大跨度網架整體提升技術的研究與應用

常州第一建筑集團有限公司 常州 213001

1 工程概況

新譽宇航股份有限公司飛艇庫全長101.50 m，跨度70.00 m，建筑高度45 m。飛艇庫結構為四肢鋼構柱網架結構，柱距15.00 m，其屋蓋采用2層正交正放網架，網架下弦標高中心線40.20 m，網格尺寸為5.00 m×5.00 m，網架厚度2.85～3.90 m，網架桿件截面均為圓鋼管，節點均為焊接空心球節點，支座均為平板支座。艇庫大廳鋼屋蓋結構質量約900 t，整體提升高度40 m。飛艇庫實景如圖1所示。

2 施工總體思路

四肢鋼管格構柱在工廠分2段制作、預拼裝，運抵現場組裝成整體后吊裝。網架球、桿件在工廠內制作、拼裝成小單元件，在現場地面胎架上從中間向四周拼裝成網架整體后，采用在柱頂安裝的16臺液壓提升器，通過上、下提升吊點，將網架整體提升至柱頂支座就位后，安裝支座周邊桿件，形成屋面網架整體，再安裝柱間支撐、圍護結構等。

總體施工流程為：鋼構件加工制作→車間內拼裝單元網架→四肢鋼管格構柱現場拼、吊裝→現場制作網架拼裝胎具→單元網架現場拼裝成整體→網架驗收→提升支架設計、安裝→桿件替換、局部吊點加固→提升鋼絞線連接上、下吊點→液壓提升器配置→試提升、工況檢查→網架整體提升至設計位置→網架整體與柱頂支座就位→支座周邊桿件安裝，網架整體成型→同步、分級卸載，網架檢查→提升系統及臨時設施拆除→柱間支撐、屋面及墻面圍護系統等安裝。

3 施工工藝及關鍵施工技術

3.1 四肢鋼管格構柱安裝

1）鋼柱現場拼裝。四肢鋼管格構鋼柱分2段（29.95 m+11.75 m）運抵現場后進行拼裝。拼裝支架采用型鋼制作，支架上口畫端面定位線、中心線，作為鋼柱拼裝驗收的依據，并設置沉降觀測點，保證水平度為±1 mm。拼裝時要求50%的拼接節點避免在同一截面進行接口焊接，錯開拼接接口間距＞1 000 mm（圖2）。

圖1 飛艇庫實景

圖2 四肢格構鋼柱現場對接示意

2）鋼柱吊裝。四肢鋼管格構鋼柱整體吊裝采用1臺3 000 kN和1臺1 000 kN汽車吊，用旋轉法將鋼柱起吊，懸空4 m后暫停，隨后3 000 kN主吊機提升吊鉤、1 000 kN副吊機停止上升，面向內側旋轉，使柱逐漸由水平轉至垂直安裝狀態，用3 000 kN汽車吊吊裝鋼柱與柱腳就位。為控制鋼柱安裝位置，在柱腳杯口混凝土中預留鋼板埋件，用于放置千斤頂，以調整柱腳位移。鋼柱就位后，縱向設置4個方向的鋼絲纜風繩，與地面夾角≥60°，以保證鋼柱整體穩定（圖3、圖4）。

圖3 千斤頂調整柱腳位移示意

圖4 鋼絲纜風繩示意

3）柱間支撐安裝。由于鋼管格構柱的柱間支撐影響網架整體提升，因此，需待網架整體提升就位后，再用汽車吊進行吊裝。

3.2 屋面網架安裝

3.2.1 網架地面拼裝

1）拼裝胎具（圖5）。現場拼裝地面應全部進行硬化，以滿足拼裝時的總體荷載要求。按照圖紙尺寸和軸線在地面測放下弦球平面控制網，交點即為球心的投影點。拼裝時網架球放在胎具鋼管頂部，為保證下弦球球心標高的一致性，鋼管的長度應根據球直徑、胎具頂部標高分別進行計算。

2）網架拼裝（圖6）。為加快進度，減少現場工作量，采用車間拼裝和現場拼裝相結合的方式，形成多點、多面流水作業，加快地面拼裝進度，控制安裝精度。網架結構在設計安裝位置正下方的地面拼裝胎具上，從中間向四周方向拼裝，以減少網架拼裝累計誤差。大跨度焊接球網架在地面組裝過程中應考慮起拱，起拱值通過計算得出。屋面檁條、吊車連接件、⑧軸處馬道和大門連接件、消防及動力管道等同步安裝[1-2]。

圖5 拼裝胎具

圖6 網架地面拼裝示意

3.2.2 提升吊點布置

1）提升吊點設計。結合本工程網架的結構特點，采用SAP2000三維通用結構分析設計程序和浙江大學空間網格結構分析設計軟件MSTCAD進行提升吊點設計和提升過程模擬，設計布置16個提升吊點，布置于軸、軸格構柱頂（圖7）。用MST軟件計算各吊點的反力，網架提升時各提升吊點反力值如表1所示。

2）桿件替換及加固。網架提升時受力情況應盡量與設計受力情況接近。通過分析提升吊點周邊桿件抽空后的工況，計算提升吊點支座反力、網架下弦豎向撓度及超應力桿件應力比，對網架桿件進行調整或臨時加固，并驗算臨時桿件與網架連接的節點強度和焊縫受力情況。軸、軸線原結構部分桿件（5 m×5 m范圍內）待網架提升到位后安裝。

