“原位拼裝、整體頂升”法施工技術(shù)在大跨度空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)屋面中的應(yīng)用

李鑫

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安 271000）

1 工程概況

大西高鐵侯馬西站站房擴(kuò)建工程由中鐵十四局集團(tuán)有限公司承建，設(shè)計(jì)理念為在既有火車(chē)站基礎(chǔ)上接建新建站房，原則上不改動(dòng)原有建筑，僅做必要性拆改、裝修，盡最大可能維持原建筑使用和火車(chē)站運(yùn)營(yíng)，總建筑面積12645.16m2。

新建站房屋面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)采用正放四角錐體系，網(wǎng)架設(shè)計(jì)跨度39m，懸挑7.2m。

建筑設(shè)計(jì)高度：室外地坪至屋檐與屋脊平均高度21.6m，網(wǎng)架最大安裝高度19.8m。設(shè)計(jì)使用年限：50 年。

2 一般規(guī)定及制作要求

2.1 一般規(guī)定

2.1.1 鋼管、網(wǎng)架支座立柱及加勁板采用Q355B，檁條、檁托鋼構(gòu)件采用Q235B。采用熱浸鍍鋅技術(shù)對(duì)主檁、次檁表面進(jìn)行處理。材料各項(xiàng)性能指標(biāo)必須經(jīng)檢驗(yàn)鑒定合格方可使用。

2.1.2 空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)屋面構(gòu)件的加工、安裝及測(cè)量放樣可采用鋼尺、經(jīng)緯儀、全站儀等儀器設(shè)備。

2.1.3 主體框架結(jié)構(gòu)施工完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)定位軸線和標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)核驗(yàn)收支座預(yù)埋鋼板的精確性。屋框梁最短邊為39000mm，設(shè)計(jì)規(guī)范中結(jié)構(gòu)定位軸線允許偏差L/20000，且≤3.0mm，經(jīng)計(jì)算得出允許偏差不大于2mm。支座定位軸線不大于1mm，支座底標(biāo)高允許偏差±3.0mm。

2.1.4 鋼構(gòu)件涂裝前，應(yīng)對(duì)構(gòu)件表面打磨處理。

2.2 制作要求

2.2.1 用于桿件及球型節(jié)點(diǎn)加工拼裝的設(shè)備或胎具應(yīng)進(jìn)行調(diào)試，試拼合格后方可用于施工生產(chǎn)，各桿件及球型制作的拼裝單元應(yīng)保證精度和互換性。

2.2.2 空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)焊縫要求

（1）所有構(gòu)件的對(duì)接拼接節(jié)點(diǎn)均為等強(qiáng)度連接，采用坡口全熔透焊，焊縫質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)。

（2）球型支座處連接焊縫等級(jí)為一級(jí)，其他的坡口為全熔透焊二級(jí)焊縫，角焊縫等級(jí)為三級(jí)。

（3）構(gòu)件焊接收縮量大的部位應(yīng)先行焊接，采用分區(qū)對(duì)稱(chēng)跳焊，避免結(jié)構(gòu)變形。

（4）構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行焊縫質(zhì)量和無(wú)損探傷的檢驗(yàn)，檢測(cè)方法及結(jié)果滿(mǎn)足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB50205-2020）要求。

2.2.3 結(jié)構(gòu)所涉及各種類(lèi)型鋼管桿件必須采用先進(jìn)適用的工藝設(shè)備加工，通過(guò)查表及理論計(jì)算確定桿件下料長(zhǎng)度需考慮的預(yù)加焊接收縮量。桿件制作長(zhǎng)度的允許偏差為±1mm。

2.2.4 球型支座安裝前應(yīng)檢查預(yù)埋鋼板平整度，平整度偏差值不滿(mǎn)足規(guī)范要求時(shí)采用調(diào)平鋼板進(jìn)行調(diào)整。

3 施工方法

3.1 選擇方案

3.1.1 根據(jù)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、桿件受力分布和構(gòu)造形式特點(diǎn)，充分考慮構(gòu)件施工質(zhì)量、施工作業(yè)安全條件，結(jié)合工期、成本及施工現(xiàn)場(chǎng)條件綜合商榷，高空散裝施工工藝高空焊接工作量大，焊縫質(zhì)量不易控制，且高空原位安裝作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大，危險(xiǎn)性高。網(wǎng)架采用焊接形式，整體吊裝吊點(diǎn)若選擇不合理易造成網(wǎng)架整體變形，吊裝難度大。

3.1.2 綜上所述，最終共同論證確定鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體采用“原位拼裝、整體頂升”的施工方法。在地面原位焊接拼裝，拼裝完成后采用支點(diǎn)液壓頂升系統(tǒng)進(jìn)行整體同步頂升。充分利用了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量易控，有利于縮短工期，節(jié)約成本。整體頂升過(guò)程需確保各區(qū)域的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，控制同步頂升的精度。

