大跨度鋼結構網(wǎng)架安裝施工技術實踐

陳勇

上海通用建筑工程有限公司 上海 201901

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展以及人民生活水平的日益提高，各種形式各異、功能多樣的工業(yè)廠房、展覽館、體育場館、大會堂等建筑物和構筑物，以滿足時代的需求。隨著建筑結構跨度的增大，傳統(tǒng)的平面結構，如梁、架、鋼架等大跨度屋蓋和承重構件已有許多的問題存在?？陀^上要求必須用空間網(wǎng)架結構來代替平面結構，使之增加外觀時尚、內部空間大、受力均勻、整體重量輕、穩(wěn)定性和安全性等優(yōu)點，被越來越多的應用于各類建筑設計中。

1 工程概況

某料場為三心圓拱形筒殼網(wǎng)架結構，支座中心跨度104m、總寬度108.785m；網(wǎng)架拱高31.818m、拱頂中心距離地面34.72m；網(wǎng)架總長度500m，共分為A區(qū)(1軸- 14 軸)、B區(qū)(15軸-28軸)、 C區(qū)(29軸-42軸)、 D區(qū)(43-56 軸)四個區(qū)段，長度分別為：124.57m、124.26m、124.26m和124.57m；本網(wǎng)架為螺栓球、焊接球混合節(jié)點的空間網(wǎng)格體系，屋面檁條采用螺栓連接的主次檁共面的方式，總建筑面積52000m2。

2 本工程特點及難點

2.1 本項目為超大跨度的筒殼網(wǎng)架結構，跨度大、高度高

支座中心跨度104m、網(wǎng)架拱頂中心高34.72m，展開面積平均用鋼量50kg/m2，跨度、高度的增加對加工精度、拼裝精度、安裝措施都提出了更高的要求。可以說本項目在國內網(wǎng)架行業(yè)具有一定的挑戰(zhàn)性，施工中要求提升機械合理配置，否則后期受吊車作業(yè)半徑限制、使用人工轉移安裝將非常困難。

2.2 本項目采用螺栓球、焊接球混合節(jié)點、且開口區(qū)域焊接球比例高

本項目共有780個焊接球節(jié)點，焊接球比例總體計算10.18%、單個開口區(qū)18.88%（個別區(qū)段33.3%），且焊接球全部位于下弦，位置從支座開始、最高點到第11層（高度27.1m）。這部分安裝即需要搭設安裝平臺，不但保證好焊接節(jié)點的空間坐標和平臺各向的剛度，而且此平臺需要能縱向滑移，一次投入能滿足更大范圍的施工安裝。

2.3 本項目施工期氣候條件不利，危險因素多

高空、風雨、酷暑等諸多復雜氣象條件使本項目的施工格外危險。對于這些不可抗力的自然因素，做好各種風險分析和措施預案是至關重要的。同時，方案和措施又受制于成本、工期因素，這是最困難的選擇。

3 方案選用分析

經(jīng)過對結構特點的分析，擬定的安裝順序為B—A—C—D，主要的安裝方法：

第一階段：B、C區(qū)安裝。從B區(qū)起步、初始階段整體吊裝，起步單元就位形成穩(wěn)定體系后吊車配合進行高空散裝，完成B、C區(qū)安裝。

具體步驟：

（1）第一塊網(wǎng)架吊裝部位選擇在17軸～19軸，寬度22.3m(起步拼裝寬度窄、網(wǎng)殼側向剛度小，不穩(wěn)定不安全；起步拼裝寬度寬、長度方向支撐跨度大則長度方向剛度小且總重量大，吊裝困難，經(jīng)過權衡考慮選擇兩個柱距起步拼裝)。

（2）拼裝時由A軸開始，支座焊接固定，支座球不焊接，利用支座板的弧形槽做轉動鉸，埋件一側焊接耳板，用于穿鋼索拉結網(wǎng)架，使弧形槽真正起到轉動鉸的約束作用。施工人員在地面(較低的高度)拼裝拱殼網(wǎng)架，隨著拼裝長度和拱高的增加，兩側對稱布置兩臺吊車配合跟進提升，保持作業(yè)點高度在接近地面的較低的高度。

（3）起步階段利用的是網(wǎng)殼自身的剛度，隨著安裝長度的延伸， A軸支座鉸節(jié)點的受力也會逐漸增大，網(wǎng)殼的水平張力和水平位移也會越來越大，當總拼裝長度50m后須在吊點位置增加設置水平張力索，以保證拱殼弦長在控制范圍內，同時拼裝長度達到2/3時為保證整體拱架的穩(wěn)定，在靠近A軸一側1/3的位置，加設兩臺吊車，保證腰部支撐剛度和拱架的整體穩(wěn)定。

