大跨度鋼屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

李 祥 盧彩霞

1.常州第一建筑集團(tuán)有限公司 常州 213000；2.常州鋼構(gòu)建設(shè)工程有限公司 常州 213000

1 工程概況

1.1 工程簡介

蘇州國家電器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心3#電機(jī)測試車間為實驗用房，建筑為地上單層，最大高度72.10 m，建筑面積8 333 m2。屋蓋設(shè)計采用焊接球和螺栓球混合型節(jié)點網(wǎng)架，橫向跨度66 m，平均結(jié)構(gòu)矢高5.20 m。上部屋蓋網(wǎng)架下弦連接有1臺32 t和2臺5 t懸掛吊車，在結(jié)構(gòu)標(biāo)高54 m處設(shè)置有網(wǎng)架平臺。上下2塊網(wǎng)架采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力拉索連接。網(wǎng)架平臺鋪設(shè)鋼筋桁架樓承板，并澆筑混凝土（圖1）。

圖1 結(jié)構(gòu)剖面示意

1.2 方案選擇

本工程安裝高度大，頂部高度達(dá)72.10 m，周邊空間狹窄，大型起重設(shè)備無法進(jìn)場施工。如果采用常規(guī)的安裝方法需要搭設(shè)大量腳手架平臺，不但高空組裝、焊接工作量巨大，而且存在較大的質(zhì)量、安全風(fēng)險，施工的難度較大，并且對整個工程的施工工期會有很大的影響，方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較差。經(jīng)過比較，最終采用分塊拼裝后整體提升的施工方案。先將鋼屋蓋結(jié)構(gòu)在地面拼裝成整體后，利用超大型液壓同步提升施工技術(shù)將其提升到預(yù)定的位置，待下部結(jié)構(gòu)組裝完成后，一起提升至設(shè)計標(biāo)高。

2 工藝流程

2.1 施工技術(shù)準(zhǔn)備

提升前，應(yīng)針對提升作業(yè)編制施工方案及相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，并對提升結(jié)構(gòu)和支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工驗算、加固和驗收。本工程的整個吊裝過程采用SAP2000三維通用結(jié)構(gòu)分析設(shè)計程序和浙江大學(xué)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分析設(shè)計軟件MSTCAD進(jìn)行過程模擬。整個結(jié)構(gòu)面積較大，為了加快施工進(jìn)度，安裝時采用分塊施工（圖2）[1,2]。

圖2 分塊布置示意

1）荷載要求：網(wǎng)架提升時考慮自身結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和部分次結(jié)構(gòu)質(zhì)量。次結(jié)構(gòu)質(zhì)量主要包含上部檢修馬道、屋面支托、屋面檁條、吊掛噴淋管道和吊車軌道質(zhì)量等。

2）吊裝時參照規(guī)范要求采用液壓千斤頂和鋼絞線提升，考慮動力系數(shù)1.20。

3）網(wǎng)架分塊提升過程主要考慮以下幾種主要工況：

（1）上部網(wǎng)架提升區(qū)域一提升的整個過程；

（2）上部網(wǎng)架提升區(qū)域二提升至預(yù)定高度的過程；

（3）上部網(wǎng)架提升區(qū)域二和下部網(wǎng)架串聯(lián)后提升的過程；

（4）上部網(wǎng)架提升區(qū)域三提升至預(yù)定高度的過程；

（5）上部網(wǎng)架提升區(qū)域三和下部網(wǎng)架串聯(lián)后提升的過程。

4）經(jīng)過驗算，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件需要替換和加固。

5）在吊裝過程中，嚴(yán)禁在主要受力構(gòu)件上焊接[3,4]。

2.2 提升過程

2.2.1 安裝柱頂提升平臺

在混凝土柱頂設(shè)置平臺埋件，安裝平臺并放置提升設(shè)備，穿鋼絞線并與下吊點的提升地錨連接。地錨安裝時，用L形壓板將地錨固定于下吊點焊接球下方（每個地錨用3塊壓板固定），并留有一定空隙，使地錨可沿圓周方向自由轉(zhuǎn)動，鋼絞線與孔壁不能碰擦；地面拼裝時，需保證焊接球底面距拼裝地面或者下方桿件至少有高600 mm的凈空高度，以方便安裝地錨。

