大跨度空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的拼裝和滑移施工

蔡小平

常州第一建筑集團(tuán)有限公司 江蘇 常州 213012

1 工程概況

江陰興澄鋼鐵混勻料場(chǎng)封閉改建項(xiàng)目采用大跨度空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)主體為正放四角錐螺栓球節(jié)點(diǎn)門形網(wǎng)架（圖1），總長(zhǎng)148.5 m，跨度82 m，網(wǎng)格尺寸4.5 m×4.5 m，其中屋蓋為3層雙坡網(wǎng)格，四周立面為雙層豎向網(wǎng)格，支撐在混凝土柱頂。支座標(biāo)高4.75 m，屋面下弦標(biāo)高18.00 m，屋頂標(biāo)高24.00 m，縱向柱距1—2軸13 m，其余9 m，山墻柱距9.2～27.5 m（圖2、圖3）。山墻端網(wǎng)格下弦設(shè)5 t電動(dòng)葫蘆，跨中通長(zhǎng)檢修走道，屋面墻面單層彩鋼板＋采光板圍護(hù)體系。主結(jié)構(gòu)材質(zhì)Q345 B，工程總質(zhì)量800 t。

圖1 空間網(wǎng)格三維示意

2 重、難點(diǎn)分析

2.1 結(jié)構(gòu)高跨度大

屋蓋結(jié)構(gòu)安裝高度24 m，跨度82 m，因此大跨度高空作業(yè)施工，是本工程的施工重難點(diǎn)。

圖2 網(wǎng)格平面示意

圖3 網(wǎng)格剖面示意

2.2 門形結(jié)構(gòu)體系

本工程為門形結(jié)構(gòu)體系，屋蓋3層結(jié)構(gòu)跨中厚度達(dá)6.0 m，立面豎向雙層結(jié)構(gòu)厚度2.3 m，應(yīng)對(duì)常規(guī)網(wǎng)格拼裝工藝進(jìn)行改進(jìn)，以確保屋蓋和豎向網(wǎng)格拼裝精度和結(jié)構(gòu)剛度變形協(xié)調(diào)一致。

2.3 施工場(chǎng)地條件差

應(yīng)業(yè)主要求，封閉改建施工過程中不能影響取料機(jī)、堆料機(jī)等設(shè)備的正常生產(chǎn)運(yùn)行，且施工場(chǎng)地周邊緊鄰建筑物，預(yù)留的施工場(chǎng)地非常狹小，應(yīng)優(yōu)化施工總體組織方案和部署。

3 施工總體部署

3.1 方案優(yōu)化

傳統(tǒng)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)施工，一般采用搭設(shè)滿堂腳手架高空散裝，費(fèi)用投入很大，周期長(zhǎng)[1]。結(jié)合本工程的場(chǎng)地條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及重難點(diǎn)分析，通過計(jì)算模擬施工工況分析，對(duì)方案進(jìn)行論證和優(yōu)化，最終采用“單元拼裝，累積滑移”施工技術(shù)，在保證安全質(zhì)量的前提下，節(jié)約施工成本費(fèi)用和工期，同時(shí)不影響料場(chǎng)的正常生產(chǎn)運(yùn)行。

3.2 工藝原理

單元拼裝由17軸向1軸線方向施工，在起始軸線1—2軸間搭設(shè)高空作業(yè)平臺(tái)，依次拼裝柱網(wǎng)單元網(wǎng)格，累積滑移由1軸向17軸線方向進(jìn)行，沿A、B軸線滑移軌道，采用液壓同步頂推滑移技術(shù)，將柱網(wǎng)單元逐步累積滑移到位。

3.3 拼裝單元?jiǎng)澐?/h3>

按照軸線順序從17軸向1軸，依次逆向劃分為16個(gè)柱網(wǎng)拼裝單元，單元1—15為9 m柱距滑移單元，單元16（1—2軸線）為13 m柱距原位拼裝單元。

3.4 總體工藝流程

A、B軸線混凝土柱頂各設(shè)1條通長(zhǎng)滑移軌道，布置頂推器→1—2軸搭設(shè)高空腳手架平臺(tái)（寬10 m）→拼裝單元1網(wǎng)格→頂推滑移單元1網(wǎng)格9 m柱距后暫?！^續(xù)拼裝單元2網(wǎng)格，與單元1網(wǎng)格連接成整體→頂推滑移單元1＋單元2網(wǎng)格9 m柱距，以此類推，增加頂推點(diǎn)，直至單元1—15網(wǎng)格整體滑移到設(shè)計(jì)位置→17軸山墻立面網(wǎng)格高空散裝→1—2軸單元16網(wǎng)格原位高空散裝→1軸山墻立面網(wǎng)格高空散裝。全部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)安裝完畢后，千斤頂配合網(wǎng)格結(jié)構(gòu)落位，軌道拆除，支座焊接固定，拆除腳手架平臺(tái)完成安裝（圖4）。

