懸挑整體提升平臺(tái)在網(wǎng)架施工中的應(yīng)用

周一波，梁紅波，肖 洲

岳陽(yáng)建設(shè)工程集團(tuán)有限公司，湖南 岳陽(yáng) 414000

隨著現(xiàn)代施工工藝的發(fā)展及建筑結(jié)構(gòu)形式的不斷變化，鋼結(jié)構(gòu)體系朝著越來(lái)越新穎、復(fù)雜、多樣的方向發(fā)展。大跨空間結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的施工方法已無(wú)法滿足施工要求，于是各種類型的機(jī)械化施工新工藝開(kāi)始出現(xiàn)，這些新工藝的出現(xiàn)必然會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的受力的情況。文章以大型屋面網(wǎng)架為例，研究了使用懸挑式升降平臺(tái)對(duì)大跨度網(wǎng)架進(jìn)行整體提升的施工方法，并進(jìn)行了各構(gòu)件的設(shè)計(jì)和控制，探索了大型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工的新工藝。

1 工程概況

該工程為框架結(jié)構(gòu)，屋面采用螺栓球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格采用正放四角錐形式，網(wǎng)格尺寸為2.7m×2.7m，面積約為2200m2，周邊下弦支承，周邊支座采用板式橡膠支座，中柱支座采用成品盆式橡膠支座，鋼結(jié)構(gòu)最大安裝標(biāo)高為+23.33m。

因現(xiàn)場(chǎng)東南角有夾層結(jié)構(gòu)，提升范圍如圖1所示，其他網(wǎng)架桿件采用高空散拼后補(bǔ)桿件。網(wǎng)架提升范圍結(jié)構(gòu)最大跨度為56m，組合網(wǎng)架自身高度為2.7～3.71m，網(wǎng)架提升高度約為9.67m，提升重量為231t。

圖1 提升范圍（單位：mm）

2 網(wǎng)架提升施工難點(diǎn)

（1）確保大跨網(wǎng)架的吊裝安全是施工重點(diǎn)，而常規(guī)的滿堂腳手架難以保障安全，因此采用安全、經(jīng)濟(jì)、合理的技術(shù)措施至關(guān)重要。

（2）該工程節(jié)點(diǎn)采用高強(qiáng)螺栓連接，在施工期間必須注意協(xié)調(diào)同步施工，以避免鋼結(jié)構(gòu)桿件應(yīng)力集中和應(yīng)力不對(duì)稱的不良情況。

（3）該項(xiàng)目中鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架采用起步跨整體吊裝，控制起步跨網(wǎng)架吊裝提升的定位精度是結(jié)構(gòu)方面的主要困難，其跨度、長(zhǎng)度和質(zhì)量的選擇同樣重要，在選擇吊裝方法時(shí)要確保切實(shí)可行。

3 提升技術(shù)方案

根據(jù)工期要求，結(jié)合網(wǎng)架特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，該工程利用混凝土結(jié)構(gòu)柱設(shè)置懸挑提升平臺(tái)安裝液壓提升系統(tǒng)，在提升單元與上吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置安裝提升下吊點(diǎn)臨時(shí)管和下吊具。提升作業(yè)共設(shè)置9組吊點(diǎn)，每組吊點(diǎn)配置1臺(tái)液壓提升器和4根直徑為17.80mm的高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。提升設(shè)置簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 提升設(shè)置簡(jiǎn)圖（單位：mm）

網(wǎng)架地面組裝、調(diào)試液壓提升系統(tǒng)確認(rèn)無(wú)異常情況后，進(jìn)行試提，試提正常后，開(kāi)始正式提升，將網(wǎng)架整體提升至設(shè)計(jì)安裝位置，補(bǔ)裝后補(bǔ)桿件，后補(bǔ)桿件采用TC5610塔吊進(jìn)行補(bǔ)桿。

4 提升施工驗(yàn)算和設(shè)計(jì)

提升作業(yè)中各結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性事關(guān)網(wǎng)架提升工作的成敗，提升前需要在結(jié)構(gòu)和設(shè)備自重、風(fēng)荷載和平臺(tái)活荷載等組合荷載作用下，對(duì)網(wǎng)架和提升支承系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算和分析。驗(yàn)算分析內(nèi)容包括作為提升支承系統(tǒng)部分的原有結(jié)構(gòu)柱、懸挑提升平臺(tái)和網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)在提升過(guò)程各工況下的承載力、剛度和整體穩(wěn)定性，還應(yīng)分析網(wǎng)架在各提升點(diǎn)的不同步效應(yīng)及支承系統(tǒng)分步卸載階段的效應(yīng)。

4.1 網(wǎng)架提升過(guò)程驗(yàn)算和設(shè)計(jì)

