單層超大n型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)機庫施工技術(shù)

袁國平,王宇偉,郭振亮,蔣永揚

(浙江中南建設(shè)集團鋼結(jié)構(gòu)有限公司,浙江 杭州 310052)

隨著航空技術(shù)的進步，飛艇的使用進一步得到了人類的重視。飛艇庫屬于大跨度的機庫范疇,與一般的大跨度結(jié)構(gòu)相比具有跨度大，下部支承結(jié)構(gòu)高，且采用三邊支承的特點[1]。本文以一大型機庫的建造技術(shù)為例介紹一種機庫建造技術(shù)。

1 工程概況

1)某大型機庫空間模型見圖1；機庫總體由門頭、n型筒體、山墻三大部分組成,各部分均采用多層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；機庫長361.55 m，寬135.3 m，高122.55 m,主體結(jié)構(gòu)重11 530 261 kg，材質(zhì)均為Q345C；機庫主體建筑外部圍護采用輕質(zhì)金屬復(fù)合保溫板材。

圖1 機庫空間模型及組成圖

2)門頭由外門頭柱、內(nèi)門頭柱、門頭柱間支撐及門梁組成,其中門梁重357 338 kg,見圖1a)。

3)山墻采用豎向板狀三層網(wǎng)架結(jié)構(gòu),網(wǎng)架厚度為6 150 mm,見圖1c)。

4)n型筒體采用三層條形網(wǎng)架組成,條形網(wǎng)架之間通過五條縱向網(wǎng)架系桿連接。條形網(wǎng)架根據(jù)其寬度分為A、B兩類,條形網(wǎng)架A位于門頭處，其余為條形網(wǎng)架B,見圖2。n型筒體由上部半圓形網(wǎng)架屋蓋與下部鉛直網(wǎng)架墻體組成。

1-n型筒體網(wǎng)架屋蓋；2-n型筒體網(wǎng)架墻體；3-條形網(wǎng)架A;4-條形網(wǎng)架B；5-縱向網(wǎng)架系桿。圖2 n型筒體組成圖

5)標高42.700 m以下平面結(jié)構(gòu)布置見圖3。機庫基礎(chǔ)間距除門頭柱間支撐處為5 500 mm外,其余均為6 150 mm；n型筒體各條形網(wǎng)架之間的間隙距離均為6 150 mm。

1-外門頭柱；2-門頭柱間支撐；3-內(nèi)門頭柱;4-條形網(wǎng)架A；5、8-縱墻、山墻條形網(wǎng)架間隙； 6、7-縱墻、山墻條形網(wǎng)架B;9-基礎(chǔ)。圖3 標高42.700 m以下平面結(jié)構(gòu)布置圖

6)工程所在地環(huán)境：位于空曠干燥的戈壁灘，處于所在地風口位置,50年一遇風壓為0.6 kN/m2，10年一遇風壓為0.4 kN/m2。

2 施工建造難點

1)工程屬于超高單層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，采用常規(guī)設(shè)立臨時承重支撐架進行施工成本非常大,而且效率低，同時現(xiàn)有起重設(shè)備起升高度難以滿足要求。

2)高空安裝輕質(zhì)金屬屋面圍護存在很大安全風險。在百米高空進行屋面圍護安裝,加上處于當?shù)仫L口位置的環(huán)境，因圍護板材迎風面大，難以對輕質(zhì)金屬圍護板材進行可靠的安全高空搬運與固定等操作。

3 施工建造總體方案

1)采用倒裝施工工藝。先安裝半圓形屋蓋網(wǎng)架并完成屋面輕質(zhì)金屬圍護,然后通過5次提升依次從上往下按序安裝墻體結(jié)構(gòu),最后安裝墻面輕質(zhì)金屬圍護。

2)總體施工流程共分為三個階段。第一階段于地面采用分塊吊裝的建造施工工藝安裝標高54.9 m以上的半圓形屋蓋、門頭柱及支撐、門梁、山墻主體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、屋面輕質(zhì)金屬圍護、行車設(shè)備及行車行走結(jié)構(gòu)、大門導(dǎo)向結(jié)構(gòu)；第二階段采用提升工藝安裝54.9 m標高以下n型筒狀的墻體、門頭柱及支撐、山墻等主體結(jié)構(gòu)以及墻面圍護次結(jié)構(gòu),共分5次提升，第3次提升高度6.1 m，其余每次提升12.2 m；第三階段安裝墻面輕質(zhì)金屬圍護結(jié)構(gòu)。通過倒裝施工能充分有效解決超高原位安裝主體結(jié)構(gòu)的難點,同時現(xiàn)有施工機械也能很好滿足建造要求。