2.2.2 地面拼裝上部網(wǎng)架

在地面上鋪設(shè)簡易胎架，按照設(shè)計給定的球節(jié)點中心坐標(biāo)放線后拼裝網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和其他附屬結(jié)構(gòu)。附屬結(jié)構(gòu)需要考慮因網(wǎng)架撓度變化而產(chǎn)生的變形。

2.2.3 空中懸停

被提升結(jié)構(gòu)脫離胎架后應(yīng)作短暫的空中懸停，懸停期間對整體提升支承結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形、提升點的位移、提升點的反力、提升設(shè)備、纜風(fēng)繩拉力和基礎(chǔ)沉降等進(jìn)行檢查和檢測，符合要求后方可繼續(xù)提升。被提升結(jié)構(gòu)應(yīng)懸空停留2～24 h，待變形穩(wěn)定后再繼續(xù)提升。

2.2.4 提升上部網(wǎng)架

同步提升網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提升過程中隨時監(jiān)測各提升設(shè)備并觀察網(wǎng)架的變形情況。整個提升過程需要做到各提升點互相同步。提升過程中采用全站儀對網(wǎng)架進(jìn)行高度和高差的監(jiān)測，并進(jìn)行實時調(diào)整。提升點的靜載或高差出現(xiàn)異常情況時，應(yīng)立即停止提升，檢查并排除問題后再提升。

2.2.5 連接下部網(wǎng)架

上部網(wǎng)架同步提升至標(biāo)高10 m左右時，將提升器鎖緊。地面拼裝下部平臺網(wǎng)架，通過預(yù)應(yīng)力索和臨時吊索與上部屋面網(wǎng)架連接。調(diào)整預(yù)應(yīng)力索，開始提升下部網(wǎng)架。提升過程中應(yīng)特別注意和調(diào)控下部網(wǎng)架的傾斜度。施工時，采取增設(shè)水平限位裝置、上下網(wǎng)架間增設(shè)斜撐等措施來保證下部網(wǎng)架的水平位移在可控范圍內(nèi)。

2.2.6 共同提升至預(yù)定高度

同步提升屋面網(wǎng)架（連同下部平臺網(wǎng)架）至設(shè)計高度。吊裝時注意各個吊點的同步施工，如發(fā)生較大偏差，應(yīng)及時停止并調(diào)整。

2.2.7 補(bǔ)齊周邊后補(bǔ)桿件、支座等網(wǎng)架構(gòu)件

在整個提升過程結(jié)束后，應(yīng)測量各分塊網(wǎng)架的施工誤差值，經(jīng)糾偏后，再補(bǔ)齊中間和邊緣空缺的構(gòu)件。

2.2.8 卸載并檢查

提升器同步卸載，使網(wǎng)架荷載由提升平臺轉(zhuǎn)移至立柱上。調(diào)整預(yù)應(yīng)力索的張力，使下部網(wǎng)架均勻受力。按照設(shè)計給定的位置檢測現(xiàn)有撓度值是否在允許范圍內(nèi)。下部平臺網(wǎng)架的上弦層設(shè)有6個撓度控制點，各控制點的撓度位移值控制在-10～10 mm以內(nèi)[5,6]。

2.2.9 拆除臨時構(gòu)件

在安裝工作結(jié)束后，按照預(yù)先制定的拆除方案拆除提升支架、臨時加固桿件、提升器、提升平臺等設(shè)施和設(shè)備。

3 提升吊點

為避免鋼絞線與網(wǎng)架內(nèi)桿件相碰，提升下吊點設(shè)置在網(wǎng)架空當(dāng)內(nèi)，通過3根臨時桿件連接到網(wǎng)架焊接球部位（圖3、圖4）。

圖3 提升吊點示意

圖4 吊點焊接球示意

4 提升控制系統(tǒng)