（4）距B軸4個網(wǎng)格時弦長已非常接近混凝土底座，必須提升至基礎支座上方拼裝。

（5）四臺吊車在4/5和1/3的對稱位置就位，B軸線外用小噸位汽車吊輔助散裝，這部分必須連續(xù)安裝直至完成。

（6）高空散裝階段可以用50T 汽車吊，站于網(wǎng)架散裝區(qū)域前方配合作業(yè)。

第二階段：A、D 區(qū)安裝。網(wǎng)架安裝進行到A、D 區(qū)后，將采用高空散裝與拼裝平臺安裝相結合的方式進行。

（1）拼裝平臺采用螺栓節(jié)點網(wǎng)架結構作為主體，平臺網(wǎng)架頂部作業(yè)面寬12m，底層向兩端延長各6m以增強平臺網(wǎng)架的側向穩(wěn)定，平臺寬度21.37m分三排布置形成4-2-4共10個支座，支座連接橫梁和滑輪托板，單區(qū)軌道總長度138.72m完全覆蓋A、D區(qū)的焊接球區(qū)域，平臺分為左右兩塊、間距56.96m，滿足兩側各10行下弦焊接球的施工需要。頂部腳手板距離桶殼內弧曲線650mm、最大高度23.1m，上弦位置鋪設橫向腳手板，網(wǎng)架內掛設爬梯籠。

（2）網(wǎng)架安裝先從B區(qū)延伸到A區(qū)，伸縮縫位置通過連接桿件暫時將兩區(qū)網(wǎng)架連接成一個整體，待A區(qū)網(wǎng)架安裝出5個軸線、形成絕對穩(wěn)定的體系后拆除該連接桿件，從而保持A、B區(qū)網(wǎng)架的獨立。B—C區(qū)、C—D區(qū)的收縮縫延續(xù)同樣的安裝方法。

（3）網(wǎng)架到達A區(qū)后先安裝拱頂中央56.96m寬度的螺栓球網(wǎng)架，使其跨越支撐在兩側的拼裝平臺上，然后利用上弦、周邊的螺栓球角度和桿件初定焊接球的位置、測量無誤后焊接腹桿、下弦。即該部分形成從弧頂?shù)街ё鶅蓚€班組、兩個方向的局面。

4 特別事項

（1）安裝走向計劃：本項目網(wǎng)架由伸縮縫分為四個單體，總長度500m。主體吊裝后分左右兩個安裝方向、優(yōu)先突出A區(qū)方向，以期盡快完成A區(qū)的焊接球拼裝后將該拼裝平臺拆除、轉移至D區(qū)重新安裝，這樣軌道、平臺都可以最大化得以利用。

（2）設備使用方面：汽車吊是網(wǎng)架安裝的主要機械設備，根據(jù)作業(yè)條件分析，現(xiàn)場將主要使用50t、80t兩種型號的吊車，主體吊裝時臨時租用150t汽車吊進行B軸位的抬升就位。使用履帶吊可避免汽車吊支架展開的時間，提高工作效率，同時提高了設備對場地的適應性，屆時可根據(jù)實際情況予以調整。

（3）場地準備方面：現(xiàn)場施工場地還是網(wǎng)架構件的堆放、分揀、拼裝場地，A、D區(qū)分布六道軌道基礎，土建單位應先平整、壓實，表面硬化或鋪石子、石粉，同時做好排水措施，否則遇到降雨天氣，球節(jié)點、桿件等構件極易受到泥漿、沙 土的沾染和水浸，不但增大了清理的難度和工作量，而且污染了螺紋、螺孔對安裝也是非常不利的。軌道基礎在降雨后應及時觀測，發(fā)現(xiàn)塌方、沉降須及時回填、支撐，確保軌道的平整、壓實。

（4）技術措施方面：為增強起步階段網(wǎng)架的剛度，應分不同的跨度、階段對起步范圍的網(wǎng)架構件進行演算，演算時先固定構件規(guī)格截面，然后按施工的工況支撐條件多次進行，對出現(xiàn)的超應力(或高應力比)桿件可做增大截面處理，此增加截面的桿件整體調整就位后不拆除更換，屬永久增加。