4 關(guān)鍵施工建造技術(shù)

4.1 標高54.9 m以上主體結(jié)構(gòu)施工建造技術(shù)

1)標高54.9 m以上屋蓋條形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用分塊分段吊裝施工工藝,吊裝設(shè)備采用650 t履帶吊；履帶吊選用主臂長66 m，副臂30 m的塔式工況,回轉(zhuǎn)半徑為22 m,此工況額定起重量為114 000 kg。為減少高空作業(yè)量，屋蓋網(wǎng)架系桿與屋蓋條形網(wǎng)架 在地面組裝成一體進行吊裝就位；因位于至軸線區(qū)域的條形網(wǎng)架A寬度是其他條形網(wǎng)架B寬度的2倍，對于條形網(wǎng)架A均分為兩塊進行安裝,整個屋蓋分為19個吊裝塊。屋蓋吊裝分塊見圖4。

圖中1～19編號為吊裝分塊序號。圖4 屋蓋吊裝分塊示意圖

1-軸線屋蓋中段；2、11-軸線屋蓋邊段；3-軸線屋蓋中段； 4、9-軸線屋蓋邊段；5、7-邊段吊車站位；6-已安裝半圓形屋蓋；8-中段吊車站位；11-施工拉索；12-邊段臨時支撐；13-中段吊索系統(tǒng)；14-履帶吊鉤；15-主吊索；16-扁擔梁；17-一級掛索；18-二級掛索；19-待安裝屋蓋中段。圖5 屋蓋條形網(wǎng)架吊裝示意圖

4)具體吊裝施工步驟如下：

①將分塊14的邊段、中段通過650 t履帶吊于地面水平搬運至起吊初始設(shè)計位置。

②邊段吊裝 邊段起吊重量為73 394 kg。先利用履帶吊起升把邊段繞拱腳進行旋轉(zhuǎn)操作調(diào)整到設(shè)計狀態(tài),然后通過履帶吊180°旋轉(zhuǎn)并降落，使邊段臨時就位并固定于機庫基礎(chǔ)上,同時設(shè)立邊段臨時支撐對邊段進行臨時支撐固定。

③中段吊裝 中段起吊重量為74 288 kg。采用履帶吊起升使中段底部超出邊段上部高度約500 mm，接著履帶吊帶載旋轉(zhuǎn)180°使中段處于就位水平位置，再通過履帶吊降落使中段與邊段進行對接連接固定。

④張拉施工拉索 施工拉索作用是克服半圓形屋蓋自身產(chǎn)生的水平推力,施工拉索張拉完成后拆除邊段臨時支撐。

⑤依此循環(huán)按序安裝各分塊。

5)吊索系統(tǒng)設(shè)置 因單段起吊重量重，結(jié)構(gòu)為三層網(wǎng)架形式；為避免單個節(jié)點球區(qū)域因承受吊裝集中力受到損壞，采取多吊點的吊索系統(tǒng)進行解決，見圖5c)。以分塊14中段的吊索系統(tǒng)為例進行表述。吊索系統(tǒng)由主吊索、扁擔梁、一級掛索、二級掛索及定滑輪組成,扁擔梁總長度為7 m；吊索系統(tǒng)通過增設(shè)定滑輪,各掛索之間通過定滑輪的傳力保證各繩索受力同步、均勻；邊段與中段均設(shè)置16個吊點。

6)屋蓋山墻主體安裝 在位于⑤軸線的屋蓋條形網(wǎng)架(分塊序號為18)施工結(jié)束后,開始安裝山墻網(wǎng)架。由于山墻采用豎向板狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，中間沒有側(cè)向支撐,且高度為55 365 mm；為確保施工過程中山墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向穩(wěn)定性,采取從兩側(cè)向中間，從底部往上部的流程進行安裝；并采取在豎向每隔10 m在面外兩側(cè)各拉設(shè)側(cè)向纜風繩，同時同步安裝與分塊序號為18的條形網(wǎng)架相連接的網(wǎng)架系桿，進一步增加山墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向穩(wěn)定,拉設(shè)的纜風繩型號規(guī)格采取有限元分析方法進行定量確定[2]。

7)門柱安裝 門柱是一個構(gòu)造規(guī)整的矩形網(wǎng)格立柱,采取地面分段拼裝然后利用吊裝進行空中對接完成安裝。

4.2 門梁施工建造技術(shù)

