某垃圾焚燒發(fā)電項目大跨度屋面網(wǎng)架施工技術(shù)探析

唐旭，董有順，童林浪 （長江精工鋼結(jié)構(gòu)（集團）股份有限公司，安徽 六安 237161）

0 引言

某垃圾焚燒發(fā)電項目垃圾間屋面網(wǎng)架項目位于鄭州市中牟縣鄭庵鎮(zhèn)鄭油磨村，本項目中垃圾間長100m，寬35m，結(jié)構(gòu)總高度42.7m，垃圾間下部為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，上部為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，兩側(cè)分別為卸料間和焚燒間。

圖1 垃圾間結(jié)構(gòu)軸測圖及位置

垃圾間鋼結(jié)構(gòu)主要為單層鋼網(wǎng)架屋面，具有跨度大、建筑高度高等特點，網(wǎng)架坡度3%，一端結(jié)構(gòu)標(biāo)高為42.7m，另一端為41.5m，

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)平面尺寸為100.0m×35.0m，網(wǎng)架一端厚度為2.5m，另一端厚度為1.4m，網(wǎng)架采用正放四角錐網(wǎng)架，節(jié)點均采用焊接空心球節(jié)點,上弦支承。支座形式為固定球支座。

圖2 垃圾間網(wǎng)架軸測圖

1 垃圾間鋼屋蓋施工技術(shù)

1.1 垃圾間鋼網(wǎng)架安裝方案選擇

由于垃圾間南北兩側(cè)分別為卸料間和焚燒間且混凝土框架結(jié)構(gòu)已施工完畢。

①若利用大型機械站在東西兩端進行網(wǎng)架分塊吊裝，中間部位分塊網(wǎng)架至少需要500t履帶吊方可施工，吊裝機械較大不經(jīng)濟。

②若采用網(wǎng)架累積滑移，需要額外安裝滑移梁及滑移軌道，滑移梁及滑移軌道安裝困難且安裝工期較長。

③若采用高空散拼，高空安裝作業(yè)多，焊接量大，安全和工期不能保證。

針對現(xiàn)場安裝任務(wù)重、工期緊的特點，為了經(jīng)濟高效地完成垃圾間的網(wǎng)架安裝任務(wù)，本施工技術(shù)結(jié)合焊接球網(wǎng)架及項目特點，首先在本項目的2臺20t的雙梁橋式桁車上搭設(shè)臨時固定的支撐架以及用于網(wǎng)架同步卸載的沙箱，然后將屋面網(wǎng)架依次進行地面分塊拼裝，分塊網(wǎng)架地面拼裝完成后，接著采用吊機將拼裝完成的分塊網(wǎng)架吊裝至桁車上的支撐架上并且臨時固定，然后利用固定在另一端配備有電機同步控制系統(tǒng)裝置的卷揚機進行牽引，直至網(wǎng)架分塊滑移到設(shè)計位置，最后利用支撐架上沙箱進行卸載落位固定。

該施工技術(shù)主要優(yōu)點如下。

①施工效率高，安裝方便

網(wǎng)架采用地面分塊拼裝，然后利用吊機吊裝至桁車梁上提前安裝完成的支撐架上，利用固定在另一端部配備有電機同步控制系統(tǒng)裝置的卷揚機牽引著桁車梁進行滑移，網(wǎng)架滑移至設(shè)計位置時利用沙箱進行卸載落位固定，整個流程方便快捷，操作簡單，并且網(wǎng)架采用地面分塊拼裝，拼裝效率高。

②施工質(zhì)量和安全有保證

本施工技術(shù)網(wǎng)架采用地面分塊拼裝，拼裝難度低，定位準(zhǔn)確，質(zhì)量有保障；相對高空散拼法，本施工技術(shù)高空作業(yè)量顯著減少，安全有保障。

③經(jīng)濟性顯著

本施工技術(shù)相較于網(wǎng)架累計滑移法施工，不需要額外安裝滑移梁以及滑移軌道，施工技術(shù)中使用的支撐架、沙箱均為常用物資材料制作，采購和現(xiàn)場加工均較為方便快捷，故本施工技術(shù)施工措施費少，經(jīng)濟性較為顯著。

施工技術(shù)適用范圍：本施工技術(shù)可應(yīng)用于擁有大噸位桁車廠房屋面鋼網(wǎng)架或者門剛結(jié)構(gòu)的安裝，尤其在廠房兩側(cè)長度方向上大型吊裝機械無法站位時，本施工技術(shù)優(yōu)勢明顯。

垃圾間鋼網(wǎng)架施工總體思路：

①屋面網(wǎng)架在地面進行分塊拼裝，用一臺16t汽車吊進行配合，同時在地面進行行車上支撐架焊接拼裝；

②支撐架拼裝完成后利用吊車將支撐架吊裝至垃圾間行車梁上并固定，行車使用卷揚機進行牽引，卷揚機固定于另一端的混凝土結(jié)構(gòu)上，行車的兩端綁扎上直徑φ5鋼絲繩，另一端連接卷揚機；