（5）工序安排方面：考慮到屋面檁條較重、網(wǎng)架安裝后普通吊車無法有效覆蓋作業(yè)面，故計劃將檁條構件滯后于網(wǎng)架主 體一個網(wǎng)格的距離同步進行，主體吊裝區(qū)域則與網(wǎng)架同步安裝，雖然起吊重量有所提高，但檁條安裝后結構剛度提高了對整體吊裝也是較為有利的。同時網(wǎng)架在拼裝、散裝過程中可及時穿插油漆涂刷，及時修復安裝和吊索對網(wǎng)架油漆造成的損傷，盡可能減少反復進行的高空作業(yè)。

5 施工部署

根據(jù)網(wǎng)架的結構型式和結構特點，網(wǎng)架施工以14~15、28~29、42~43線伸縮縫為界，劃分為四個區(qū)域，1~14線為A區(qū)、15~28線為B區(qū)、29~42線為C區(qū)、43~56線為D區(qū)。將本工程分為A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)四個施工區(qū)，其中B區(qū)、C區(qū)為螺栓球節(jié)點，A區(qū) 、D區(qū)為螺栓球、焊接球混合節(jié)點，整體施工順序為： B-A-C-D，17-19軸整體拼裝完成后， A、B兩區(qū)同時作業(yè)，然后逐漸過渡到C-D區(qū)。

5.1 劃整為零、分區(qū)實施

由于工期緊，為保證整個工程各專業(yè)施工工期，更加合理的安排施工，確保工程總進度，鋼結構安裝從B區(qū)開始，待主體吊裝就位后分A、C兩個方向和工作面同步展開。按照總體部署，先施工B區(qū)、A區(qū)，后施工C區(qū)、D區(qū)。

5.2 順序方向、次序分明

確定施工重點，合理組織安排施工順序和方向，使整個施工緊密銜接，避免資源的無序流動和浪費。

具體方案為： B區(qū)、C區(qū)網(wǎng)架施工采用整體拼裝，形成穩(wěn)定單元體系后，高空散裝安裝法。A區(qū)、D區(qū)伸縮縫處采用整體拼裝，形成穩(wěn)定單元體系后，將采用高空散裝與拼裝平臺安裝相結合的方式進行。屋面檁條構件滯后于網(wǎng)架主體一個網(wǎng)格的距離同步進行，采用分設法安裝。在確保重點區(qū)域的前提下，先施工B區(qū)，后施工A區(qū) 、C區(qū)和D區(qū)。B區(qū)施工時從17-19/A-B 軸線開始，地面分成四段拼裝，吊機配合高空組裝，形成穩(wěn)定單元體系。形成穩(wěn)定單元體系后兩側(17→A區(qū)、19 →C區(qū))可同時用吊機輔佐高空安裝。

6 主要施工安裝技術要點

6.1 施工流程

材料進場→材料堆放→材料的報驗→工序交接→基礎復測(軸距、跨度、標高)→四角的拼裝→整體拼裝→整體吊裝→高空散裝→桿件、螺栓球補漆及維護。

6.2 吊機選擇

網(wǎng)架鋼結構根據(jù)施工總安排，在網(wǎng)架分段組裝最長時，提升考慮選擇4臺150t汽車吊或履帶吊作為主導機械。高空散裝階段考慮使用50t汽車吊，站于網(wǎng)架散裝區(qū)域前方配合作業(yè)。150t吊機作業(yè)半徑10m，吊臂長30m的工況下，組裝后單件最大重量為126t，吊機均能滿足所有構件吊裝要求。

6.3 安裝施工具體方法

本項目網(wǎng)架將按照A←-B-→C-→D的方向進行，除材料進場作業(yè)準備階段外，根據(jù)其作業(yè)特點的不同，安裝作業(yè)可分為B、C區(qū)的主體吊裝+高空小單元吊裝和A、D區(qū)的高空小單元吊裝+安裝平臺混合節(jié)點安裝兩個階段。

6.3.1 進場作業(yè)準備

進場后的材料須分規(guī)格型號有計劃擺放、螺栓球地面須做防護鋪墊并準備足夠的場地分類鋪開以便于查找。根據(jù)安裝需要，安裝前打開桿件及螺栓球的塑料保護塞，掏出桿件螺栓并上好套筒、頂絲，配好該處的球和桿件，一名隊員找準球孔位置，分別對接兩根腹桿，用扳手或管鉗擰套筒螺栓，接著再有一名隊員抱一上弦桿(朝天桿)，另一名隊員迅速將螺栓對準相應的球孔，用搬手或管鉗將此上弦桿擰緊到位，在擰緊過程中，腹桿隊員晃動桿件，以使桿件與球完全擰緊到位。此項工作完畢后，再裝另一根上弦桿(翅膀)，找準球孔，擰緊螺栓到位，根據(jù)安裝計劃，將拼好的小單元四角錐擺放整齊。

