超高單層大跨度鋼網(wǎng)架特殊施工技術(shù)研究

唐開永，曾志斌，杜向浩

（廣州市第三建筑工程有限公司廣州510050）

近年來隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，居民生活條件得到改善，對建筑使用的要求也隨之提高，促進了建筑行業(yè)的發(fā)展。隨著施工技術(shù)日趨完善，鋼結(jié)構(gòu)建筑的樓高日益提高、規(guī)模趨向龐大、跨度越來越廣，傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已不能滿足普通造型的需要，在這種背景下大跨度鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生［1］。鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)因其具有輕量化、抗震強、拆裝方便和受力合理均勻等優(yōu)點，在我國的空間建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用［2］。且鋼網(wǎng)架部件可工廠化生產(chǎn)，能在不增加工程預算的前提下保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，其經(jīng)濟優(yōu)勢相當明顯［3］。針對客戶不同的需求，還能運用包括圓形、矩形等不同形狀的結(jié)構(gòu)［4，5］。但此種異形結(jié)構(gòu)也給建筑施工帶來了一定的困難和技術(shù)瓶頸，迫使施工企業(yè)在管理及施工技術(shù)上不斷突破創(chuàng)新［6］。

超高層鋼網(wǎng)架的施工一般要求有重型起重設(shè)備進行輔助［7］，對于項目立地條件不適宜甚至無法使用起重設(shè)備的情況，如網(wǎng)架下方布置有大量大型設(shè)備時，需要克服施工過程中因大跨度網(wǎng)架的撓度引起的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足的問題［8］，從而確保施工安全。

1 立項背景

廣州市某熱力電廠項目位于廣州市增城區(qū)，項目占地總面積達13.3 萬m2，總建筑面積53 158.25 m2。其中焚燒車間（12～24軸/B～U軸）鋼網(wǎng)架整體施工面積約為4 722 m2，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)組成形式為正方形四角錐螺栓球節(jié)點結(jié)構(gòu)形式，支承形式均為下弦支承及周邊柱點支撐形式（見圖1）。

鋼網(wǎng)架下方大型設(shè)備布置情況復雜，體量大，需通過在大型設(shè)備鋼框架結(jié)構(gòu)上，布置臨時支撐的方式代替大型起重機械整體吊裝，該施工過程需要克服大跨度網(wǎng)架撓度對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，確保施工安全，此外在不采用大型起重機械的條件下，材料的運輸也是工程施工的難點。

2 施工思路

⑴ 結(jié)合現(xiàn)場施工條件，在大型起重機械可以覆蓋的范圍采用整體吊裝法安裝起步區(qū)，在設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)框架上搭設(shè)滿堂腳手架進行高空散裝，其余部位進行懸挑高空散裝，其余位置設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)框架梁上搭設(shè)矩形鋼管作為骨架，滿鋪花紋鋼板并設(shè)置網(wǎng)架臨時支撐胎架，以已安裝的網(wǎng)架為起步區(qū)進行懸挑安裝。

⑵ 根據(jù)網(wǎng)架安裝順序和臨時支撐的布置，對工況進行分析，設(shè)計臨時支撐結(jié)構(gòu)，并分析施工過程中網(wǎng)架撓度的變形和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證施工安全。

⑶ 在設(shè)備框架結(jié)構(gòu)上搭設(shè)滿堂腳手架操作平臺或者搭設(shè)矩形鋼管骨架滿鋪花紋鋼板，在滿足網(wǎng)架施工需求的同時，也作為對下方火電設(shè)備的安全防護措施。

⑷ 根據(jù)桅桿式起重機的工作原理，利用卷揚機和類桁架結(jié)構(gòu)的支架，設(shè)計一種可安裝在已施工的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上的組合小型起重設(shè)備，并在已架設(shè)好的火電設(shè)備的空隙，通過卷揚機讓單個網(wǎng)架椎體緩慢提升至安裝位置，在提升過程中施工人員通過纜風繩控制錐體的行進路線。

圖1 項目側(cè)視圖Fig.1 Side View of the Project

3 施工流程

3.1 設(shè)備框架滿堂腳手架平臺搭設(shè)

3.1.1 腳手架平臺設(shè)計

為充分利用空間大的功能，在腳手架頂面設(shè)置滿鋪鋼網(wǎng)片，在網(wǎng)架安裝過程中，下旋球臨時支撐在腳手架上部，腳手架鋼網(wǎng)片頂面清空，控制荷載不大于270 kg/m2。

從鋼網(wǎng)架安裝施工方案出發(fā)，局部工作面采用扣件式滿堂鋼管腳手架作為操作平臺，為預留網(wǎng)架安裝空間，根據(jù)網(wǎng)架下弦高度要求，把網(wǎng)架搭設(shè)成層狀結(jié)構(gòu)，腳手架分層搭設(shè)，頂面鋼網(wǎng)滿鋪，腳手架中間設(shè)置剪刀撐和水平撐。

