wǎng)架拼裝胎具→單元網(wǎng)架現(xiàn)場拼裝成整體→網(wǎng)架驗收→提升支架設計、安裝→桿件替換、局部吊點加固→提升鋼絞線連接上、下吊點→液壓提升器配置→試提升、工況檢查→網(wǎng)架整體提升至設計位置→網(wǎng)架整體與柱頂支座就位→支座周邊桿件安裝，網(wǎng)架整體成型→同步、分級卸載，網(wǎng)架檢查→提升系統(tǒng)及臨時設施拆除→柱間支撐、屋面及墻面圍護系統(tǒng)等安裝。

3 施工工藝及關鍵施工技術

3.1 四肢鋼管格構柱安裝

1）鋼柱現(xiàn)場拼裝。四肢鋼管格構鋼柱分2段（29.95 m+11.75 m）運抵現(xiàn)場后進行拼裝。拼裝支架采用型鋼制作，支架上口畫端面定位線、中心線，作為鋼柱拼裝驗收的依據(jù)，并設置沉降觀測點，保證水平度為±1 mm。拼裝時要求50%的拼接節(jié)點避免在同一截面進行接口焊接，錯開拼接接口間距＞1 000 mm（圖2）。

圖1 飛艇庫實景

圖2 四肢格構鋼柱現(xiàn)場對接示意

2）鋼柱吊裝。四肢鋼管格構鋼柱整體吊裝采用1臺3 000 kN和1臺1 000 kN汽車吊，用旋轉法將鋼柱起吊，懸空4 m后暫停，隨后3 000 kN主吊機提升吊鉤、1 000 kN副吊機停止上升，面向內(nèi)側旋轉，使柱逐漸由水平轉至垂直安裝狀態(tài)，用3 000 kN汽車吊吊裝鋼柱與柱腳就位。為控制鋼柱安裝位置，在柱腳杯口混凝土中預留鋼板埋件，用于放置千斤頂，以調(diào)整柱腳位移。鋼柱就位后，縱向設置4個方向的鋼絲纜風繩，與地面夾角≥60°，以保證鋼柱整體穩(wěn)定（圖3、圖4）。

圖3 千斤頂調(diào)整柱腳位移示意

圖4 鋼絲纜風繩示意

3）柱間支撐安裝。由于鋼管格構柱的柱間支撐影響網(wǎng)架整體提升，因此，需待網(wǎng)架整體提升就位后，再用汽車吊進行吊裝。

3.2 屋面網(wǎng)架安裝

3.2.1 網(wǎng)架地面拼裝

1）拼裝胎具（圖5）?，F(xiàn)場拼裝地面應全部進行硬化，以滿足拼裝時的總體荷載要求。按照圖紙尺寸和軸線在地面測放下弦球平面控制網(wǎng)，交點即為球心的投影點。拼裝時網(wǎng)架球放在胎具鋼管頂部，為保證下弦球球心標高的一致性，鋼管的長度應根據(jù)球直徑、胎具頂部標高分別進行計算。

2）網(wǎng)架拼裝（圖6）。為加快進度，減少現(xiàn)場工作量，采用車間拼裝和現(xiàn)場拼裝相結合的方式，形成多點、多面流水作業(yè)，加快地面拼裝進度，控制安裝精度。網(wǎng)架結構在設計安裝位置正下方的地面拼裝胎具上，從中間向四周方向拼裝，以減少網(wǎng)架拼裝累計誤差。大跨度焊接球網(wǎng)架在地面組裝過程中應考慮起拱，起拱值通過計算得出。屋面檁條、吊車連接件、⑧軸處馬道和大門連接件、消防及動力管道等同步安裝[1-2]。

圖5 拼裝胎具

圖6 網(wǎng)架地面拼裝示意

3.2.2 提升吊點布置

1）提升吊點設計。結合本工程網(wǎng)架的結構特點，采用SAP2000三維通用結構分析設計程序和浙江大學空間網(wǎng)格結構分析設計軟件MSTCAD進行提升吊點設計和提升過程模擬，設計布置16個提升吊點，布置于軸、軸格構柱頂（圖7）。用MST軟件計算各吊點的反力，網(wǎng)架提升時各提升吊點反力值如表1所示。

2）桿件替換及加固。網(wǎng)架提升時受力情況應盡量與設計受力情況接近。通過分析提升吊點周邊桿件抽空后的工況，計算提升吊點支座反力、網(wǎng)架下弦豎向撓度及超應力桿件應力比，對網(wǎng)架桿件進行調(diào)整或臨時加固，并驗算臨時桿件與網(wǎng)架連接的節(jié)點強度和焊縫受力情況。軸、軸線原結構部分桿件（5 m×5 m范圍內(nèi)）待網(wǎng)架提升到位后安裝。

圖7 提升吊點布置示意

表1 各提升吊點反力值匯總

3）網(wǎng)架提升上吊點設置。根據(jù)對網(wǎng)架結構特點、各吊點提升反力值進行分析，提升上吊點通過在格構柱頂上設置格構式提升支架，提升梁前端開槽以便于提升器和鋼絞線的安裝和拆除，鋼絞線采取由上至下穿法。為保證提升到位后支座周邊桿件的預留位置，提升梁偏離提升支架中心軸線440 mm。

4）網(wǎng)架提升下吊點設置。提升下吊點與被提升結構相連，再通過提升專用地錨、鋼絞線與提升上吊點的液壓提升器相連，通過提升器的伸缸與縮缸過程反復作業(yè)，完成結構的提升工作。本工程下吊點均采用在提升上吊點正下方位置安裝臨時球結構方式，下吊點附近的原結構局部加固，此種吊點形式較為簡便，并減小對原結構本體的改變。同時，為預留提升到位后支座周邊桿件的安裝位置，下吊點與原結構主弦桿呈10°夾角（圖8）。