1)門梁施工工藝 采取地面整體組裝，通過4臺650 t履帶吊抬吊就位,見圖6。

2)在位于門梁處的條形網(wǎng)架A屋蓋、門梁以下門柱及門頭柱間支撐安裝完成后開始實施吊裝就位工序,門梁地面拼裝場地位于門頭外側(cè)。

3)門梁采用4層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式,長135.3 m，寬23.3 m，高15.690 m,門梁重357 338 kg。

4)為確保4臺履帶吊抬吊過程中同步受力,對1#與2#履帶吊的吊索及3#與4#履帶吊的吊索利用滑輪貫通；通過滑輪貫通使1#與2#、3#與4#履帶吊所掛吊索分別各自形成一個組合吊點,確保達到吊索自平衡與同步的效果。

5)吊裝操作流程 先起吊提升使門梁實際高度超過設(shè)計標高約500 mm,接著通過4臺履帶吊同步前行將門梁送至設(shè)計平面位置，然后降落門梁與下部門柱對接就位。

1-已完屋蓋主體；2-內(nèi)門頭柱；3-門頭柱間支撐；4-外門頭柱；5-門梁； 6-1#履帶吊； 7-2#履帶吊；8-3#履帶吊；9-4#履帶吊。圖6 門梁吊裝示意圖

4.3 提升施工建造技術(shù)

1)提升系統(tǒng)組成。

提升系統(tǒng)由提升架、提升梁、液壓提升裝置、計算機同步控制裝置五大部分組成。提升架用于承擔被提升結(jié)構(gòu)及其所附荷載的全部重量，提升梁用于連接提升架與被提升結(jié)構(gòu)，液壓提升裝置用于提供提升動力，計算機同步控制裝置用于提升的同步協(xié)調(diào)控制。

2)提升階段劃分與確定 按照提升架措施的技術(shù)與經(jīng)濟性能進行多方案比較，同時考慮機庫的結(jié)構(gòu)特點,共分為五次提升,各次提升點位置設(shè)定見圖7a),各次提升高度與重量見表1。表中提升重量不僅包含被提升的主體結(jié)構(gòu)自重,還含屋面圍護、墻面圍護次結(jié)構(gòu)、大門導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、行車設(shè)備與行車行走結(jié)構(gòu)等。

1、2、3、4、5-第一次、第二次、第三次、第四次、第五次提升點；6-待提升結(jié)構(gòu)；7-網(wǎng)架豎向主腹桿；8-提升鋼絞線；9-提升梁。圖7 提升分段、提升梁結(jié)構(gòu)示意圖

提升高度/mm提升重量/kN第一次提升12 20085 253第二次提升12 200101 505第三次提升6 100106 867第四次提升12 200118 993第五次提升12 200138 174

3)提升架設(shè)置。

提升架平面布置見圖8,提升架全部采用空間塔架結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)主體條形網(wǎng)架、門頭、山墻的構(gòu)造特點，共設(shè)置提升架A、提升架B、提升架C、提升架D四種類型提升架。提升架A在兩外縱墻軸線各設(shè)置17個，山墻軸線設(shè)置6個；提升架B、提升架C、提升架D在兩外縱墻軸線各設(shè)置1個,各類提升架共46個。提升架標高為17 m,提升架底部與機庫基礎(chǔ)鉸接固定。

1-機庫基礎(chǔ)；2-提升架A；3-提升架B；4-提升架C；5-提升架D；6-主體條形網(wǎng)架；7、8、9、10-提升架A、B、C、D空間模型。圖8 提升架平面布置及其空間結(jié)構(gòu)示意圖

4)提升梁。

提升梁均采用矩形桁架空間結(jié)構(gòu)，針對提升架A的提升梁為示例表述,見圖7。

5)提升架、提升梁的施工使用 提升架、提升梁的組合見圖9。

1-提升油缸;2-提升架A;3-已完主體結(jié)構(gòu);4-提升鋼絞線;5-提升架B;6-提升架C;7-提升架D;8、9-提升梁。圖9 提升架、提升梁組合示意圖

待提升網(wǎng)架結(jié)構(gòu)通過其豎向主腹桿固定在提升梁上,通過提升鋼絞線向上的垂直牽引，使待提升結(jié)構(gòu)沿提升架進行鉛直向上移動。