圖1 網(wǎng)架布置圖

圖2 網(wǎng)架剖面圖

3.2 確定施工順序

總體施工工藝流程為：球體、桿件下料、場(chǎng)內(nèi)加工涂裝→出廠驗(yàn)收→網(wǎng)架頂升支點(diǎn)硬化→網(wǎng)架球體、桿件等材料焊接拼裝、焊縫檢測(cè)、補(bǔ)漆→網(wǎng)架頂升支架及設(shè)備安裝、調(diào)試→試頂→檢查系統(tǒng)狀態(tài)、驗(yàn)收→正式頂升→頂升至設(shè)計(jì)高度→柱頭就位點(diǎn)網(wǎng)架拼裝、封邊及安裝網(wǎng)架支座→頂升就位→落架→檢查驗(yàn)收→拆除頂升支架。

3.2.1 網(wǎng)架頂升支點(diǎn)硬化。

頂升支點(diǎn)位置施做鋼筋混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸為2.5*2.5*0.5m， 基 礎(chǔ) 配 筋 形 式：T X＆Yφ20@200；B X＆Yφ20@200，拉筋φ8@600，梅花形布置。

圖3 頂升支點(diǎn)基礎(chǔ)平面布置示意圖

3.2.2 網(wǎng)架頂升支架及設(shè)備安裝調(diào)試。

（1）頂升系統(tǒng)包含千斤頂?shù)鬃?.5m*1.5m*20mm 鋼板）；具有自鎖裝置的千斤頂，千斤頂噸位100t；電磁閥液壓泵站；支架（標(biāo)準(zhǔn)節(jié)1.2m、主鋼管φ219*10、法蘭盤(pán)T=20），中央計(jì)算機(jī)數(shù)控控制臺(tái)，支撐卡件（2cm 厚鋼板、主鋼管φ219*10、肋管φ89*4、托盤(pán)T=20）等組成。液壓泵站與液壓千斤頂配套標(biāo)定、配套使用，中央計(jì)算機(jī)數(shù)控臺(tái)通過(guò)各頂升支點(diǎn)處液壓泵站探測(cè)器監(jiān)控泵站油壓數(shù)據(jù)及千斤頂行程值反饋，調(diào)整各支點(diǎn)頂升高度。

（2）各標(biāo)準(zhǔn)節(jié)采用高強(qiáng)螺栓連接，螺栓扭力值應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。液壓千斤頂自鎖裝置提高了設(shè)備使用的安全性，頂升過(guò)程中若出現(xiàn)油管爆裂及千斤頂漏油的突發(fā)情況時(shí)，自鎖裝置可以對(duì)千斤頂活塞保持鎖死狀態(tài)，防止頂升支架下滑引起網(wǎng)架失穩(wěn)，避免事故發(fā)生。采用圓形托盤(pán)及支撐卡件固定在網(wǎng)架上弦球節(jié)點(diǎn)，利用四處球鉸支撐與上弦球節(jié)點(diǎn)連接，避免因重量偏心大導(dǎo)致頂升系統(tǒng)損壞，保證頂升過(guò)程平穩(wěn)運(yùn)行（圖4）。

圖4 頂升立面示意圖

3.2.3 試頂、檢查系統(tǒng)狀態(tài)、驗(yàn)收

頂升系統(tǒng)安裝完成后進(jìn)行試頂，頂升100mm 后關(guān)閉頂升設(shè)備，懸停24h 后對(duì)網(wǎng)架桿件及頂升支點(diǎn)進(jìn)行檢查。檢查網(wǎng)架桿件是否彎曲變形，支架是否偏斜、失穩(wěn)，頂升支點(diǎn)處基礎(chǔ)是否出現(xiàn)裂縫、地面是否出現(xiàn)不均勻沉陷。經(jīng)上述檢查后無(wú)異常，可繼續(xù)頂升，若出現(xiàn)問(wèn)題則需根據(jù)具體問(wèn)題進(jìn)行方案調(diào)整及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

3.2.4 正式頂升、頂升至設(shè)計(jì)高度

（1）整體液壓頂升通過(guò)液壓機(jī)在數(shù)控操作端利用傳感監(jiān)測(cè)和計(jì)算機(jī)控制，保證各個(gè)頂點(diǎn)同步頂升至設(shè)計(jì)高度。頂升支點(diǎn)選用10 個(gè)頂升點(diǎn)，頂升支架以1.2m 高度為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，連接采用高強(qiáng)螺栓法蘭連接，液壓千斤頂噸位100t，千斤頂最大行程1.25m，設(shè)備高度1.6m。