腳手架鋼管規(guī)格選擇φ48×3.2，Q235A，立桿間距0.5 m×0.5 m，水平桿之間距離為0.9 m，滿堂腳手架周邊和中間、由支撐面至操作頂面連續(xù)設(shè)置剪刀撐，剪刀撐與地面傾角大于45°小于60°為宜，中間剪刀撐每隔4 排設(shè)置，間距不超過6 m，水平剪刀撐按每4步設(shè)置一道，立桿底部設(shè)掃地桿。

3.1.2 支撐機電設(shè)備框架承載力驗算

搭設(shè)前對機電設(shè)備框架基礎(chǔ)進行現(xiàn)場實測，確定腳手架的落地桿位置，對豎向立桿下部沒有鋼梁的位置采用架設(shè)200×100×8 的矩形鋼管作為腳手架立桿的基礎(chǔ)。

機電設(shè)備上部搭設(shè)臨時支架作為網(wǎng)架的起步平臺，機電設(shè)備頂部標高為45 m，主要由H750×250×10×16型鋼組成，采用在該鋼梁上部搭設(shè)臨時支架作為網(wǎng)架的起步措施，需對設(shè)備框架進行結(jié)構(gòu)復核。

腳手架自重為40 kg/m3，4.7 m 高腳手架作為恒荷載（0工況）1.9 kN/m2輸入。

腳手架上面堆載及施工人員一起控制在200 kg/m2內(nèi)，該部分按活荷載（工況1）2 kN/m2輸入。經(jīng)驗算，該設(shè)備鋼梁完全可以承受上部腳手架及網(wǎng)架的荷載。

3.1.3 腳手架平臺連接節(jié)點設(shè)計

為了增加腳手架操作平臺的整體穩(wěn)定性，在腳手架4 個角部采用φ140 鋼管與相鄰桁架結(jié)構(gòu)連接，如圖2所示。

圖2 腳手架立面布置Fig.2 Elevation of Scaffold

3.2 臨時支撐設(shè)計

鋼網(wǎng)架采用整體吊裝起步架和高空散裝組合的施工方法，考慮到安裝過程中網(wǎng)架的內(nèi)力重分布是一個連續(xù)不斷的過程，將會導致整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的降低，支座安裝到位前可能會引起較大的撓度變形，影響施工質(zhì)量。需要額外加設(shè)臨時支撐作為支點，保證網(wǎng)架安裝過程中的穩(wěn)定性以及克服撓度變形。

3.2.1 起步架臨時支撐

⑴ 起步架臨時支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計

起步架的臨時支撐胎架采用單排框架的形式，立柱采用φ219×10 圓管，連系梁及斜撐均采用10 號槽鋼，支撐橫梁則采用32號槽鋼。

⑵ 起步架臨時支撐結(jié)構(gòu)復核

網(wǎng)架起步區(qū)重量為17 t，及自重170 kN，按7 個支撐點計算，每個分配的支撐點為170/7=24.286 kN，在加上散裝過程中，網(wǎng)架的累加力取15 kN，即PZ=25 kN+15 kN=40 kN。

通過建模計算分析并在施工前按照規(guī)范進行檢驗，表明結(jié)構(gòu)能夠滿足承載力計算要求，應(yīng)力比最大值為0.10。

經(jīng)驗算，起步架臨時支撐可以承受起步網(wǎng)架及散裝過程中的施工荷載。

3.2.2 網(wǎng)架下弦球臨時支撐

本工程采用下弦球臨時支撐門架作為臨時支撐點，下弦球臨時支撐主要是采用32號槽鋼焊接成門式架，并固定在機電設(shè)備框架或鋼結(jié)構(gòu)桁架梁上，對網(wǎng)架進行臨時支撐。根據(jù)初步計算，最不利荷載情況出現(xiàn)在起步架安裝階段設(shè)置的網(wǎng)架下弦球臨時支撐節(jié)點。網(wǎng)架起步區(qū)重量為17 t，及自重170 kN，按7 個支撐點計算，每個分配的支撐點為170/7=24.286 kN，再加上散裝過程中，網(wǎng)架的累加力取15 kN，即PZ=25 kN+15 kN=40 kN。驗算荷載如下：Px=0 kN，Py=0 kN，Pz=-40.0 kN，Mx=0 kN·m，My=0 kN·m，Mz=0 kN·m。

經(jīng)驗算，臨時爬桿高空散裝完全能滿足網(wǎng)架吊裝中的施工荷載。

3.3 網(wǎng)架施工

焚燒車間網(wǎng)架（12-24 軸/B-U 軸）網(wǎng)架跨度46.1 m、長度約為95 m。采用在機電原有設(shè)備框架上端搭臨時操作設(shè)平臺+在渣坑南側(cè)進行起步架拼裝（安全網(wǎng)鋪設(shè)）+利用現(xiàn)場250 t履帶吊將起步架整體吊裝+組合小型起重設(shè)備高空懸挑散裝。網(wǎng)架撓度的克服采用在火電設(shè)備框架或鋼結(jié)構(gòu)桁架梁上搭設(shè)支點，用來臨時支撐網(wǎng)架。作業(yè)流程為：原有設(shè)備框架鋪設(shè)矩形鋼管作為腳手架支點→搭設(shè)局部滿堂腳手架→材料分類安裝準備→搭設(shè)網(wǎng)架臨時支點→高空散裝。

