超大跨距鋼結構散貨堆場罩棚安裝方案比選

徐軍

（中交機電工程局有限公司，北京 100088）

1 工程簡介

該工程為在非洲實施的礦石碼頭工程設計項目，其中1個子項工程是在港口堆場上建設一座超大跨距條形鋼結構料倉。該料倉為鋼結構罩棚，高56 m，單跨跨度162 m，長約420 m，總面積約6.8萬m2。該罩棚工程是整個工程中的關鍵子項，具體難點和問題有：

1）該罩棚使用球柱網架結構，其跨度已遠遠超過了國內規范[1-4]中關于大跨鋼結構屋蓋的限值，是目前國內類似項目能查閱到的最大跨度，需要從荷載、結構選型及施工安裝等多方面進行論證與研究。

2）超大跨距結構很難進行現場安裝，而且國內現有的工程經驗很少。據調查，國內尚無跨度超過150 m的球柱網結構，而且國內安裝100 m以上跨距鋼結構的施工經驗很少。

3）罩棚需要建設在既有堆場上，堆場配有堆取料機，堆場和機械設備已投產，業主要求罩棚建設不能對現有生產產生過大影響。

4）本項目位于非洲西部，當地施工條件（如訓練有素的勞動力、建筑材料和施工機械）都非常有限。

5）項目業主是西方公司，對現場施工的ESH要求很高[5-6]。國內類似工程往往采用高空直接拼裝方案，這需要大量起重設備和有經驗的高空作業工人，造成ESH方案不能完全符合西方業主的要求。

由于不同的施工方案不僅會影響施工工期和項目成本，而且會對設計方案的選用產生重大影響，因此研究該罩棚的現場施工方案就成為在設計階段必須完成的任務。

本項目料場罩棚所需跨度遠遠超過類似的國內已有大跨度工程項目[7]。施工方案的合理性與設計方案同樣重要，具體到本項目，施工過程的工況甚至會成為結構設計的控制工況。因此施工方案與設計方案一并進行研究并進行綜合比較論證。

2 施工方案比較

設計提出的擬建罩棚截面為三中心橢圓柱殼體，擬采用的結構形式是空間網殼，用螺栓球網架體系構建。總長410 m，厚6 m，豎立50 m，跨度162m，如圖1所示。

圖1 料場罩棚截面Fig.1 Section of stockyard cover shed

2.1 方案一

可移動腳手架方案。

該方案的主要想法是搭建獨立工作的可移動鋼結構平臺（腳手架），用該平臺形成施工面并作為罩棚的“胎具”。鋼平臺外觀與罩棚類似，外側空間靠近棚內側，且結構也采用螺栓球網架。平臺由位于跨兩端的臺車和設于跨中兩根支柱（帶臺車）支撐。兩個支柱位置擬分別設在既有堆料機和取料機軌道上，利用現有軌道作為平臺的移動支撐，見圖2。平臺總重大約250 t，沿著罩棚深度寬20m。

圖2 可移動腳手架截面Fig.2 Section ofmovablescaffold

選用螺栓球網架結構搭建腳手架平臺主要為了便于構件運輸和現場組裝。考慮到現場可利用的起重機條件，腳手架自身安裝的最大起吊單元重量控制在30 t以內。

當罩棚進行安裝時，移動腳手架平臺由幾組系泊鏈固定。當腳手架位置罩棚部件包括網架結構、檁條和屋面覆層的安裝全部完成后，將平臺用絞車沿軌道方向拖動到下一個安裝位置。按照預定安裝順序，腳手架平臺逐段滑動，直到罩棚完成。

本方案充分利用了料場上的現有軌道結構。罩棚裝配所需的起重條件較低，不使用重型吊車。罩棚裝配工作可利用腳手架平臺形成的空中工作面進行，施工人員的通道、個人防護設備依托移動腳手架。本方案裝配工作比其他方案相對容易，并且在偏差控制、質量控制和安全保障方面具有很大的優勢。此外，本方案占用空間更少，能充分利用料場貯存項目所用建筑材料、施工機械和設備，而缺點是工作面有限，如需搶工期，只能增加平臺寬度來增加工作面，因此會增加成本。

