不規(guī)則斜坡網(wǎng)架施工技術(shù)研究

丁釗，馬丹祥

(華北理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安裝方法多樣化及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜化，致使鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在施工階段和最終成型階段工況內(nèi)力極大可變，因此，空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在施工階段中的施工安全性與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)最終成形狀態(tài)的穩(wěn)定性是否能夠很好地滿足鋼網(wǎng)架設(shè)計(jì)的要求是工程界必須關(guān)注和解決的一個(gè)重要問(wèn)題。同時(shí)，施工方案的正確選擇還需要考慮到鋼網(wǎng)架施工難易程度、工期及成本等一系列問(wèn)題。因此，對(duì)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝施工選擇最優(yōu)的安裝方法至關(guān)重要。不規(guī)則斜坡鋼網(wǎng)架的安裝過(guò)程較復(fù)雜，給施工作業(yè)帶來(lái)了很大的復(fù)雜性和困擾。鋼網(wǎng)架提升施工是關(guān)鍵，鋼網(wǎng)架的提升有多種施工方式，針對(duì)工程特點(diǎn)，選擇最優(yōu)提升方式，再選擇恰當(dāng)?shù)陌惭b方案，不但節(jié)約工期、降低成本，對(duì)結(jié)構(gòu)安全也十分重要[1]。除了提升外，鋼網(wǎng)架施工內(nèi)容中其余工序也非常重要。該項(xiàng)研究以錢(qián)營(yíng)礦某煤場(chǎng)網(wǎng)架為例，對(duì)不規(guī)則斜坡鋼網(wǎng)架工程的施工及相關(guān)技術(shù)解決方案進(jìn)行了深入的研究，介紹了鋼網(wǎng)架“起步跨整體吊裝與高空散裝”相結(jié)合的施工方案、施工工藝和過(guò)程控制等關(guān)鍵內(nèi)容，最大程度地降低了安裝難度，提升了鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架施工安全和效率，為不規(guī)則斜坡網(wǎng)架施工技術(shù)的發(fā)展提供了一定的借鑒。

1 工程概況

錢(qián)營(yíng)礦某煤場(chǎng)工程結(jié)構(gòu)尺寸：網(wǎng)架東西軸線寬為111 m、南北軸線長(zhǎng)為119 m，D/5軸處增加中間單點(diǎn)支承柱，柱尺寸設(shè)定直徑為1 800 mm，高度為20.47 m。網(wǎng)架頂標(biāo)高為24.275 m，四周設(shè)置3 m高擋煤墻和鋼筋混凝土柱(柱間距為10 m)，柱頂位置設(shè)置預(yù)埋鐵件以及用來(lái)固定網(wǎng)架的球型支座。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)情況見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)剖面圖

圖2 網(wǎng)架平面布置圖

2 施工方案

本工程的鋼網(wǎng)架為不規(guī)則的形狀，加之網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自身存在斜坡，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法安裝軌道進(jìn)行滑移施工；網(wǎng)架最大凈跨度為59.5 m，雖不屬于大跨度網(wǎng)架(注釋：跨度≥60 m的鋼網(wǎng)架才稱為大跨度網(wǎng)架[2])，但由于中間只有1根圓柱支撐，網(wǎng)架A軸受到工期影響尚未施工，如果僅采用分條(分塊)法會(huì)使鋼網(wǎng)架施工受到跨度和支撐條件的限制，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)無(wú)法順利拼裝對(duì)接；整個(gè)網(wǎng)架總重量約為600 t，擬建建筑物周圍又有其他已建成的建筑物限制吊車站位，起重機(jī)械設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)整體網(wǎng)架吊裝安裝；由于本工程鋼網(wǎng)架下弦(包含支座)最高點(diǎn)高度為20.475 m，如果單獨(dú)采用高空散裝需要搭設(shè)滿堂腳手架，高空拼裝工作量大，且質(zhì)量不易保證，安全隱患大，費(fèi)用高，工期長(zhǎng)，因此單獨(dú)運(yùn)用高空散裝方案不合適。在充分保證質(zhì)量和安全的前提下，認(rèn)真分析各施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)措施，并結(jié)合同類工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，決定該工程擬采用“起步跨整體吊裝與高空散裝相結(jié)合”的施工工藝進(jìn)行網(wǎng)架施工[3]。

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，及起重設(shè)備的負(fù)荷能力，鋼網(wǎng)架安裝總體安裝思路為：先采用整體吊裝法進(jìn)行起步架網(wǎng)架安裝(注：起步架選在C-H軸/4-9軸內(nèi)部區(qū)域)，然后向另三邊空中散裝。鋼網(wǎng)架安裝順序在起步跨安裝完成后按照1～9個(gè)步驟完成空中散裝，如圖3、圖4所示。