為了解網(wǎng)架提升過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化，利用Midas Gen軟件對(duì)網(wǎng)架從地面組裝到各支座安裝就位的多個(gè)施工階段進(jìn)行計(jì)算分析。在標(biāo)準(zhǔn)組合荷載工況下整體鋼網(wǎng)架在提升過(guò)程中的位移分布、應(yīng)力比值分布分別如圖3、圖4所示。

圖3 提升工況位移分布圖（單位：mm）

圖4 提升工況應(yīng)力比值分布圖

根據(jù)提升工況計(jì)算，該工程有桿件需要替換，主要有下吊點(diǎn)臨時(shí)管連接的3個(gè)節(jié)點(diǎn)球和提升支架對(duì)應(yīng)的下吊點(diǎn)節(jié)點(diǎn)球，其螺栓球全部替換成焊接球。同時(shí)，根據(jù)上述的分析結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)在提升施工過(guò)程中，最大應(yīng)力比值為0.78＜1，滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)最大變形為-26mm，其支座間距約為38620mm，變形為跨度的1/1485，滿足規(guī)范1/400的要求。

4.2 懸挑提升平臺(tái)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)柱頂懸挑提升平臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)：提升梁規(guī)格為B200mm×250mm×12mm，分配梁、牛腿規(guī)格均為B250mm×200mm×12mm，前立柱規(guī)格為P180mm×12mm，后立柱、聯(lián)系桿件規(guī)格均為P140mm×8mm，所有臨時(shí)措施材質(zhì)均為Q235B。提升平臺(tái)各桿件之間均采用焊接方式連接，焊縫均采用熔透焊縫，焊縫等級(jí)為二級(jí)，加勁板采用角焊縫連接。懸挑提升平臺(tái)設(shè)計(jì)圖如圖5所示。

圖5 懸挑提升平臺(tái)設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

對(duì)于提升平臺(tái)的提升過(guò)程，采用空間有限元軟件Midas Gen仿真分析，應(yīng)力及剪應(yīng)力比值圖分別如圖6、圖7所示。

圖6 提升平臺(tái)應(yīng)力比值圖

圖7 提升平臺(tái)剪應(yīng)力比值圖

根據(jù)分析結(jié)果可知，提升平臺(tái)結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比值為0.76，最大剪應(yīng)力比值為0.76，桿件應(yīng)力比值均小于1，滿足要求。

4.3 提升吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

提升下吊點(diǎn)由加固桿和臨時(shí)管組成。加固桿一端焊接在網(wǎng)架焊接球上，另一端焊接在臨時(shí)管上。下吊點(diǎn)加固桿和臨時(shí)管之間均采用焊接方式連接，臨時(shí)管由圓管和底板焊接制成，底板中心開(kāi)孔。臨時(shí)管底板到下弦桿的凈距≥300mm。焊縫均采用熔透焊縫，焊縫等級(jí)一級(jí)，材料材質(zhì)均為Q235B，吊點(diǎn)設(shè)計(jì)圖如圖8所示。

圖8 吊點(diǎn)設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

4.4 主體框架結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

網(wǎng)架施工利用主體框架結(jié)構(gòu)柱，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)安裝懸挑提升平臺(tái)。網(wǎng)架整體提升時(shí)混凝土強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)值，以確保整體的穩(wěn)定性。混凝土結(jié)構(gòu)柱施工圖設(shè)計(jì)：選用C30混凝土，內(nèi)配主筋為22根HRB400?25mm鋼筋。采用Midas Gen對(duì)結(jié)構(gòu)柱在懸挑提升平臺(tái)傳力作用進(jìn)行仿真計(jì)算與分析，提升時(shí)支承結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比值為0.37，柱頂最大水平變形為15mm，均滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）中的相關(guān)要求。

4.5 支座連接設(shè)計(jì)

懸挑提升平臺(tái)采用提升埋板與結(jié)構(gòu)柱連接，預(yù)埋板和原柱端支座埋板通過(guò)連接板連接，具體如圖9、圖10所示。連接板厚度為20mm，連接板、原支座埋板、提升埋板均采用單面坡口熔透焊，焊縫等級(jí)為一級(jí)，鋼板材質(zhì)均為Q235B。經(jīng)核算錨筋抗剪承載力系數(shù)為0.524＜0.7，錨筋總截面積滿足要求。

圖9 預(yù)埋件詳圖（單位：mm）

5 結(jié)束語(yǔ)

大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架因連接節(jié)點(diǎn)多、應(yīng)力和變形較復(fù)雜、造型不規(guī)則等原因，對(duì)安裝精度要求較高，吊裝施工的難度較大。文章對(duì)采用懸挑提升平臺(tái)的鋼網(wǎng)架提升施工進(jìn)行研究，利用Midas Gen有限元軟件進(jìn)行提升過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算，并對(duì)懸挑提升平臺(tái)及吊點(diǎn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，有效地保證了施工安全。