（2）頂升油缸安裝在支架與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)頂升支點(diǎn)之間，上部與網(wǎng)架頂升支點(diǎn)固定連接。油缸加壓使千斤頂處于受力狀態(tài)，檢查頂升系統(tǒng)正常及支點(diǎn)穩(wěn)固后進(jìn)行正式頂升。通過(guò)控制油缸壓力及千斤頂行程，確保網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上升速度符合方案要求，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。支架頂升高度大于1.2m 后安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)采用高強(qiáng)螺栓固定，完成連接后回落油缸，拆除千斤頂及頂升吊臂，將千斤頂與底部標(biāo)準(zhǔn)節(jié)重新對(duì)接，然后繼續(xù)進(jìn)行頂升。循環(huán)往復(fù)直至把網(wǎng)架頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下弦球最高點(diǎn)設(shè)計(jì)高度為17.95m，按照（14*1.2+1.15）m 分次進(jìn)行，共需頂升15 次。

（3）開(kāi)始階段每頂升200mm 后對(duì)網(wǎng)架各頂升節(jié)點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，若各頂升點(diǎn)標(biāo)高差≤15mm 時(shí)，則每次頂升高度可放寬至1200mm。

達(dá)到一定頂升高度后考慮風(fēng)荷載影響網(wǎng)架及頂升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，每頂升5m 在每個(gè)頂升架增加4 根φ12 鋼絲繩作為纜風(fēng)繩，增強(qiáng)頂升穩(wěn)定性。當(dāng)頂升至6m，14.4m分別在網(wǎng)架四角設(shè)置纜風(fēng)繩，頂升支架四面設(shè)置鋼絲繩，將網(wǎng)架和頂升支架連接成倒三角，每次頂升后固定拉緊，便于調(diào)整網(wǎng)架水平位置偏差，提高網(wǎng)架及頂升系統(tǒng)的整體性和抗傾覆性。

圖5 支點(diǎn)示意圖

圖6 網(wǎng)架頂升第一、第二、第三步示意圖

圖7 網(wǎng)架頂升第四、第五、第六步示意圖

圖8 支架與液壓油頂頂升立面示意圖

3.2.5 柱頭就位點(diǎn)網(wǎng)架拼裝、封邊及安裝網(wǎng)架支座、頂升就位、落架。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)頂升至17.95m 后，焊接拼裝網(wǎng)架柱頭就位點(diǎn)桿件。網(wǎng)架拼裝完成后安裝球型支座并對(duì)封邊結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，焊接采用分區(qū)跳焊，防止構(gòu)件因焊接受熱產(chǎn)生變形。制作安裝時(shí)應(yīng)采用螺旋千斤頂進(jìn)行支撐，避免千斤頂長(zhǎng)期受壓產(chǎn)生變形導(dǎo)致網(wǎng)架結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。網(wǎng)架懸挑桿件及封邊拼裝完成后，回落千斤頂使網(wǎng)架緩慢回落至設(shè)計(jì)高度，支座受力穩(wěn)定后卸載千斤頂，檢查平面位置及標(biāo)高偏差。

3.2.6 拆除頂升支架

頂升支架拆除遵循先中間、后四周、同步對(duì)稱(chēng)的原則進(jìn)行。千斤頂卸載時(shí)應(yīng)通過(guò)中央計(jì)算機(jī)數(shù)控控制臺(tái)調(diào)節(jié)，保證各支點(diǎn)同步卸載，防止支架失穩(wěn)傾覆。

4 交驗(yàn)

4.1 空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的制作、拼裝、頂升及落架的每道工序必須嚴(yán)格落實(shí)工序檢查制度，未經(jīng)檢查并簽署工序質(zhì)量驗(yàn)收交接單的不得進(jìn)行下一道工序的施工。每道工序的檢查記錄必須形成紙質(zhì)版質(zhì)量驗(yàn)收文件，并匯總封存，結(jié)構(gòu)整體完成后進(jìn)行交工驗(yàn)收。

4.2 組成空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)、桿件、高強(qiáng)螺栓和其他配件均需提供出廠合格證及送檢實(shí)驗(yàn)報(bào)告，與竣工資料封檔留存。

5 總結(jié)與建議

5.1 空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的輕型、堅(jiān)固、大跨度等特點(diǎn)使其在公共建筑施工領(lǐng)域得到越來(lái)越多的推廣應(yīng)用，合理的施工工藝是衡量施工方案可行性的總要指標(biāo)。通過(guò)理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐確定設(shè)備選型及機(jī)械參數(shù)，從而使施工安全得到保障。

5.2 本項(xiàng)目采用的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)液壓整體頂升施工，可以滿(mǎn)足網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在任意高度停留并進(jìn)行臨時(shí)鎖定。各頂升支點(diǎn)處的千斤頂可單獨(dú)操控，保證了安裝精度。

5.3 大跨度空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)屋面“原位拼裝、整體頂升”技術(shù)施工效率高，并能保證施工質(zhì)量、降低安全風(fēng)險(xiǎn)。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)整體受力，頂升的重量、高度、跨度、面積等基本不受限制，實(shí)現(xiàn)了工程的既定安全、質(zhì)量和工期目標(biāo)，提高了項(xiàng)目的綜合效益。