2.2 方案二

使用桅桿起重機進行整體吊裝。

該方案需在設計中增強罩棚結構整體剛度。方案總體思路是：將罩棚沿縱向分段為幾個裝配件，數個桅桿起重機分別吊裝各個部件。

具體安裝實施方案：

1）靠近棚支架的組裝件可不使用腳手架在空中裝配。

2）跨徑中間部分低于7m高的吊裝裝配件可在地面裝配。

3） 每個吊裝部件重量約為800 t，長96m。

4）一些拼接件可在空中組裝，屋檁條及罩棚圍護板部件可同時安裝。

5）使用2×8組桅桿起重機吊裝部件。

該方案的優點是：大多數組裝工作在地面完成，無需大量起重設備工時，對大型吊裝機械的需求也較少，而且起吊總提升距離短，拼接件最少，空中作業時間短，進而安全性較好。缺點是：需要設置臨時地面組裝平臺用于分片網架的拼裝，由于起重量大，而且安裝作業對桅桿起重機的不均勻沉降非常敏感，因此要求桅桿起重機基礎的承載力大，需要特殊處理。另外，吊裝時安裝荷載較大，為控制變形，要求桁架的整體剛度增強，主體結構成本比其它方案稍高。吊裝作業見圖3。

2.3 方案三

使用桅桿起重機進行分段吊裝。

該方案也是用桅桿起重機進行吊裝，但分段比前一方案小，且吊裝分步進行，起重機數量和起吊點位置也隨著吊裝量增加而增加。

圖3 在地面上組裝空間桁架Fig.3 Space trussassembly on theground

具體方案是：網架按分段在地面進行組裝。將網架沿堆場縱向分成若干裝配件。為每個裝配件建立4組桅桿起重機，將裝配件分成段，每次吊裝2組桁架或1個空間桁架（寬19.2 m，共4段）。吊裝作業貫穿整個安裝過程。每次吊裝桁架段時，裝配接口和連接作用在地面完成，無需使用任何地面平臺。分段吊裝部件到位后，最后安裝地面支架。

該方案的優點是：大多數組裝工作在地面完成，無需任何平臺。吊裝重量為260 t，對起重機基礎要求較低。缺點是：吊裝貫穿整個施工過程，即全過程中構件均處于起吊狀態。這是因為裝配件的橫向剛性相對較弱，安裝期內的抗風壓能力有限，整個安裝過程中的安全保障措施要求高。此外，由于有很多拼接件需要在空中制作，受自然條件影響較大，工期保證性較差。吊裝作業如圖4所示。

圖4 分段吊裝第三階段Fig.4 The third stageofsegmentalhoisting

3 推薦的施工方案

上述方案均考慮了現場的自然條件和資源支撐條件，根據現階段的資料分析和經驗判斷，均可行。本工程是在國外實施的具有技術難度的大型結構工程，設計階段應更加側重方案的安全性、可靠性。

對比上述3個方案，方案一的單件起重量最低，且作業時有空間腳手架依托，盡管空中作業時間較長，但安全措施較容易實現。另外，方案一的小分段安裝方式與國內同類工程所采用的方式相類似，但國內工程往往用網殼自身結構作為腳手架，遠不如本方案安全和便利。因此國內安裝隊伍對方案一的工法較熟悉。這樣工程的安全控制、進度控制均較好，而且方案一充分利用了現場已有軌道，節省了額外的基礎投資。

方案二、三需要大起重量的起重作業，對作業條件和操作者的要求高，工程風險相對較大。而且大片網架構件吊裝和卸載過程產生的空間變形和額外安裝應力在現場安裝過程中處理難度很高。方案三全過程構件在空中處于起吊狀態，這就要求對現場自然條件、生產隔離措施、設備狀態、操作者經驗和工作狀態等嚴格掌控，現場風險程度較高。另外，針對方案二、三，設計時需額外考慮較大的吊裝荷載，結構本身需要額外加強，這樣成本會有相應增加。

通過上述各方案在安全保障和施工難度、成本、進度控制的比較，在最終設計方案選定時建議使用可移動腳手架方案作為首選施工方案并以此作為結構設計的設計條件。

本工程目前正處于施工準備階段，現場施工組織設計按照推薦方案進行。

參考文件：

[1]GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].GB 50011—2010，Code for seismic design ofbuildings[S].

[2]GB 50009—2012，建筑結構荷載規范[S].GB 50009—2012,Load code for thedesign ofbuildingstructures[S].

[3]GB 50017—2003，鋼結構設計規范[S].GB 50017—2003,Code for design ofsteelstructures[S].

[4]JGJ7—2010，空間網格結構技術規程[S].JGJ7—2010,Technicalspecification for space frame structures[S].

[5]EN 1991-1-4 ：2005，Eurocode1：Actionson structures[S].

[6] EN 1993-1-5 ：2005，Eurocode3：Design ofsteelstructures[S].

[7] 羅堯治.大跨度儲煤結構設計與施工[M].北京：中國電力出版社，2007.LUO Yao-zhi.Design and construction of big span structure for coalstorage[M].Beijing：China Electric Power Press,2007.