圖4 網(wǎng)格拼裝單元?jiǎng)澐?/p>

4 單元拼裝工藝

4.1 工藝流程改進(jìn)

柱網(wǎng)單元由屋蓋和豎向網(wǎng)格組成，無法實(shí)現(xiàn)在高空平臺(tái)散裝一次安裝到位，因此對(duì)常規(guī)拼裝工藝流程進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的工藝流程為：起始端B軸豎向網(wǎng)格拼裝→依次拼裝屋蓋網(wǎng)架→終端A軸豎向網(wǎng)格拼裝→屋蓋與A軸網(wǎng)格總拼完成，形成獨(dú)立的空間剛度網(wǎng)格單元。

4.2 豎向網(wǎng)格拼裝工藝改進(jìn)

為減少高空作業(yè)量，豎向網(wǎng)格拼裝工藝改進(jìn)措施為：先在地面平放拼裝A、B軸豎向網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，每榀質(zhì)量約8 t，利用25 t汽車吊雙機(jī)配合翻轉(zhuǎn)90°，整榀吊裝落于軌道和拼裝平臺(tái)上，與支座可靠連接，并設(shè)置4道纜風(fēng)繩臨時(shí)固定。

4.3 屋蓋網(wǎng)格拼裝

屋蓋網(wǎng)格直接在腳手架平臺(tái)高空散裝[2]，首先在地面拼裝小三角錐體（1球3桿），吊運(yùn)至作業(yè)平臺(tái)，逐格推進(jìn)安裝，嚴(yán)格控制軸線定位尺寸，確保在A、B軸兩端與豎向網(wǎng)格精準(zhǔn)對(duì)接。

4.4 拼裝平臺(tái)搭設(shè)

因現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，腳手架平臺(tái)由1軸后移6 m，滿足材料堆放及吊車的停放位置。滿堂腳手架平臺(tái)長(zhǎng)75 m、寬10 m、高18 m，腳手架步距1.5 m，立桿縱、橫距1.2 m，需按規(guī)范要求搭設(shè)驗(yàn)收合格，并應(yīng)滿足屋蓋網(wǎng)格拼裝要求[3]。

5 累積滑移關(guān)鍵施工技術(shù)

5.1 滑移軌道設(shè)計(jì)

滑移軌道結(jié)構(gòu)由支撐H型鋼梁、槽鋼滑軌、側(cè)擋板、鋼滑塊、連接耳板組成（圖5、圖6），在網(wǎng)格滑移過程中，軌道起到承重、導(dǎo)向和橫向限制支座水平位移的作 用[4]。支座混凝土柱間設(shè)置支撐軌道鋼梁，采用400 mm× 400 mm×10 mm×18 mm（柱距13.5 m）和350 mm× 350 mm×8 mm×12 mm（柱距9 m）的H型鋼制作。

圖5 滑移軌道效果圖

圖6 滑移軌道立面布置

鋼梁上鋪設(shè)采用16a#槽鋼制作的滑移軌道，槽鋼開口向上，滑移軌道槽鋼在滑移過程中起到導(dǎo)向限位的作用。

采用規(guī)格20 mm×40 mm×150 mm的鋼板制作側(cè)擋板，于軌道兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置，間距為480 mm。側(cè)擋板分別與鋼梁、軌道槽鋼翼緣焊接，擋板滑移前方嚴(yán)禁焊接。側(cè)擋板中直接抵抗頂推反力并控制滑移精度。

網(wǎng)格滑移底座設(shè)置鋼滑塊，選用80 mm×100 mm× 600 mm鋼板制作，通過壓板直接與網(wǎng)架支座底板固定（圖7）。為防止滑移過程中“卡軌”和“啃軌”現(xiàn)象的發(fā)生，將鋼滑塊的滑移方向前端設(shè)計(jì)為錐面形式。

圖7 滑塊擋板連接示意

網(wǎng)架支座焊接連接厚20 mm耳板，與頂推器前端液壓缸體銷軸連接。

5.2 抵抗水平力加固措施

軌道加固梁，用于抵抗跨向水平力。網(wǎng)格滑移過程中支座跨向最大水平力為87 kN，結(jié)合網(wǎng)架雙向支座設(shè)計(jì)特點(diǎn)，H型鋼梁主要承受豎向荷載，柱頂再增加1道通長(zhǎng)32a#工字鋼加固梁，工字鋼與軌道鋼梁通過厚16 mm、間距2.25 m，等分布置的L形連接鋼板焊接成整體受力，以增加軌道側(cè)向剛度，有效抵抗跨向水平力對(duì)滑移的不利影響[5]（圖8）。

