多連跨高大空間網(wǎng)架的吊裝施工關(guān)鍵技術(shù)

喬天順

安陽市人民醫(yī)院 河南 安陽 455000

目前，大跨度鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是較多運(yùn)用的大連跨空間結(jié)構(gòu)形式，相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)趨于成熟，而施工方法還有待于完善[1]。大多數(shù)施工單位往往憑借以往的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行吊裝、估算，沒有可靠的操作流程可以參考。

近年來，隨著建筑信息模型（BIM）技術(shù)的成熟，建立三維數(shù)字的可視化模型，在施工階段所起的作用也越來越大[2-3]。本文通過一個(gè)多連跨高大空間網(wǎng)架工程，詳細(xì)介紹了整體吊裝工藝。該工藝的應(yīng)用能大幅度提高作業(yè)效率，縮短工期，保障安全，提高吊裝精度，減少工程成本投入。

1 工程背景

張北柔性直流電網(wǎng)±500 kV康保換流站工程位于張家口市康保縣，結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)，閥廳網(wǎng)架為多連跨高大空間網(wǎng)架，平面形狀為矩形，平面尺寸為170 m×96 m，采用鋼排架柱和鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。鋼排架柱作為閥廳的主承重結(jié)構(gòu)，橫向通過鋼網(wǎng)架連接形成一個(gè)2跨鋼排架結(jié)構(gòu)，鋼排架柱縱向通過柱間支撐形成整體框架結(jié)構(gòu)，橫向2跨，跨度分別為47 m和59 m，縱向14跨，跨度分別為8～16 m 不等。

屋面采用雙層鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由雙層鋼網(wǎng)架、屋面檁條等主要構(gòu)件組成，邊軸網(wǎng)架球標(biāo)高為25.455 m，屋脊處標(biāo)高為27.848 m。網(wǎng)架由8 600根桿件、2 219個(gè)球體編織而成，總質(zhì)量逾800 t。節(jié)點(diǎn)為螺栓球、焊接球混合的連接節(jié)點(diǎn)，螺栓球與焊接球的比例約為7∶3。焊接球的不均勻分布導(dǎo)致網(wǎng)架在組拼和吊裝時(shí)難度較大。

2 工藝原理

多連跨高大空間網(wǎng)架采用高空散裝法進(jìn)行安裝時(shí)，根據(jù)網(wǎng)架的三維模型提前進(jìn)行模擬吊裝計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分別找出網(wǎng)架安裝時(shí)應(yīng)力最大的位置和需要進(jìn)行應(yīng)力消解的位置。

在應(yīng)力最大位置選擇合適的塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，作為支撐架的主體部分；在需要應(yīng)力消解的位置設(shè)置支撐架進(jìn)行應(yīng)力消解。

網(wǎng)架安裝時(shí)，將支撐架通過吊車吊至指定位置并向鋼板基箱里灌入砂石用以穩(wěn)定支撐架。網(wǎng)架起吊后，采用吊車將支撐架豎立，支撐網(wǎng)架，進(jìn)行應(yīng)力消解。使用時(shí)，待下一跨的應(yīng)力支撐架開始受力后，本跨的應(yīng)力支撐架才能拆除。

應(yīng)力消解支撐架采用了常規(guī)的塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為主體，有效地消解了網(wǎng)架安裝時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，解決了高空散拼時(shí)網(wǎng)架失穩(wěn)、桿件拉斷的問題，可以不用將網(wǎng)架整體拼裝好后再吊裝，節(jié)約了吊裝的準(zhǔn)備時(shí)間，能有效地節(jié)約成本，縮短施工工期。

由于地面高度不一致、焊接球與螺栓球直徑不一樣等問題，導(dǎo)致應(yīng)力支撐架不能精確地與網(wǎng)架接觸，實(shí)現(xiàn)受力。因此在應(yīng)力消解支撐架的頂端設(shè)置一個(gè)可調(diào)節(jié)支撐托座，該托座由兩部分組成，一部分是基座，另一部分是液壓可調(diào)節(jié)頂撐。

可調(diào)節(jié)支撐托座的基座由150 mm×150 mm的工字鋼焊接而成，形狀為正方形邊框內(nèi)加斜十字撐，正方形邊框可以將基座穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上，斜十字撐的中心用來放置液壓可調(diào)節(jié)頂撐，上部為圓柱形頂撐。

當(dāng)應(yīng)力消解支撐架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)豎立完成后，將液壓可調(diào)支撐托座的基礎(chǔ)吊裝至標(biāo)準(zhǔn)節(jié)頂部固定好，使液壓可調(diào)節(jié)支撐就位，再將圓柱形頂撐調(diào)節(jié)至與網(wǎng)架接觸的位置并受力，即完成可調(diào)節(jié)支撐托座安裝。待應(yīng)力支撐架拆除時(shí)，先將液壓可調(diào)節(jié)頂撐降下與網(wǎng)架分離，再依次取走頂撐和基座。