圖7 提升吊點布置示意

表1 各提升吊點反力值匯總

3）網架提升上吊點設置。根據對網架結構特點、各吊點提升反力值進行分析，提升上吊點通過在格構柱頂上設置格構式提升支架，提升梁前端開槽以便于提升器和鋼絞線的安裝和拆除，鋼絞線采取由上至下穿法。為保證提升到位后支座周邊桿件的預留位置，提升梁偏離提升支架中心軸線440 mm。

4）網架提升下吊點設置。提升下吊點與被提升結構相連，再通過提升專用地錨、鋼絞線與提升上吊點的液壓提升器相連，通過提升器的伸缸與縮缸過程反復作業，完成結構的提升工作。本工程下吊點均采用在提升上吊點正下方位置安裝臨時球結構方式，下吊點附近的原結構局部加固，此種吊點形式較為簡便，并減小對原結構本體的改變。同時，為預留提升到位后支座周邊桿件的安裝位置，下吊點與原結構主弦桿呈10°夾角（圖8）。

圖8 下吊點臨時球結構示意

5）上、下吊點必須保證其垂直度，允許誤差控制在-1～+1°范圍內。地錨結構安裝在專用吊具的內部，要求每套地錨與其正上方的液壓提升器、提升吊點結構開孔垂直對應、同心安裝。

3.2.3 液壓提升器配置

1）本工程屋面網架系統提升總質量約900 t，共設置16個提升吊點，①軸、⑧軸每個吊點配置1臺TJJ-600型液壓提升器，共4臺，每臺額定提升能力600 kN，配置4根φ17.80 mm的鋼絞線；②軸～⑦軸每個吊點配置1臺TJJ-2000型液壓提升器，共12臺，每臺額定提升能力為2 000 kN，配置12根φ17.80 mm的鋼絞線，單根鋼絞線破斷拉力為360 kN（實際根據吊點反力配置鋼絞線數量）。

2）提升設備的使用裕度大于規程允許的1.25值，鋼絞線的安全系數均大于規程允許的2.50值，滿足施工要求。

3）液壓提升器為穿心式結構，中間穿鋼絞線，兩端設有主動錨具，利用楔形錨片的逆向運動自鎖性，卡緊鋼絞線向上提升。

3.2.4 試提升

1）提升前確認將要經過的空間無任何障礙物、懸掛物，與提升結構無關的一切荷載全部去除，對網架結構、提升設施、提升設備系統進行觀察和監測，確認符合模擬工況計算和設計條件，保證提升過程的安全。

2）以主體結構理論載荷為依據，各提升吊點處的提升設備進行分級加載，依次為20%、40%、60%、80%。確認各部分無異常的情況下，可繼續加載至90%、100%，直至網架結構全部離地。

3）每次分級加載后均應檢查相關受力點的結構狀態，通過全站儀跟蹤監測網架結構的高差及下撓，以便離地后進行調平，加載過程中各項監測數據均應做好完整記錄。

4）當分級加載至網架結構即將離開拼裝胎架時，可能存在各點不同時離地，此時應降低提升速度，并密切觀察各點離地情況，必要時做“單點動”提升。確保結構離地平穩，各點同步。

5）分級加載完畢，結構提升離開拼裝胎架約50 mm后暫停，停留12 h做全面檢查，停留期間組織專業人員對提升支架、網架結構、提升吊具、連接部件、各提升設備進行專項檢查。

6）停留期完畢后，各專業組對檢查結果進行匯總，并經審核確認無任何隱患和問題后，方可進行正式提升。

3.2.5 正式提升

1）屋蓋結構試提升檢查正常，開始正式提升。

2）在整個同步提升過程中應隨時檢查每1個吊點提升器受載均勻情況、上吊點提升架的整體穩定情況、網架結構提升過程的整體穩定性、計算機控制各吊點的同步性。

3）提升承重系統是提升工程的關鍵部件，重點檢查錨具，鋼絞線從提升器頂部穿出情況，主油缸及上、下錨具油缸，液壓鎖、軟管及管接頭，行程傳感器和錨具傳感器及其導線。

4）液壓動力系統監視系統壓力變化情況，油路泄漏情況，油溫變化情況，油泵、電機、電磁閥線圈溫度變化情況，系統噪聲情況。

3.2.6 網架與支座就位

網架結構提升至設計標高附近（距離設計位置約1.00 m）后暫停，提升設備暫停、鎖定，微調各提升吊點，使吊點處主弦桿高度滿足與柱頂預裝支座對接的精度要求。

3.2.7 支座周邊桿件安裝

3.2.8 分級卸載并檢查

1）所有支座周邊桿件補裝完成后對網架進行同步、分級卸載，每一步分級卸載完畢，均應暫停卸載，檢查各項監測的結構變化是否符合模擬分析。按照設計給定的位置檢測現有撓度值是否在允許范圍內，各控制點撓度位移值不應超過現荷載條件下撓度計算值的1.15倍，且控制在-10～+10 mm范圍內[3-4]。

2）分級卸載直至網架結構荷載轉換至設計狀態后，拆除提升支架、臨時加固桿件、吊具點、提升器等設施和設備。拆除的結構嚴禁放置在網架結構上。

3）網架結構安裝完成后，應全部檢查質量，重點檢查螺栓球節點部位、支座焊縫，質量要符合設計及施工規范要求。

4 結語

大跨度網架整體提升技術與常規的散件高空散裝需要搭設大量的腳手架相比，可節省地面硬化、鋼管腳手架安拆費用共計約400萬元人民幣，同時也減少了高空組裝、高空焊接作業，降低了安全風險，提高了施工效率，施工安全、質量、工期易于保證，取得了顯著的社會效益和經濟效益，為類似工程的推廣和應用提供借鑒。