螺栓擰緊標準：套筒與球端面，套筒與桿件端面無間隙，輕敲套筒無松動即視為擰緊。同時按要求做好材料報審和現(xiàn)場檢測、驗收工作，做好各種臨時支撐上下爬梯等工裝準備工作。另外，150t汽車吊站位地基要密實，鋪設石子，用震動型壓路機反復碾壓。

6.3.2 主體吊裝

本網(wǎng)架的主體吊裝范圍為17-19/A-B軸線的一塊（圖1），該部分網(wǎng)架結構總重量約126t。本項目主體吊裝時提升力最大點是第四階段的主吊點，吊機作業(yè)半徑10m，吊臂長30m。經(jīng)查150t汽車吊的作業(yè)性能，B軸線主吊位置的允許吊重為40.1t，實際需求力為28.83t，完全可以滿足需求。跨中1/3輔助位置僅為滿足網(wǎng)架穩(wěn)定需求，吊機提升里需求小于20t，使用150t汽車吊不只考慮到其起重性能滿足要求，更重要的是考慮到型號相同的吊車在吊裝配合方面會更協(xié)調同步。

圖1 第一榀網(wǎng)架吊裝示意圖

主體吊裝部分的結構演算按步驟1-4分階段進行，吊裝采用一臺吊車單吊點的作業(yè)方法，計算過程中對應力比大于1的為超應力桿件，對出現(xiàn)超應力的個別桿件做加大截面的處理方式。

6.3.3 高空散裝

主體吊裝就位后網(wǎng)架支座須做定位焊接，隨后進入高空散裝階段[2]。

（1）高空散裝人員的防護措施

高空散裝時，沿網(wǎng)架弧線方向設置輕質高強爬梯，以供人員上下及作業(yè)面的轉移。考慮網(wǎng)架安裝時受工作機械及場 地的影響，無法掛設安全網(wǎng)，計劃在靠近鋼爬梯部位的1.2 m腹桿處，設置規(guī)格為φ10的安全繩，人員行走時，安全帶打在安全繩上，到螺栓球節(jié)點作業(yè)平面處穩(wěn)定下來，打好安全帶。隨著散裝向前推進，爬梯向前推移。

（2）高空散裝具體方法

高空散裝的構件是在地面拼裝的四角錐小單元，小單元由一個球節(jié)點以及相連的四根(三根)桿件組成，單次起吊重量小于500kg。對吊機的要求主要是作業(yè)半徑和吊臂長，盡可能減少吊車移動的次數(shù)。高空散裝階段計劃使用50t汽車吊，站于網(wǎng)架散裝區(qū)域前方配合作業(yè)。高空散裝時，從中間向兩端按一格拼裝，且兩端對稱安裝，以防止懸挑尺寸過大對網(wǎng)架撓度造成影響(圖2)。

圖2 吊裝過程效果圖

7 結語

本工程跨度大、拱度高，安裝過程中需重點考慮危險源 防護措施、結構本體安全、地耐力承載以及螺栓球本身的質量等諸多因素。通過本工程施工安裝的全程跟蹤及監(jiān)控，以下幾點值得今后類似工程借鑒和考量：

第一段起步跨在施工中全部為地面作業(yè)，克服了高空拼裝可能帶來的高空墜落、物體打擊等不利因素； 通過設計深化解決了網(wǎng)架本體在安裝過程中的結構安全、穩(wěn)定(如焊接球修改為螺栓球),不僅降低了高空作業(yè)難度，而且達到工期優(yōu)化、降本增效的目的；安裝過程中對施工場地的預處理(除起步段外)要求不高，可以減少一部分施工措施成本。

總之，網(wǎng)架結構在大跨度結構中運用越來越廣泛,隨著國內基礎設施建設、工業(yè)化、城鎮(zhèn)化建設的需要,大量建筑物的建設為大跨度及空間網(wǎng)架鋼結構的發(fā)展提供了機遇[3]。本工程網(wǎng)架結構的安裝技術對大型工業(yè)儲料廠房來說：不僅降低了大跨度網(wǎng)架結構在空間上施工難度，而且消除了施工過程中的諸多安全隱患，在國內大型網(wǎng)架安裝方 面具有一定的指導性。但網(wǎng)架結構在投入營運后的維護、維修等方面仍值得深思。