圖8 軌道加固梁

由于頂推器與支座球耳板連接，耳板處網(wǎng)架水平桿件無法正常安裝，增加1根φ114 mm×4.0 mm的網(wǎng)架臨時(shí)加固桿，用于抵抗滑移方向頂推力。加固桿避開耳板，兩端與支座球焊接，可有效傳遞頂推拉力。

5.3 軌道安裝要求

滑軌軸線安裝精度控制要求為：軌道中心線與網(wǎng)架支座軸線應(yīng)重合，槽鋼直線度偏差≤5 mm，以減小滑移過程中偏心力的不利影響。

滑軌同步性控制安裝精度要求：每個(gè)滑移單元滑道上側(cè)擋板的起始安裝位置應(yīng)統(tǒng)一，以減小滑移累積誤差，滿足滑移同步性要求，同一滑道兩側(cè)擋板安裝誤差≤2 mm，相鄰滑道擋板間距誤差≤5 mm。

焊縫質(zhì)量控制要求：擋板與滑道，H型鋼梁、軌道加固梁、網(wǎng)架加固桿均為重要受力構(gòu)件，必須確保焊接質(zhì)量，以滿足使用要求。

5.4 頂推滑移原理

“液壓同步頂推滑移技術(shù)”采用步進(jìn)式液壓頂推器作為滑移驅(qū)動(dòng)設(shè)備[6]。頂推器后部頂緊裝置安裝在滑道上，靠緊側(cè)向擋板；前部主液壓缸通過銷軸、連接耳板與被推移網(wǎng)架支座結(jié)構(gòu)連接。液壓頂推器主液壓缸伸缸一個(gè)行程，推動(dòng)網(wǎng)格向前滑移一個(gè)步距。一個(gè)行程伸缸完畢，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)不動(dòng)，主液壓缸縮缸，頂緊裝置與滑道擋板松開向前移動(dòng)一個(gè)步距，一個(gè)行程頂推滑移完成（圖9），實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格單元的連續(xù)累積滑移。

圖9 頂推器滑移示意

滑移總質(zhì)量約700 t，滑塊與軌道間滑動(dòng)摩擦因數(shù)0.12～0.15，阻力因數(shù)1.3～1.5，摩擦因數(shù)與阻力因數(shù)按最大值取值，計(jì)算得滑移總頂推力為1 575 kN。選用液壓頂推器額定頂推力500 kN，隨著滑移網(wǎng)格單元增加，在16軸、11軸和6軸對(duì)稱布置3組共6臺(tái)頂推器，總頂推力3 000 kN，滿足滑移施工要求。整個(gè)滑移過程采用計(jì)算機(jī)全程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，確?；仆胶途瓤刂埔?。

6 施工模擬計(jì)算

本工程網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在不同滑移工況下，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生變化，因此，結(jié)合方案必須進(jìn)行全過程施工模擬計(jì)算，復(fù)核桿件內(nèi)力、結(jié)構(gòu)位移和支座水平力等對(duì)滑移的不利影響。主要驗(yàn)算內(nèi)容包括：豎向網(wǎng)格吊裝，不同網(wǎng)格單元組合滑移，軌道承載力，支座水平推力等，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提前對(duì)超應(yīng)力桿件進(jìn)行截面放大更換，以及采取相應(yīng)的施工加固措施。

7 結(jié)語

現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量經(jīng)實(shí)測(cè)實(shí)量，全部符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。本工程的施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，結(jié)合工程項(xiàng)目的重難點(diǎn)分析和施工模擬計(jì)算，改進(jìn)拼裝技術(shù)工藝措施，控制關(guān)鍵施工技術(shù)，既節(jié)約了工期和成本，又確保了施工安全和質(zhì)量。

[1] 孔祥榮.鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)高空散裝累積滑移施工技術(shù)[J].建筑施工, 2018,40(7):1143-1145.

[2] 方思倩.大跨度屋面鋼網(wǎng)架高空散裝法與累積滑移法綜合安裝應(yīng) 用技術(shù)研究[J].建筑施工,2017,39(5):626-627.

[3] 呂春,楊宗琦,朱瑞,等.大跨度四角錐網(wǎng)架高空累積滑移施工模擬 [J].施工技術(shù),2018,47(22):92-95.

[4] 劉緒飛,王小波,潘澤娣,等.大跨度焊接空間鋼網(wǎng)架累積滑移施工 技術(shù)研究[J].建筑施工,2016,38(9):1231-1233.

[5] 周觀根,嚴(yán)永忠,肖熾,等.120 m跨度干煤棚網(wǎng)殼累積滑移法施工技 術(shù)[J].鋼結(jié)構(gòu),2006,21(3):6-9.

[6] 陳海東,余爭(zhēng)雄,張季東.鋼結(jié)構(gòu)液壓同步累積滑移施工技術(shù)應(yīng)用實(shí) 踐[J].智能技術(shù),2017(1):126-129.