圖3 煤場(chǎng)網(wǎng)架安裝平面示意圖

圖4 煤場(chǎng)網(wǎng)架安裝立面示意圖

3 施工工藝

3.1 起步跨整體吊裝

3.1.1 工藝流程

網(wǎng)架起步單元總重約98 t，采用2臺(tái)XCA450，1臺(tái)XCA350,1臺(tái)XCT130四機(jī)抬吊。動(dòng)力系數(shù)1.4，吊車折減系數(shù)0.75。每臺(tái)吊車采用四吊點(diǎn)吊裝。起步單元經(jīng)驗(yàn)算，需要加固9根桿件(位置見(jiàn)圖5)，螺栓不變。

圖5 起步跨加固桿件平面示意圖

加固的桿件作用主要是確保起步跨在起吊、空中調(diào)整、就位工況下桿件不會(huì)發(fā)生變形，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)安全[4]。桿件加強(qiáng)直接采用現(xiàn)場(chǎng)角鋼補(bǔ)強(qiáng)，角鋼緊貼鋼管后，角鋼長(zhǎng)度至桿件兩端焊縫處，采用鋼板連接，不得與鋼管發(fā)生焊接關(guān)系，網(wǎng)架安裝完畢拆除，拆除不得損傷網(wǎng)架桿件，桿件補(bǔ)強(qiáng)做法見(jiàn)圖6所示。

圖6 加固桿件做法示意圖

為了保證符合規(guī)范安全施工的要求，避免操作人員在吊裝區(qū)域內(nèi)施工作業(yè)，網(wǎng)架起吊前，將柱帽桿件采用地面下挖的方法組齊(見(jiàn)圖7)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)就位后，補(bǔ)齊網(wǎng)架留洞的腹桿和上部天窗部位未裝的桿件后開(kāi)始擴(kuò)散安裝。擴(kuò)散安裝時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況做適當(dāng)支頂。

圖7 柱帽桿件地面下挖示意圖

安裝網(wǎng)架擴(kuò)散中部主結(jié)構(gòu)時(shí)，先安裝下部結(jié)構(gòu)，下部設(shè)置4根臨時(shí)支柱，中部網(wǎng)架向北連接到支座后，再向左、后安裝其余網(wǎng)架，撤去下部臨時(shí)支柱后，最后安裝頂部天窗結(jié)構(gòu)。

在C軸H軸之間，首先在地面將從4軸向9軸拼裝完畢(見(jiàn)圖8)，然后使用起重設(shè)備將網(wǎng)架吊裝單元調(diào)離地面后，按就位坡度依次進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。

圖8 起步跨地面組裝剖面示意圖

圖9～圖12分別為起步跨吊裝和就位工況時(shí)吊點(diǎn)位置、吊車站位及吊裝反力、吊車選擇布置圖(表示出起步架的組裝位置、起吊過(guò)程網(wǎng)架移動(dòng)位置)。起吊點(diǎn)位置的設(shè)置應(yīng)盡量避免使螺栓、套筒以及桿端受剪力；檢查完畢開(kāi)始吊裝。

圖9 起步跨起吊工況平面示意圖 圖10 起步跨起吊工況立面示意圖

3.1.2 網(wǎng)架的試吊與吊裝

隨時(shí)觀察提升過(guò)程中的動(dòng)態(tài)高度，控制網(wǎng)架各吊點(diǎn)高度偏差。網(wǎng)架安裝前必須進(jìn)行試吊程序，合格后才能進(jìn)行正式的起吊。正式吊裝，先吊離地面500 mm，進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，使其與網(wǎng)架就位坡度一致，然后吊裝至網(wǎng)架下弦超出中柱300 mm后進(jìn)行空中移位，移位2 m后將網(wǎng)架繼續(xù)提升至高于設(shè)計(jì)標(biāo)高300 mm，再移位至就位點(diǎn)上空，然后慢慢下降。最后補(bǔ)齊拼裝空下的桿件，將球與球支座、球支座與滑動(dòng)支座(滑動(dòng)支座出廠固定架不能斷開(kāi))全部斷焊。

3.1.3 吊裝注意事項(xiàng)

采用2臺(tái)450 t汽車吊、1臺(tái)350 t汽車吊和1臺(tái)130 t汽車吊進(jìn)行起步架吊裝。經(jīng)驗(yàn)算，有9根桿件承載力不能滿足要求，需要補(bǔ)強(qiáng)，螺栓球即連接螺栓滿足承載力要求，不必處理。