③牽引設(shè)備、支撐架安裝及分塊網(wǎng)架準(zhǔn)備完成后，開始使用吊機將分塊網(wǎng)架吊裝至行車上的支撐架上。

④分塊網(wǎng)架在支撐架固定牢固后，使用卷揚機對行車進行牽引，將網(wǎng)架滑移至設(shè)計指定位置，并落位至支座上。

⑤按照上述步驟分別對隨后分塊網(wǎng)架進行安裝施工。

1.2 施工前的準(zhǔn)備

1.2.1 支撐架準(zhǔn)備

①支撐架設(shè)計

根據(jù)網(wǎng)架單元最重分塊以及垃圾池上方雙橋式行車梁規(guī)格尺寸，提前設(shè)計行車梁上的支撐架，支撐架立桿采用口200×4的方鋼，腹桿采用口80×5的方鋼，上部橫桿采用HN250×125×6×9的工字鋼。

圖3 支撐架軸測圖

根據(jù)網(wǎng)架支撐點的反力，將相應(yīng)反力施加到支撐架上，進行支撐架的承載力驗算，三種不利工況如下。

正常使用狀態(tài)：1.0D+1.0L。

圖4 三種工況荷載的施加

圖5 支撐架撓度驗算(最大撓度為6.089mm)

圖6 應(yīng)力比≤1.0,強度滿足要求

承載力極限狀態(tài)：1.3D+1.5L。

②支撐架和行車梁的固定

支撐架和行車梁的固定：支撐架立柱用兩塊900×300×25鋼板配合φ25的螺桿用螺母擰緊，立柱下部和鋼板進行焊接固定，角鋼也利用φ25的螺桿用螺母擰緊，然后鋼板和角鋼進行焊接。

圖7 立柱和行車梁固定示意

圖8 現(xiàn)場支撐架安裝

1.2.2 網(wǎng)架整個吊裝過程需進行仿真模擬分析

為了確保屋面網(wǎng)架吊裝過程質(zhì)量以及安全，吊裝前需采用有限元分析軟件（如：midas gen）對整個施工過程進行有限元施工階段過程模擬分析，確保分塊網(wǎng)架在吊裝、滑移過程中網(wǎng)架的撓度以及桿件的承載力均在規(guī)范范圍內(nèi)。

圖9 網(wǎng)架分塊吊裝計算模型

1.2.3 網(wǎng)架拼裝場地準(zhǔn)備及支撐面復(fù)核

網(wǎng)架拼裝場地用碎石鋪墊，并且夯實平整。

網(wǎng)架支座下的預(yù)埋件和螺栓尺寸、大小以及位置需根據(jù)土建的有關(guān)記錄進行復(fù)測，確保預(yù)埋件和螺栓的相關(guān)設(shè)計參數(shù)準(zhǔn)確。

1.3 屋面網(wǎng)架利用桁車分塊滑移施工

結(jié)合本項目垃圾間網(wǎng)架及項目特點，具體安裝流程如下表。

1.4 分塊網(wǎng)架施工仿真模擬分析

由于拼裝、滑移過程中結(jié)構(gòu)受力與設(shè)計狀態(tài)時有所差別。一方面，邊界支撐條件和結(jié)構(gòu)受力體系可能不同；另一方面整個結(jié)構(gòu)體系是個逐步建立的過程，存在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，部分桿件受力特性可能發(fā)生改變，因此需要對施工過程中的若干關(guān)鍵工況進行施工階段過程仿真模擬分析計算，對可能發(fā)生的不利因素進行提前預(yù)警。主要分析的內(nèi)容：分塊網(wǎng)架吊裝分析；分塊網(wǎng)架滑移分析；支撐架承載力驗算；分塊網(wǎng)架施工模擬計算分析采用midasGen2019有限元分析軟件進行計算分析。

屋面網(wǎng)架安裝流程表

圖10 分塊網(wǎng)架示意

圖11 分塊滑移方向示意

施工過程中需要計算分析的內(nèi)容包括：

①吊裝過程分塊網(wǎng)架的承載力以及變形；

②滑移過程分塊網(wǎng)架的承載力以及變形；

③落入支座過程中分塊網(wǎng)架的承載力以及變形。

邊界條件：約束支撐點的水平及豎向位移。

荷載工況：恒荷載D、結(jié)構(gòu)自重由軟件自動生成，考慮1.35倍的自重系數(shù)。

荷載組合：COMB，1.35D（承載能力）；BZZH，1.0D（使用狀態(tài)）。

1.4.1 分塊網(wǎng)架吊裝驗算分析

圖12 分塊網(wǎng)架起吊最大位移及最大應(yīng)力比

通過對垃圾間十二片分塊網(wǎng)架吊裝進行分析，可以看出：結(jié)構(gòu)位移值最大的為第十二塊網(wǎng)架起吊過程，其最大位移為10.674mm，撓跨比10.674/10950=1/1026＜1/125；結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為第八塊網(wǎng)架起吊過程，最大應(yīng)力比均不超過0.81，計算結(jié)果表明十二塊網(wǎng)架的起吊過程中，網(wǎng)架均能滿足現(xiàn)場施工安裝強度和剛度的要求。