圖8 下吊點臨時球結構示意

5）上、下吊點必須保證其垂直度，允許誤差控制在-1～+1°范圍內(nèi)。地錨結構安裝在專用吊具的內(nèi)部，要求每套地錨與其正上方的液壓提升器、提升吊點結構開孔垂直對應、同心安裝。

3.2.3 液壓提升器配置

1）本工程屋面網(wǎng)架系統(tǒng)提升總質(zhì)量約900 t，共設置16個提升吊點，①軸、⑧軸每個吊點配置1臺TJJ-600型液壓提升器，共4臺，每臺額定提升能力600 kN，配置4根φ17.80 mm的鋼絞線；②軸～⑦軸每個吊點配置1臺TJJ-2000型液壓提升器，共12臺，每臺額定提升能力為2 000 kN，配置12根φ17.80 mm的鋼絞線，單根鋼絞線破斷拉力為360 kN（實際根據(jù)吊點反力配置鋼絞線數(shù)量）。

2）提升設備的使用裕度大于規(guī)程允許的1.25值，鋼絞線的安全系數(shù)均大于規(guī)程允許的2.50值，滿足施工要求。

3）液壓提升器為穿心式結構，中間穿鋼絞線，兩端設有主動錨具，利用楔形錨片的逆向運動自鎖性，卡緊鋼絞線向上提升。

3.2.4 試提升

1）提升前確認將要經(jīng)過的空間無任何障礙物、懸掛物，與提升結構無關的一切荷載全部去除，對網(wǎng)架結構、提升設施、提升設備系統(tǒng)進行觀察和監(jiān)測，確認符合模擬工況計算和設計條件，保證提升過程的安全。

2）以主體結構理論載荷為依據(jù)，各提升吊點處的提升設備進行分級加載，依次為20%、40%、60%、80%。確認各部分無異常的情況下，可繼續(xù)加載至90%、100%，直至網(wǎng)架結構全部離地。

3）每次分級加載后均應檢查相關受力點的結構狀態(tài)，通過全站儀跟蹤監(jiān)測網(wǎng)架結構的高差及下?lián)?，以便離地后進行調(diào)平，加載過程中各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均應做好完整記錄。

4）當分級加載至網(wǎng)架結構即將離開拼裝胎架時，可能存在各點不同時離地，此時應降低提升速度，并密切觀察各點離地情況，必要時做“單點動”提升。確保結構離地平穩(wěn)，各點同步。

5）分級加載完畢，結構提升離開拼裝胎架約50 mm后暫停，停留12 h做全面檢查，停留期間組織專業(yè)人員對提升支架、網(wǎng)架結構、提升吊具、連接部件、各提升設備進行專項檢查。

6）停留期完畢后，各專業(yè)組對檢查結果進行匯總，并經(jīng)審核確認無任何隱患和問題后，方可進行正式提升。

3.2.5 正式提升

1）屋蓋結構試提升檢查正常，開始正式提升。

2）在整個同步提升過程中應隨時檢查每1個吊點提升器受載均勻情況、上吊點提升架的整體穩(wěn)定情況、網(wǎng)架結構提升過程的整體穩(wěn)定性、計算機控制各吊點的同步性。

3）提升承重系統(tǒng)是提升工程的關鍵部件，重點檢查錨具，鋼絞線從提升器頂部穿出情況，主油缸及上、下錨具油缸，液壓鎖、軟管及管接頭，行程傳感器和錨具傳感器及其導線。

4）液壓動力系統(tǒng)監(jiān)視系統(tǒng)壓力變化情況，油路泄漏情況，油溫變化情況，油泵、電機、電磁閥線圈溫度變化情況，系統(tǒng)噪聲情況。

3.2.6 網(wǎng)架與支座就位

網(wǎng)架結構提升至設計標高附近（距離設計位置約1.00 m）后暫停，提升設備暫停、鎖定，微調(diào)各提升吊點，使吊點處主弦桿高度滿足與柱頂預裝支座對接的精度要求。

3.2.7 支座周邊桿件安裝

3.2.8 分級卸載并檢查

1）所有支座周邊桿件補裝完成后對網(wǎng)架進行同步、分級卸載，每一步分級卸載完畢，均應暫停卸載，檢查各項監(jiān)測的結構變化是否符合模擬分析。按照設計給定的位置檢測現(xiàn)有撓度值是否在允許范圍內(nèi)，各控制點撓度位移值不應超過現(xiàn)荷載條件下?lián)隙扔嬎阒档?.15倍，且控制在-10～+10 mm范圍內(nèi)[3-4]。

2）分級卸載直至網(wǎng)架結構荷載轉換至設計狀態(tài)后，拆除提升支架、臨時加固桿件、吊具點、提升器等設施和設備。拆除的結構嚴禁放置在網(wǎng)架結構上。

3）網(wǎng)架結構安裝完成后，應全部檢查質(zhì)量，重點檢查螺栓球節(jié)點部位、支座焊縫，質(zhì)量要符合設計及施工規(guī)范要求。

4 結語

大跨度網(wǎng)架整體提升技術與常規(guī)的散件高空散裝需要搭設大量的腳手架相比，可節(jié)省地面硬化、鋼管腳手架安拆費用共計約400萬元人民幣，同時也減少了高空組裝、高空焊接作業(yè)，降低了安全風險，提高了施工效率，施工安全、質(zhì)量、工期易于保證，取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，為類似工程的推廣和應用提供借鑒。