3 工藝操作要點(diǎn)

3.1 起步單元榀選擇

1）根據(jù)閥廳網(wǎng)架平面布置圖，從吊車站位、吊車行走路線、起步單元榀組裝難易程度、吊裝方便性等角度進(jìn)行綜合考慮，選擇起步單元榀。起步單元榀要求“以小博大”，其所在跨可以向兩邊同時(shí)拼裝，但該跨兩側(cè)應(yīng)無鋼柱、鋼梁影響。起步單元榀總質(zhì)量較小，焊接球少、易組裝，吊車易進(jìn)出，站位完成后主臂在起吊過程中無障礙物阻撓[4]。起步單元榀的選擇應(yīng)做到資源最優(yōu)化，且經(jīng)濟(jì)、適用。

2）起步單元榀吊裝吊車選擇：首先根據(jù)起步單元榀的總質(zhì)量，通過三維模型進(jìn)行仿真模擬，計(jì)算出起步單元榀每個(gè)吊點(diǎn)需要的力；然后根據(jù)起步單元榀的位置確定吊車的站位，計(jì)算出主臂與起步單元榀的起吊角度、主臂的伸長長度。根據(jù)計(jì)算出的吊點(diǎn)反力、吊車臂長、吊裝半徑查閱吊車工況表，選擇起步單元榀起吊所需要的吊車[5]。

3.2 起步單元榀組裝

起步單元榀網(wǎng)架需要在地面拼裝完成。其操作流程為：放線→驗(yàn)線→安裝下弦平面網(wǎng)格→安裝上弦倒三角網(wǎng)格→安裝下弦正三角網(wǎng)格→調(diào)整、緊固（焊接）→驗(yàn)收。起步單元榀組裝完成效果如圖1所示。

圖1 起步單元榀組裝完成效果圖

3.3 起步單元榀吊裝

起步單元榀拼裝完成后，吊車就位，用吊繩將吊車與起步單元榀連接。為保證吊車吊裝時(shí)的穩(wěn)定，每臺(tái)吊車與起步單元榀采用4個(gè)吊點(diǎn)連接，如圖2所示。

圖2 起步單元榀起吊

起步單元榀在組拼時(shí)保留邊緣3個(gè)球不拼裝，以便于起步單元榀在空中的移位。當(dāng)起步單元榀就位后，將邊緣的3個(gè)球以小單元的形式進(jìn)行補(bǔ)桿。

起吊前應(yīng)先進(jìn)行吊點(diǎn)受力計(jì)算及吊繩確定。每臺(tái)吊車設(shè)置有4個(gè)吊點(diǎn)，4個(gè)吊點(diǎn)的受力要通過三維模型進(jìn)行仿真模擬計(jì)算[6]，計(jì)算出每個(gè)吊點(diǎn)的反力，選取反力最大的吊點(diǎn)作為吊繩的拉力。然后根據(jù)最不利受力計(jì)算出吊繩、吊車的型號(hào)[7]。吊車站位如圖3所示。

圖3 起步單元榀起吊時(shí)吊車站位

起步單元榀起吊時(shí)，為保證多臺(tái)吊車同時(shí)起步，上升速率一樣，對(duì)吊車的司機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一信號(hào)指揮培訓(xùn)。設(shè)專人進(jìn)行信號(hào)指揮，在起吊前先進(jìn)行試吊，試吊無問題后才可以正式起吊。同時(shí)，為保證起吊過程中能夠更好地觀察網(wǎng)架的平衡情況，在起步單元榀的4個(gè)角位置設(shè)置測量繩，如圖4所示。測量繩為4根長約25 m的鐵鏈，在測量繩上按200 mm的擋距用紅色帶標(biāo)記好，分別系掛在起步單元榀網(wǎng)架下弦的4個(gè)角上。在起步單元榀起吊時(shí)設(shè)專人專職觀察測量繩的高度，并用對(duì)講機(jī)同步報(bào)數(shù)，以此判起步單元榀是否同步起吊。

圖4 平衡吊裝時(shí)的測量繩使用實(shí)景

3.4 應(yīng)力消解裝置布設(shè)

在網(wǎng)架吊裝過程中，由于存在懸挑結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架懸挑部分會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力，造成網(wǎng)架失穩(wěn)或桿件拉斷，所以在網(wǎng)架應(yīng)力集中位置必須設(shè)置應(yīng)力消解裝置來抵消應(yīng)力，以保證網(wǎng)架的穩(wěn)定。

