機庫大跨度焊接球網架兩階段整體提升施工技術

張毅毅 李鵬飛 耿俊峰

陜西建工機械施工集團有限公司 陜西 西安 710032

1 工程概況

某機庫工程屋蓋鋼結構平面呈長方形，跨度138.6 m，進深63.7 m。為3層斜放4角錐焊接球網架，網格尺寸4.90 m×4.95 m，屋蓋為單側找坡，網架高度為2.9 m＋2.9 m～4.5 m＋4.5 m，網架下弦標高21 m；機庫大門門頭采用4層焊接球網架，網架高度為14 m，下弦標高16 m。網架設計跨中起拱值300 mm，鋼結構總質量約1 600 t。采用3面29根型鋼混凝土柱支撐（圖1）。

圖1 機庫屋蓋網架結構示意

2 整體提升方案理論計算分析

該工程的結構特點是機庫大門門頭桁架下翻5 m，且采用地面拼裝整體提升方案。在結構柱頂共設置17個提升點對結構進行整體提升（圖2）。根據施工方案，需對屋蓋結構進行2次提升，第1次提升5 m高度，補空安裝大門下弦桿件后，再進行第2次整體提升，就位后補空安裝周邊桿件與混凝土柱頂節點連接。施工全過程采用了SAP 2000程序的有限元方法對各種工況進行理論分析計算。

圖2 提升吊點分布示意

2.1 第1次整體提升方案分析選擇

第1階段的整體提升，去掉了機庫大門門頭的下弦桿及下層腹桿，網架質量按1 200 t進行計算，考慮按以下3種方案進行理論計算[1-3]。

1）直接對未安裝大門下弦桿件的結構進行整體提升。通過對17個提升點進行反力、網架變形及網架桿件應力計算，屋蓋網架最大豎向變形為－890 mm，但由于門廳桁架部分跨度過大，塔架吊點處應力比超過0.95的桿件有742根，無法進行提升。

2）在大門桁架中間設置1個臨時提升塔架，對未安裝大門下弦桿件的結構進行整體提升。設置1個臨時提升塔架，提升點最大反力出現在臨時提升架上，為1 705 kN。屋蓋最大豎向變形為－69 mm，此時，塔架吊點處應力比超過0.95的桿件有106根，需調換的桿件過多，且不利于同步提升。

3）在大門桁架中間設置2個臨時提升塔架，對未安裝大門下弦桿件的結構進行整體提升。設置2個臨時提升塔架，提升點最大反力對稱出現在2個臨時提升架上，分別為821 kN和1 021 kN。屋蓋最大豎向變形為－42 mm，應力比超過0.95的桿件有18根，通過換桿后，網架屋蓋結構桿件最大應力比為0.94。第1次同步提升結構強度和剛度均滿足要求。

綜上對比各方案可知，第1次整體提升在機庫大門桁架處設置2個臨時提升架方案可行。

2.2 兩階段提升中間轉換方法

1）第1次整體提升后安裝大門下弦桿件。第1次提升就位后，對門桁架下弦桿進行安裝。

2）卸載大門桁架兩端及臨時提升塔架，吊點轉換。在轉換階段，提升點最大反力出現在提升點TSD9，為729 kN。地面支撐點最大反力為768 kN，屋蓋最大豎向變形為－55.3 mm，屋蓋原結構桿件最大應力比為0.91。轉換階段提升結構強度和剛度均滿足要求。

3）第2次整體提升。第2次同步提升時，采用17個柱位吊點，提升力最大出現在提升點TSD2，為833 kN和964 kN。屋蓋最大豎向變形為－141 mm，屋蓋原結構桿件最大應力比為0.94。第2次同步提升結構強度和剛度均滿足要求。

綜上所述，采用兩階段提升中間轉換、高空補空的方案可行。

3 兩階段整體提升施工步驟

1）網架地面拼裝〔圖3（a）〕：網架地面拼裝整體上由中間向四周進行擴展，定位好下弦節點球后，下弦桿件散裝安裝，下層腹桿及中層節點球拼裝為1球4桿單元體安裝并散裝中弦桿，上層采用4球12桿單元體安裝。

2）提升架及中間提升塔架安裝：網架拼裝前，施工完中間塔架基礎，混凝土柱澆筑前做好提升架在柱頂的預埋，通過3D模擬設計提升架和中間提升塔架并考慮其對補空桿件安裝的影響，進行提升架及提升塔架的安裝。

3）液壓提升系統安裝調試：計算機控制液壓同步提升系統主要包含鋼絞線及提升油缸集群、液壓泵站、傳感檢測及計算機控制和遠程監視系統等幾個部分，各部分安裝完成后進行系統調試。

4）第1階段整體提升〔圖3（b）〕：第1階段提升前，做好結構及提升系統的全面檢查及初始狀態的數據采集。按照比例進行分級加載至結構全部離地。懸停檢查不少于8 h后轉入正式提升就位。

5）安裝大門桁架下弦桿件〔圖3（c）〕：由中間向兩端同步安裝大門下弦桿件，隨安裝隨支撐。

6）卸載大門兩端及臨時提升塔架提升力：卸載后，將大門桁架坐落于地面支撐上，拆除2個提升塔架。

7）置換大門兩端下吊點：拆除大門兩端下吊點，將下吊點置換于大門桁架后補的下弦節點處。

8）第2階段整體提升就位：內容同第四步。

9）高空補空：提升就位后，將網架與混凝土柱頂支座補空連接安裝。

10）整體分級卸載〔圖3（d）〕：執行10%、20%、40%、60%、80%、100%分級卸載，將網架施工受力狀態轉換為設計受力狀態。

圖3 兩階段整體提升實景

11）懸挑結構補裝。

4 施工結果

在兩階段整體提升施工過程中，桿件最大應力比為0.62，最大撓度在大門桁架中間位置，為169 mm，滿足設計要求，焊縫等級滿足設計要求。經對該工程進行主體結構驗收，各項檢驗批及分項工程均驗收合格，觀感質量良好。該項目為陜西省土木學會現場交流項目，并于2016年11月被評為中國鋼結構金獎。

5 結語

目前整體提升技術施工工藝越來越多地在大跨度網架施工中被應用，但對兩階段或多階段整體提升施工尚缺乏總結和進一步討論，本文通過工況分析計算及實際應用，有力地說明了分階段整體提升施工技術的可行性，對類似工程實踐具有一定的指導意義。對于大跨度空間網架結構施工，我們認為：在滿足設計位型的同時，還需盡可能地滿足設計力型，這也是施工技術方案選擇的必要條件。