4.1 提升同步控制策略

控制系統(tǒng)根據(jù)一定的控制策略和算法實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)單元整體提升（下降）的姿態(tài)控制和荷載控制。在提升（下降）過程中，從保證結(jié)構(gòu)吊裝安全角度來看，應(yīng)滿足以下要求：

1）應(yīng)盡量保證各個提升吊點的液壓提升設(shè)備配置系數(shù)基本一致；

2）應(yīng)保證提升（下降）結(jié)構(gòu)的空中穩(wěn)定，以便提升單元結(jié)構(gòu)能正確就位，也即要求各個吊點在上升或下降過程中能夠保持一定的同步性[7,8]。

4.2 提升設(shè)備

根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況配置提升設(shè)備，主要配置TLJ-600型和TLJ-2000型提升器，TLJ-600提升器額定提升能力為600 kN，配置4根φ17.80 mm的鋼絞線，TLJ-2000型提升器額定提升能力為2 000 kN，滿配可配置12根φ17.80 mm的鋼絞線，單根鋼絞線破斷拉力為360 kN（實際施工時需根據(jù)吊點反力來配置鋼絞線數(shù)量）。

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

4.3 控制系統(tǒng)

液壓同步提升施工技術(shù)采用行程及位移傳感監(jiān)測和計算機(jī)控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動實現(xiàn)同步動作、負(fù)載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。操作人員可在中央控制室通過液壓同步計算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面進(jìn)行液壓提升過程及相關(guān)數(shù)據(jù)的觀察和控制指令的發(fā)布。同步控制系統(tǒng)是在總結(jié)以往多次工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的新一代液壓同步控制系統(tǒng)。它采用導(dǎo)電塑料傳感器、油壓傳感器和高精度比例傳感器等國內(nèi)外最先進(jìn)的傳感技術(shù)，并結(jié)合計算機(jī)實現(xiàn)了全自動監(jiān)測和控制。利用導(dǎo)電塑料傳感器監(jiān)測油缸行程，其精度可達(dá)到0.10 mm，遠(yuǎn)超過以往四位觸點油缸傳感器；油壓傳感器即時反映主油缸A腔的壓力，具有可靠性高、壽命長、精度高等優(yōu)點；高精度比例傳感器反映構(gòu)件的提升位移，其精度可達(dá)到1 mm。計算機(jī)通過高精度傳感器不斷采集油缸、構(gòu)件信號，從而有效地控制頂升器各點的位移，特別是高精度比例傳感器的使用，實現(xiàn)了液壓提升控制技術(shù)的大閉環(huán)控制體系。本工程中配置1套TLCS 11.2型計算機(jī)同步控制系統(tǒng)[9,10]。

5 結(jié)語

1）提升驗算時，需注意整個提升結(jié)構(gòu)與周邊結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，避免結(jié)構(gòu)提升過程中的互相沖突。

2）提升支架設(shè)計時應(yīng)考慮盡量簡潔，并留有一定的強(qiáng)度裕度，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的局部不同步所引起的吊點反力偏差。

3）連接上下部結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力拉索應(yīng)充分考慮上部和下部結(jié)構(gòu)的撓度差，并留有一定長度的調(diào)節(jié)余地。

4）被提升結(jié)構(gòu)提升點的位置應(yīng)對應(yīng)位于提升點的垂直下方，水平誤差按1/1000控制，且不大于30 mm。

5）吊裝時，如果將網(wǎng)架與下部軌道一同吊裝，則其與軌道的連接節(jié)點應(yīng)特別處理。建議將軌道頂面連接開孔改為長圓孔，使長度滿足水平自由伸縮，以避免網(wǎng)架與軌道協(xié)同受力，如不滿足要求，則可能導(dǎo)致網(wǎng)架上弦桿件附加壓應(yīng)力過大后失穩(wěn)。

6）吊裝時，注意下部結(jié)構(gòu)的重心位置，調(diào)整拉索型號和布置位置，避免出現(xiàn)嚴(yán)重偏心和傾覆。

7）吊裝過程中，結(jié)構(gòu)處于受力狀態(tài)，嚴(yán)禁在主要受力構(gòu)件上進(jìn)行焊接作業(yè)。