本工程應(yīng)力消解裝置為臨時(shí)支撐。臨時(shí)支撐由塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、可移動(dòng)基座、可調(diào)托座組裝而成。

根據(jù)網(wǎng)架受力模型的吊裝仿真模擬，計(jì)算出臨時(shí)支撐受到的最大支座反力，并根據(jù)此反力確定臨時(shí)支撐的結(jié)構(gòu)形式。臨時(shí)支撐必須滿足支座反力的受力要求，同時(shí)通過受力模型的吊裝仿真模擬，計(jì)算出應(yīng)力消解裝置布置的具體位置及數(shù)量。

可移動(dòng)基座由雙層鋼板焊接而成，鋼板中空，在中空位置灌滿碎石作為底座的配重，移動(dòng)前將碎石倒出，在移動(dòng)到下一個(gè)位置時(shí)再灌入碎石作為配重。支柱為塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。可調(diào)托座底托為由槽鋼焊接而成的十字形支撐，臨時(shí)支撐依靠可調(diào)節(jié)托座來支撐網(wǎng)架，如圖5所示。

圖5 臨時(shí)支撐立面

臨時(shí)支撐的移動(dòng)依靠吊車進(jìn)行。用吊車將臨時(shí)支撐移動(dòng)到支撐球位置后，將可移動(dòng)基座放置在臨時(shí)支撐下，臨時(shí)支撐的精確定位依靠可調(diào)托座處的人工配合吊車完成，精確定位后將臨時(shí)支撐放置于可移動(dòng)基座上，采用焊接的方式將臨時(shí)支撐支柱與可移動(dòng)基座焊接牢固。臨時(shí)支撐定位完成后，采用纜風(fēng)繩將臨時(shí)支撐固定。支設(shè)完成的臨時(shí)支撐如圖6所示。

3.5 小單元榀拼裝

起步單元榀完成后，以起步單元榀為基點(diǎn)開始向兩側(cè)進(jìn)行小單元榀安裝。

小單元榀拼裝的順序是：地面預(yù)先拼裝（焊接或栓接）三角錘（單個(gè)或4～6個(gè)為一組）→用吊車將三角錐吊至安裝位→對(duì)接（焊接或栓接）安裝。

3.6 小單元榀安裝

根據(jù)每跨的網(wǎng)架質(zhì)量，將每跨分為2～3個(gè)小單元榀多點(diǎn)位同時(shí)進(jìn)行吊裝，如圖7所示。

按照起步單元榀起吊的工藝，選擇合適的吊車進(jìn)行小單元榀吊裝，并進(jìn)行單個(gè)單元的補(bǔ)桿。按照該吊裝方法依次進(jìn)行剩余網(wǎng)架的拼裝。每個(gè)小單元榀安裝完成后均應(yīng)進(jìn)行網(wǎng)架豎向位移的測量，以保證網(wǎng)架的安裝精度。

圖6 支設(shè)完成的臨時(shí)支撐

圖7 小單元榀吊裝實(shí)景

4 結(jié)語

我國采用多連跨高大空間網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)越來越多，其結(jié)構(gòu)造型越來越復(fù)雜，施工難度也越來越大。本工程采用的多連跨網(wǎng)架起步單元榀吊裝技術(shù)、多機(jī)抬吊平衡控制技術(shù)、基于BIM模型的應(yīng)力消解技術(shù)等，較好地保證了鋼網(wǎng)架的吊裝質(zhì)量。

1）多連跨網(wǎng)架起步單元榀吊裝技術(shù)。根據(jù)閥廳平面布置圖，在多連跨網(wǎng)架內(nèi)選擇可以同時(shí)向兩邊擴(kuò)展吊裝，且焊接球數(shù)量最少、質(zhì)量最小的跨作為起步單元榀。起步單元榀拼裝完成后，將起步單元榀吊裝升空，可以不用將網(wǎng)架整體拼裝好后再吊裝，節(jié)約了吊裝時(shí)間。

2）多機(jī)抬吊平衡控制技術(shù)。該技術(shù)通過在起步單元榀的四角懸掛起吊高度測量繩的方法，保障了起吊時(shí)起步單元榀的平衡，避免了吊裝安全事故的發(fā)生。

3）基于BIM模型的應(yīng)力消解技術(shù)。該技術(shù)通過網(wǎng)架的BIM模型仿真，計(jì)算出起步單元榀及空間小單元榀吊裝時(shí)網(wǎng)架的應(yīng)力集中點(diǎn)，在吊裝過程中將作為應(yīng)力消解裝置的臨時(shí)支撐及時(shí)支撐到位，確保應(yīng)力被消解，防止出現(xiàn)網(wǎng)架失穩(wěn)及桿件拉斷現(xiàn)象，避免吊裝質(zhì)量事故的發(fā)生。