4.4 提升動力裝置

根據(jù)提升工藝布置的要求共確定設(shè)置90個提升點,除提升架D上只布置一個提升點外，其余提升架均對稱布置2個提升點。各提升階段最大提升力位于門頭位置處，在最后一次提升過程中門頭處最大提升力為4 150 kN。提升油缸布置數(shù)量見表2,液壓油泵設(shè)置24臺。

表2 提升油缸布置數(shù)量及布置位置表

5 施工建造安全考慮的主要因素

5.1 施工過程中風荷載安全控制

1)按照規(guī)定[3]風速超過10 m/s時宜停止吊裝作業(yè),因此采用移動式起重機械進行施工時,需要按照0.07 kN/m2進行安全驗算。

2)提升完成后，在補桿施工過程中,因補桿時間在15 d左右，周期較長；對提升系統(tǒng)和被提升結(jié)構(gòu)進行安全施工校核時,需要按照十年一遇的風荷載取值[3]。

3)由于工程結(jié)構(gòu)體型與規(guī)范[4]存在較大不同,因此要根據(jù)實際情況采用數(shù)值分析方法確定風荷載理論體型系數(shù)，并以此理論體型系數(shù)進行安全驗算。

5.2 屋蓋水平推力控制

半圓形屋蓋因跨度大且自身引起的水平推力大。利用提升架的剛性控制水平推力使屋蓋臨時措施成本高；故通過在拱腳設(shè)置對拉施工拉索平衡半圓形屋蓋自身水平內(nèi)力較經(jīng)濟。施工拉索在屋蓋分塊施工過程中同步跟進,全部提升完成后才能在主體結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)按照設(shè)計要求固定后進行拆除。

5.3 提升導(dǎo)向裝置設(shè)置

由于風向存在隨意性,在提升過程中主體結(jié)構(gòu)會承受縱向、橫向風荷載；因而不僅需要設(shè)置鉛直位移導(dǎo)向裝置，還需要可靠設(shè)置縱向與橫向風荷載傳力導(dǎo)桿。以確保提升結(jié)構(gòu)主體與提升架形成一個整體，滿足抗風安全要求。導(dǎo)向裝置采取可調(diào)楔塊裝置,通過楔塊的移動調(diào)整提升梁、提升架、被提升主體結(jié)構(gòu)之間的施工偏差,以保證提升梁、提升架、被提升主體結(jié)構(gòu)之間自動保持零間隙,達到縱橫向風荷載的順暢傳力至提升架直至基礎(chǔ),導(dǎo)向與傳力導(dǎo)桿需要與施工設(shè)計方案一致。

5.4 提升操作控制

單次最大提升高度12.2 m，提升時間在6～8 h,由于工地位于當?shù)仫L口位置,隨時會出現(xiàn)風速大于10 m/s的工況。因此，在提升作業(yè)過程中需要隨時觀測風速,當風速大于10 m/s時應(yīng)立即停止提升，并快速安裝風速安全限位裝置,以確保提升過程的安全。

提升以距離同步控制為主，提升力作為參照。在提升前根據(jù)模擬分析得到的各提升索拉力調(diào)節(jié)各提升油缸的工作壓力，然后進行試提升。試提升過程中監(jiān)測的各項數(shù)據(jù)與理論分析數(shù)據(jù)匹配后方可進入正式提升程序。

5.5 門梁多機抬吊安全控制

門梁采用4臺650 t履帶吊進行抬吊就位,按照《建筑機械使用安全技術(shù)規(guī)程(JGJ 33—2012)》[5]規(guī)定執(zhí)行。起吊重量不超過多臺起重機在該工況下允許起重量總和的75%，單機起吊荷載不得超過允許荷載的80%,同時對履帶吊帶載行駛的路面進行處理。處理要求:行駛方向不得出現(xiàn)下坡，上坡不得大于3°，行駛路面按照方案規(guī)定的地耐力進行處理。在履帶吊操作過程中只進行單一動作，不得出現(xiàn)兩種及以上的多動作。

6 結(jié) 語

在半圓形屋蓋拱腳設(shè)置水平臨時施工拉索有效平衡了拱形屋蓋的水平內(nèi)力；采取多次提升進行倒裝的建造工藝圓滿解決了單層超高結(jié)構(gòu)的施工困難；通過定滑輪設(shè)置成功解決了多臺吊機抬吊過程中各吊機承重量的自平衡。通過科學制定方案、嚴密施工、精細檢測,超大n型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)機庫的建造順利實施,施工質(zhì)量、成本控制、工期與安全均按照預(yù)期計劃得到了實現(xiàn)。本文介紹的相關(guān)施工技術(shù)可為類似工程的建造提供借鑒。