3.2 網(wǎng)架高空散裝

高空散裝就是在已經(jīng)完成安裝的小單元網(wǎng)架上用螺栓球向前懸挑延伸，先在網(wǎng)架的地面上按圖紙的網(wǎng)架桿件進(jìn)行編號(hào)，螺栓球按圖紙的編號(hào)拼裝成1個(gè)小單元，它的結(jié)構(gòu)是由1個(gè)螺栓球，2根腹桿和2根螺栓弦桿連接組成,用網(wǎng)架吊車或者做網(wǎng)架提升工具把它的網(wǎng)架提升到一個(gè)需要小單元安裝的高度時(shí)，上面安排4名安裝人員迅速把各自的網(wǎng)架桿件和螺栓球擰入到各自的網(wǎng)架結(jié)點(diǎn)上即螺栓孔內(nèi)。這個(gè)小單元的拼裝工程結(jié)束后，用同樣的工藝和方法再把小單元安裝到網(wǎng)架的下一個(gè)小單元，這樣反復(fù)地進(jìn)行小單元的安裝，就這樣形成了一座完整的高空散裝網(wǎng)架[5]。在小單元安裝的整個(gè)過(guò)程中，各個(gè)部門(mén)安裝工種分工明確，地面的網(wǎng)架上由工人負(fù)責(zé)安裝和裝配材料，按照流水線進(jìn)行安裝。高空散裝的方法是將網(wǎng)架的構(gòu)件(一般稱為小拼單元或散件)直接吊至網(wǎng)架上設(shè)計(jì)好的位置直接開(kāi)始進(jìn)行小單元拼裝的工藝和方法[6]。本單元拼裝工程起步跨網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)安裝就位后，補(bǔ)齊網(wǎng)架下部留洞的螺栓腹桿和網(wǎng)架上部安裝天窗的桿件后開(kāi)始對(duì)網(wǎng)架的擴(kuò)散進(jìn)行安裝[7]。

3.2.1 安裝輔助

擴(kuò)散安裝中采用拔桿D325×8(配置10 t手拉葫蘆，高度26.5 m)和固定支承柱D426×8(設(shè)置攬風(fēng)繩，配置30 t螺旋千斤頂)進(jìn)行輔助，其中固定支承柱位置固定，網(wǎng)架全部支座就位后撤除，拔桿根據(jù)施工順序布置并在網(wǎng)架散拼到下一個(gè)支座單元時(shí)拆除。

3.2.2 安裝階段

擴(kuò)散安裝時(shí)，擴(kuò)散安裝按照1～9階段(見(jiàn)圖13～圖17)擴(kuò)散。在第1階段(安裝2排桿件，即與G軸支座就位前，見(jiàn)圖13)，應(yīng)在擴(kuò)散中局部采用拔桿支頂。擴(kuò)散安裝階段2和階段3經(jīng)驗(yàn)算，網(wǎng)架滿足自重承載要求，不必支頂；為便于安全施工，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置10 t拔桿用于臨時(shí)支承，以控制撓度，方便就位，見(jiàn)圖14。

圖13 擴(kuò)散安裝1-2階段

圖14 擴(kuò)散安裝2～3階段

安裝擴(kuò)散階段4～9時(shí)(同時(shí)安裝相應(yīng)位置上部天窗結(jié)構(gòu))，見(jiàn)圖15～圖17。

圖15 擴(kuò)散安裝4～6階段 圖16 擴(kuò)散安裝6～7階段

在安裝8～9階段時(shí)，需要采用鋼管支承柱(避免8～9階段安裝無(wú)法就位的問(wèn)題)4根進(jìn)行支頂，高度為25 m，直至階段9安裝完畢(同2～3階段驗(yàn)算，考慮支座就位問(wèn)題，安裝時(shí)局部采用拔桿跟隨，進(jìn)行臨時(shí)支承。

小拼單元的劃分與拼裝：把網(wǎng)架根據(jù)實(shí)際情況合理地分割成各種單主體，直接由單根桿件、單個(gè)節(jié)點(diǎn)、一球一桿、兩球一桿總拼成網(wǎng)架，由小拼單元：一球四桿(四角錐體)、一球三桿(三角錐體)總拼成網(wǎng)架；由小拼單元組成中拼單元再總拼成網(wǎng)架(見(jiàn)圖19)[8]。

4 過(guò)程控制

4.1 標(biāo)高、軸線檢查

煤場(chǎng)主體框架土建部分完成后，核對(duì)網(wǎng)架支座埋件的位置和標(biāo)高，所有預(yù)埋件均在混凝土澆筑完成后放出十字線，方便校核定位。

4.2 拔桿和固定支撐柱設(shè)計(jì)與施工

4.2.1 拔桿、固定支撐柱設(shè)計(jì)

圖20所示為拔桿、固定支撐柱設(shè)計(jì)。

圖20 拔桿、固定支撐柱設(shè)計(jì)

