大跨度網架施工方案對比及過程仿真分析

□文/張 倩 余 流 高 璞 杜澎泉 李 娟

1 工程概況

河南省某官窖遺址展示廳工程為雙層螺栓球網架，平面尺寸63 m×67.5 m，四邊點支撐，柱頂標高10.65 m，總質量約330 t。見圖1。

圖1 網架布置

官窖遺址位于展示廳內，全部被鋼網架所覆蓋，平面尺寸25.6 m×34.1 m，采用螺栓球網架可避免焊接施工對遺址建筑的影響且較環保[1]。見圖2。

圖2 網架內部

2 施工方案比選

由于展示廳南北地形高差接近4 m，同時考慮官窖遺址建筑物，首先排除網架在地面拼裝整體頂升的方案，只能在高空進行散拼。高空散拼如采用全場搭設滿堂紅腳手架加原建筑物上方設置滑移平臺的方案，則工期較長，措施費用較高，不合理。

網架累計滑移方案，即在場地一側搭設局部滿堂紅腳手架，在腳手架上進行高空散拼，局部散拼完成后，向場地另一側滑移，滑移出腳手架后，再在腳手架上累積拼裝，直至全部滑移到位，整體落位進行支座焊接。

首單元地面拼裝，起重機吊裝，其余單元高空散拼方案。為方便施工，防止網架在安裝過程中變形過大，局部超應力，在網架內部下弦設置臨時支撐點，全部安裝完成后，同步卸載，完成安裝。

為方便對比，根據工藝要求、現場情況和網架剛度，兩種方案中均將網架安裝劃分為9個單元，不同的是累計滑移法先拼裝滑移最遠端的單元9。見圖3。

圖3 累計滑移安裝步驟

網架支撐在混凝土柱上，原混凝土梁僅10 cm 厚且未過支座中心線，不能作為累計滑移方案中滑移軌道的有效支撐，施工有一定難度。可以另設滑移梁，上鋪滑移裝置，使滑移軌道中心線與網架支座中心線重合，以減小滑移過程中網架支座因受到偏心力而產生不利影響。計算網架移動所需的拉力和網架支座與滑軌間的摩擦力，合理選取牽引裝置。

高空散拼方案的臨時支撐應根據遺址建筑位置和網架情況確定數量和位置，做到布置均勻、數量合理，保證桿件應力和節點位移在規范[2]要求范圍內。見圖4。

圖4 高空散拼臨時支撐位置

3 過程仿真分析

結構設計通常是以完整結構在設計荷載作用下的計算模型為依據，再根據內力計算的結果確定各構件截面大小是否滿足設計規范要求[3]。而施工過程中，結構形態、剛度、荷載、約束均與完工后不同，因此可能出現局部超應力的桿件和位移較大的情況，對后續施工產生不利影響，需在施工過程中采取一定措施來避免或減小。故施工過程仿真分析對工程安全、順利施工具有很大意義。

采用有限元分析軟件對施工過程進行仿真分析，荷載僅考慮網架自重。根據施工方案設置約束，累計滑移方案網架整體滑移結束后落位在支座上焊接，過程中僅沿滑移軌道（即網架的兩條邊）方向提供約束，分別約束豎向位移和垂直于軌道的水平位移（滑移軌道和導向輪在一定程度上能約束該方向水平位移，可設置彈性約束）；高空散拼方案首單元地面拼裝后吊裝就位，隨即焊接長邊方向的支座，過程中臨時支撐架僅提供豎向約束，整體散拼完成后焊接另外三邊支座，故分析時沿網架一條長邊方向約束豎向位移和該方向水平位移，沿兩條短邊方向和臨時支撐處僅約束豎向位移。見表1和表2。

表1 累計滑移方案計算結果

表2 高空散拼方案計算結果

兩種方案的桿件內力、節點位移均滿足規范要求[3]。由于約束條件不同，累計滑移方案的應力和位移較高空散拼方案大，尤其是Z向位移，在施工中可采取一定措施以減小變形，減少對后續施工的不利影響，如預起拱和增加滑移單元剛度。累計滑移方案提取的最大豎向反力可用于滑移梁的截面設計，高空散拼方案提取的反力可用于臨時支撐結構的設計。

4 臨時結構設計

施工臨時結構須滿足以下功能要求：正常施工和正常使用時，能承受可能出現的各種作用；正常使用時，可滿足施工各項性能要求；在設計規定的偶然事件發生時和發生后，能保持必需的整體穩定性[3]。

累計滑移方案的臨時結構為寬度10.5 m的局部滿堂腳手架，作為拼裝的操作平臺。

高空散拼方案的臨時結構為16 個6 m×6 m×9.6 m 的落地式腳手架，頂部放置由角鋼焊接而成的小鋼架，可以較好地將力傳遞至腳手架平臺，小鋼架高約1 m，頂部放置1臺32 t千斤頂，調節網架球標高，也便于同步卸載。見圖5。

圖5 高空散拼臨時支撐

值得注意的是，腳手架的桿件可通過計算來驗算強度、穩定性和變形，而架體的整體穩定性多通過構造措施來保證，如掃地桿和斜撐按照規范[4～5]要求布置等。

5 結論

通常一個工程有多種施工方案可供選擇，需綜合考慮工期、成本、安全性和現場實際情況，優選合理可行的方案。

本工程如采用累計滑移方案，需加設滑移梁，滑移過程中嚴密監測，以保證同步性且過程中桿件應力和節點位移較大，需采取一定措施。高空散拼方案設置臨時支撐結構較多，但過程中應力和變形更好控制且螺栓球網架的安裝精度要求更高，故最后選定高空散拼方案。