現(xiàn)場網(wǎng)架跨度比較大，大噸位的吊車無法滿足吊裝要求，采取組合小型起重設(shè)備高空懸挑散裝。即在網(wǎng)架上方安裝一個狀如鳥喙的類桁架結(jié)構(gòu)支架，在支架中布置一臺卷揚機，具體位置要根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的安裝情況，找相應(yīng)較開闊的地方設(shè)置，在網(wǎng)架安裝位置固定，在已安裝好的設(shè)備空隙，讓網(wǎng)架錐體單元緩慢上升到安裝位置，并用攬風繩控制網(wǎng)架錐體的行進路線，不與已安裝好的設(shè)備發(fā)生碰撞（見圖3）。

起步網(wǎng)架吊點采用6×37 雙股麻芯鋼絲繩，其中所選用鋼絲繩的工程直徑為28 mm，吊裝時，鋼絲繩與鋼網(wǎng)架的夾角應(yīng)不小于60°，卡環(huán)采用8 t卡環(huán)。

本施工方法主要在機電設(shè)備上部搭設(shè)臨時支架作為網(wǎng)架的起步平臺，機電設(shè)備頂部標高為45 m，采用在該鋼梁上部搭設(shè)臨時支架作為網(wǎng)架的起步措施，起步網(wǎng)架安裝完成后，利用在設(shè)備鋼梁上部臨時搭建的滿堂腳手架作為施工平臺進行高空散裝。

圖3 臨時支撐搭設(shè)示意圖Fig.3 Erection Diagram of Temporary Support Flame

焚燒車間網(wǎng)架2 號爐網(wǎng)架安裝，本區(qū)域采用在1 號爐網(wǎng)架安裝完畢的基礎(chǔ)上，以此區(qū)域網(wǎng)架作為起點+臨時爬桿高空散裝施工安裝。網(wǎng)架撓度的克服采用在機電原有設(shè)備上搭設(shè)支點，由于頂部鋼梁部分間距較大，我方先在鋼梁與鋼梁之間采用200×100×8 的矩形鋼管作為花紋鋼板的骨架，骨架間距3 m，再在矩形管上部鋪設(shè)3 m×6 m×3 mm 厚花紋鋼板用來臨時支撐網(wǎng)架。

網(wǎng)架起步區(qū)重量為17 t，及自重170 kN，按7個支撐點計算，每個分配的支撐點為170 kN/7=24.286 kN，加上散裝過程中，網(wǎng)架的累加力取15 kN，即PZ=25 kN+15 kN=40 kN。驗算荷載如下：Px=0.0 kN，Py=0.0 kN，Pz=-40.0 kN，Mx=0 kN·m，My=0 kN·m，Mz=0 kN·m。

根據(jù)建模計算分析檢驗結(jié)果表明，設(shè)計的該結(jié)構(gòu)能夠滿足承載力計算要求，設(shè)計驗算結(jié)果如表1所示。

3.4 安全防護及安全通道

網(wǎng)架施工過程的安全防護措施及安全通道，網(wǎng)架施工人員佩戴好安全帶后，由地面已安裝好的格構(gòu)柱上安裝的上下爬梯攀爬至桁架頂部（上下通道布置安全繩），攀爬過程中佩戴好安全帶，安全帶與已安裝完畢的制鎖器固定好，攀爬至桁架頂部后，再由桁架上部的安全通道行至網(wǎng)架施工區(qū)域；鍋爐本體上端施工時，施工人員從鍋爐自身樓梯上攀爬到鍋爐頂部再通過腳手架本身的斜梯上腳手架平臺。施工人員在網(wǎng)架上方移動時，佩戴的安全帶懸掛于網(wǎng)架上部拉設(shè)的生命線上。

表1 設(shè)計驗算Tab.1 Design Checking

4 討論

通過利用設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)框架作為臨時操作平臺及臨時支撐胎架的基礎(chǔ)框架，并在操作平臺上滿鋪腳手板或在設(shè)備框架上方滿鋪花紋鋼板的方式，有效地解決了網(wǎng)架安裝施工場地受限和火電設(shè)備成品保護的問題［9］。利用設(shè)備框架和鋼結(jié)構(gòu)桁架梁作為受力基礎(chǔ)設(shè)計臨時支撐，能有效控制網(wǎng)架安裝過程中的穩(wěn)定性和撓度變形，保證施工安全和施工質(zhì)量，與前人的研究結(jié)果相印證［10］。通過設(shè)計組合小型起重設(shè)備，解決不能使用大型起重機械情況下的垂直運輸問題［11］。該技術(shù)的應(yīng)用能有效地適應(yīng)大型焚燒發(fā)電廠屋蓋網(wǎng)架的安裝施工，施工安全得到保障，降低了施工難度，保證了網(wǎng)架的網(wǎng)架節(jié)點、桿件的位置準確性，確保撓度值不超出允許范圍。