1.4.2 分塊網(wǎng)架上支撐架驗算分析

圖13 分塊網(wǎng)架上支撐架最大位移及最大應(yīng)力比

通過對垃圾間十二片分塊網(wǎng)架上支撐架進行分析，可以看出：結(jié)構(gòu)位移值最大的為第一塊網(wǎng)架起吊過程，其最大位移為2.560mm，撓跨比2.560/10950=1/4277＜1/125；結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為第六塊網(wǎng)架起吊過程，最大應(yīng)力比均不超過0.65，計算結(jié)果表明十一塊網(wǎng)架的上支撐架滑移過程中，網(wǎng)架均能滿足現(xiàn)場施工安裝強度和剛度的要求。

1.4.3 分塊網(wǎng)架卸載落入支座驗算分析

通過對垃圾間十二片分塊網(wǎng)架上支撐架進行分析，可以看出：結(jié)構(gòu)位移值最大的為第一塊網(wǎng)架落入支座時，其最大位移為30.395mm，撓跨比30.395/35750=1/1176.18＜1/125；結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為第三、四塊網(wǎng)架落入支座過程中，最大應(yīng)力比均不超過0.59，計算結(jié)果表明十二塊網(wǎng)架落入支座過程中，網(wǎng)架均能滿足現(xiàn)場施工安裝強度和剛度的要求。

1.4.4 總結(jié)

由此可見網(wǎng)架在整個分塊吊裝，上支撐架滑移以及卸載落入支座的過程中結(jié)構(gòu)的強度和剛度均滿足施工要求。

1.5 屋面網(wǎng)架利用桁車進行分塊網(wǎng)架滑移安裝監(jiān)測技術(shù)

本工程網(wǎng)架結(jié)構(gòu)高度高，跨度較大，分塊網(wǎng)架地面拼裝完成后在網(wǎng)架球節(jié)點上粘貼反射貼片，采用全站儀通過對施工過程網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的重點和關(guān)鍵部位的豎向位移和水平位移進行監(jiān)測，與該部位實際位置設(shè)計值及有限元軟件模擬值進行比較，及時發(fā)現(xiàn)偏差，并采取相應(yīng)措施進行調(diào)整，確保結(jié)構(gòu)施工過程的安全、可靠。變形監(jiān)測頻率：分塊網(wǎng)架試吊裝時監(jiān)測并記錄，分塊網(wǎng)架落入支撐架時監(jiān)測并記錄，分塊網(wǎng)架落入支座時監(jiān)測并記錄。整個屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工完成后，進行屋面施工過程中，在結(jié)構(gòu)上部增加荷載后監(jiān)測記錄每次變化值。

1.6 屋面網(wǎng)架利用桁車進行分塊網(wǎng)架滑移注意事項

①為了確保屋面網(wǎng)架吊裝過程質(zhì)量以及安全，吊裝前需采用有限元分析軟件（如：midas gen）對整個施工過程進行有限元施工階段過程模擬分析，確保分塊網(wǎng)架在吊裝、滑移過程中網(wǎng)架的撓度以及桿件的承載力均在規(guī)范范圍內(nèi)。

②網(wǎng)架分塊吊裝至支撐架上后，網(wǎng)架懸停30分鐘左右，確定網(wǎng)架分塊沒有異樣變形后，吊機再松開吊鉤，開始進行滑移。

③網(wǎng)架分塊在支撐架上固定完畢后開始進行滑移，網(wǎng)架滑移過程中速度不宜太快，保證滑移速度不超過0.5m/min。

2 結(jié)語

本工程垃圾池鋼屋蓋網(wǎng)架跨度為35.75m，網(wǎng)架支座標(biāo)高為41.50m，兩端分別為卸料間和焚燒間且混凝土框架結(jié)構(gòu)及設(shè)備已經(jīng)大部分作業(yè)完成，這樣造成了大型機械無法站在兩側(cè)進行分塊吊裝，若采用累積滑移施工需要增加額外的軌道梁等構(gòu)件，本工程垃圾間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工能夠順利實施，得益于巧妙地利用垃圾間內(nèi)的桁車梁，在桁車梁上搭設(shè)支撐架，以支撐架作為分塊網(wǎng)架滑移的載體，從而實現(xiàn)分塊網(wǎng)架安裝到位。本文從現(xiàn)場施工條件、結(jié)構(gòu)形式、施工安全、經(jīng)濟、工期等方面對施工方案進行了詳細(xì)的編制，為以后類似的工程的施工方案提供借鑒和參考。