4.2.2 拔桿的施工

采用拔桿支頂時(shí)，拔桿頂部設(shè)置10 t手拉葫蘆進(jìn)行撓度調(diào)整。拔桿處地基采用原土碾壓后，上鋪鋼碴，保證10 t的地基承載力。拔桿使用25 t汽車吊整體移動(dòng)，首先就位于拔桿附近網(wǎng)架外側(cè)，吊鉤與拔桿通過(guò)鋼絲繩緊固在拔桿頂部的吊耳上，然后緩慢松開(kāi)手拉葫蘆，將拔桿重量逐漸傳遞給吊車直至承受拔桿全部重量。吊車將拔桿提起距離地面100 mm時(shí)，設(shè)置專業(yè)人員配合吊車將拔桿緩慢落致地面。固定支承柱頂部設(shè)置30 t千斤頂(千斤頂不可加大，否則由于無(wú)法感知頂升力，易造成網(wǎng)架桿件彎曲)，在支承柱高度2/3處，選擇固定在距離適當(dāng)?shù)慕ㄖ炷林_位，采用01型2.4號(hào)花籃螺栓張緊。固定支承柱在網(wǎng)架全部支座就位后卸載，卸載時(shí)，千斤頂必須有組織地逐次下落，每次下落時(shí)，按從網(wǎng)架中柱至A軸，按照1.5:1的比例，每次最大下落距離不超過(guò)15 mm。千斤頂放松后，移走千斤頂，按拔桿移位方法撤下支承柱[9]。

4.3 加強(qiáng)桿件計(jì)算

由于網(wǎng)架安裝過(guò)程中工況和網(wǎng)架設(shè)計(jì)狀態(tài)會(huì)存在差異，有些桿件設(shè)計(jì)的截面尺寸較小，但在施工過(guò)程中由于靠近支座或吊點(diǎn)，導(dǎo)致桿件應(yīng)力比超限，通過(guò)計(jì)算機(jī)建模模擬施工過(guò)程，將計(jì)算出的超應(yīng)力桿件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或替換，保證網(wǎng)架整體穩(wěn)定。在起步跨整體吊裝過(guò)程中，結(jié)構(gòu)桿件的最大應(yīng)力比大于1的有9根，但因?yàn)樽畲髴?yīng)力比僅為1.313，桿件直接采用現(xiàn)場(chǎng)角鋼補(bǔ)強(qiáng)即可。在高空散裝過(guò)程中，5～7階段由于部分桿件靠近臨時(shí)支撐桿，此區(qū)域結(jié)構(gòu)桿件的最大應(yīng)力比大于1的有7根，這些桿件都需要更換。

4.4 起步跨吊裝過(guò)程控制

1#1臺(tái)550 t、2#1臺(tái)350 t、3#1臺(tái)450 t、4#1臺(tái)200 t吊車開(kāi)始試吊，根據(jù)指令同時(shí)起吊，將5～9軸+12.25 m/E-H軸+16.5 m螺栓球網(wǎng)架起步跨吊至距離地面500 mm高度后停止起吊，確認(rèn)吊車站位以及網(wǎng)架起步跨平衡及重量，確認(rèn)是否需要調(diào)整或是否在吊車起重參數(shù)允許范圍內(nèi)，并查看桿件是否存在彎曲變形。正式提升，網(wǎng)架起步跨5～9軸+12.25 m/E-H軸+16.5 m整體起吊，根據(jù)指令同時(shí)起吊，提升3.5 m處開(kāi)始安裝網(wǎng)架支腿(共3處)，對(duì)接完成后檢查桿件及螺栓球連接節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)架支腿安裝完成后，繼續(xù)提升起步跨，將起步跨吊運(yùn)至高于柱頂標(biāo)高300 mm左右的距離后停止起吊，檢查吊車狀態(tài)及起步跨整體外觀情況[10]。起步跨東北側(cè)安裝人員分別由吊車用吊籃運(yùn)送至5軸、8軸和9軸柱頂，中間柱(D/5)安裝人員由吊車吊籃送至柱頂，匯報(bào)起步跨著陸點(diǎn)下落情況，通過(guò)不斷修正著陸點(diǎn)將起步跨落于中心軸線上。起步跨著陸完成(見(jiàn)圖21)，輔助安裝人員將連接在起步跨上的鋼絲繩摘鉤，吊車回收吊鉤及吊臂。

圖21 著陸完成

5 結(jié)論

簡(jiǎn)要介紹了“起步跨整體吊裝與高空散裝”相結(jié)合的施工技術(shù)在不規(guī)則斜坡網(wǎng)架工程實(shí)踐中的運(yùn)用，并通過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證了“起步跨整體吊裝與高空散裝”相結(jié)合的施工技術(shù)能夠明顯縮短工期，降低工程造價(jià)，保證了不規(guī)則斜坡網(wǎng)架施工質(zhì)量和安全，取得了很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，為今后類似工程提供了重要參照。