大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)懸臂拼裝施工技術(shù)

文/劉喬利 河北建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 河北保定 071051

1、工程概況

河北旭陽焦化有限公司南煤場全封閉項目為大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，建筑面積81260m2，北側(cè)最大跨度230m，南側(cè)最大跨度167.8m，長度408m，結(jié)構(gòu)高度46.98m。網(wǎng)架支撐在鋼筋混凝土柱上，采用下弦節(jié)點支撐形式，鋼筋混凝土柱頂標(biāo)高為+1.350m。

結(jié)構(gòu)為柱面網(wǎng)殼，因場地原因采用非煤棚常用的三心柱面網(wǎng)殼，平面投影為直角梯形，局部帶折角，沿縱向其中一側(cè)切邊。

網(wǎng)殼采用螺栓球節(jié)點，局部為焊接球節(jié)點，桿件材料為Q235B，螺栓球材料為45#鋼，整個網(wǎng)殼共由10417個球節(jié)點和40898根桿件組成。

圖1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)三維圖

2、方案選擇

2.1 分條分塊法：在地面拼裝，安裝有保證，但網(wǎng)殼整體為弧形，在拼裝時弧度高度不易控制，且費用較高。

2.2 頂升法：網(wǎng)殼在地面拼裝，操作方便，安全風(fēng)險小；施工效率高；但措施多，成本高，施工技術(shù)較復(fù)雜。

2.3 提升法：網(wǎng)殼在地面拼裝，操作方便，安全風(fēng)險小；施工效率高；但措施多，成本高，施工技術(shù)較復(fù)雜。

2.4 懸臂安裝法：措施少，技術(shù)難度低，不影響網(wǎng)殼下部通行，成本低；但需要詳細(xì)的計算依據(jù)，現(xiàn)場管理要求嚴(yán)格。

以上幾種安裝方法從施工、成本、質(zhì)量、安全綜合分析后，優(yōu)選懸臂安裝法。

3、施工難點及對策

3.1 建筑高度高，跨度大，安裝時容易產(chǎn)生變形。

對策：采用小單元安裝并利用Midas有限元軟件進(jìn)行施工過程模擬分析，在易變形區(qū)域進(jìn)行臨時支撐，形成穩(wěn)定體系后將支撐拆除。

3.2 桿件和球數(shù)量多：總桿件共計40898件，10417個球；球最大直徑700mm，桿最大直徑為377mm，安裝時容易混淆使用位置，導(dǎo)致安裝出錯。

對策：每根桿件上打鋼印號，組裝時、焊接后檢查，噴涂油漆后核對鋼印號，準(zhǔn)確無誤后用油性記號筆進(jìn)行返號。

3.3 施工場地復(fù)雜、狹小，甲方要求不能停產(chǎn)。

對策：將網(wǎng)架分成十八個獨立單元，加工完成一個單元再進(jìn)行下一個單元的加工。分批打包發(fā)運，避免現(xiàn)場桿件散亂，造成安裝困難。

3.4 施工過程監(jiān)測是施工中的重點內(nèi)容。

對策：施工中對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行實時監(jiān)測，及時與施工模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行核比對，如是異常及時采取措施，確保結(jié)構(gòu)施工期安全，保證結(jié)構(gòu)與原設(shè)計相符。

4、安裝過程模擬分析計算

采用Midas GEN有限元軟件對安裝過程模擬分析，分階段計算桿件的應(yīng)力和平面內(nèi)、外的穩(wěn)定性，計算網(wǎng)殼安裝階段的結(jié)構(gòu)變形。

施工過程模擬分析結(jié)構(gòu)表明：采用懸臂法安裝過程中網(wǎng)殼桿件的應(yīng)力和穩(wěn)定性滿足要求，網(wǎng)殼的變形超過預(yù)設(shè)的限制條件，需要設(shè)置臨時支撐。

1軸-23軸需要設(shè)置15個支撐點，24軸-47軸需要設(shè)置14個支撐點。

臨時支撐架設(shè)置后再次進(jìn)行各階段的應(yīng)力和變形復(fù)核計算，保證滿足規(guī)范要求。

5、安裝工藝

5.1 施工段劃分：以變形縫為界，劃分為兩個施工段，1-23軸為一施工段，24-47軸為另一施工段，從兩端向中間安裝。

5.2 工藝流程：

5.2.1 由山墻作為起步段開始安裝，逐步向高度方向和側(cè)向安裝。同時洞口位置及山墻支座內(nèi)側(cè)設(shè)置鋼管臨時支撐。

5.2.2 安裝至15m和35m高度時分別設(shè)置一層纜風(fēng)繩，每層纜風(fēng)繩兩側(cè)各5道。安裝山墻到設(shè)計高時，由兩側(cè)向中間呈階梯形逐步安裝。

5.2.3 安裝到施工模擬分析要求設(shè)置支撐架的位置，利用吊車安裝支撐架，支撐架的四個立柱頂點分別支撐網(wǎng)殼角錐的四個節(jié)點，安裝過程中定期測量網(wǎng)殼的撓度值。

5.2.4 拼裝到焊接球中柱位置時，分兩段吊裝；安裝支撐架，安裝網(wǎng)殼，拆除前面已完成網(wǎng)殼部分的支撐架，繼續(xù)按此步驟安裝網(wǎng)殼單元，直到網(wǎng)殼安裝完成。

5.3 網(wǎng)架安裝的質(zhì)量控制

5.3.1 嚴(yán)格檢查螺栓球、錐頭、封板、螺栓、桿件等構(gòu)配件的材質(zhì)單、合格證、檢測報告，保證原材料、構(gòu)配件的質(zhì)量。

5.3.2 起步段安裝精度直接影響網(wǎng)殼的安裝質(zhì)量，起步段安裝允許偏差控制在允許偏差的一半。

5.3.3 對每個球節(jié)點進(jìn)行檢查，保證螺栓擰緊到位，節(jié)點擰緊后套筒與螺栓球接觸面不得有間隙。

5.3.4 嚴(yán)格控制網(wǎng)殼拼裝精度，節(jié)點中心偏移不大于2mm，弦桿長度和錐體高度大于±2mm，支座中心偏移L／3000，且不大于30.0，超過偏差及時調(diào)整。

5.4 變形（撓度）監(jiān)測

撓度直接影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全，作為重點控制的內(nèi)容，每一榀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)合龍后監(jiān)測網(wǎng)殼的撓度，空載撓度控制在L/800之內(nèi)。

根據(jù)計算在網(wǎng)殼撓度值最大的一排中心球上貼棱鏡貼片，安裝時貼好。每安裝一跨用全站儀進(jìn)行一次測量，如在設(shè)計值內(nèi)，繼續(xù)安裝，如超出規(guī)定值，制定措施后再繼續(xù)安裝。

在懸臂安裝過程中隨時監(jiān)測網(wǎng)殼撓度，尤其是在有臨時支撐的部位，支撐卸載前后必須進(jìn)行監(jiān)測，隨時掌控?fù)隙茸兓⒈ＷC在允許范圍之內(nèi)。整體卸載完畢后再進(jìn)行撓度監(jiān)測，掌控整體撓度數(shù)據(jù)。

結(jié)語：

河北旭陽焦化有限公司南煤場全封閉項目大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)懸臂施工方法的順利實施，解決了大跨度、空間結(jié)構(gòu)、邊生產(chǎn)邊施工的難題，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為同類工程的施工提供了理論依據(jù)和寶貴的實踐經(jīng)驗。