大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼對稱分塊高空拼裝施工技術(shù)

田朋飛 （安徽富煌鋼構(gòu)股份有限公司，安徽 合肥 238076）

0 引言

近年來，伴隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，諸如展覽館、機場、體育場館、會展中心等各類大型公共建筑的建設(shè)需求不斷提高。大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)因其造型美觀多樣、結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強、裝配化程度高等優(yōu)點備受青睞。從目前已建成類似結(jié)構(gòu)的項目工程經(jīng)驗來看，主要形成了以高空散裝法、分條（分塊）安裝法、操作塊滑移法、結(jié)構(gòu)累計滑移法及整體頂升法為主的幾大類施工方法，選擇合適的施工工藝對于工程的質(zhì)量、施工工期、成本控制以及安全性都有著積極的影響。

1 工程概況

湖南省岳陽市城陵磯老港環(huán)保提質(zhì)改造項目，是全國內(nèi)河港口環(huán)保提質(zhì)改造的標(biāo)志性工程，是目前亞洲最長、最高、面積最大的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)港口散貨料倉，為長江流域首例。主體工程條形封閉煤場為巨型“膠囊”形倉庫，采用三心圓柱面網(wǎng)架，兩側(cè)為半球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，長470m，寬110m，高46.5m，面積約5.1萬m2，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為正放四角錐、螺栓球與焊接球節(jié)點相結(jié)合，局部為焊接球節(jié)點，整體項目如圖1所示。

圖1 項目全貌

本工程施工場地網(wǎng)架安裝不能影響場地原有機械的正常生產(chǎn)，針對工程跨度大、高度高以及施工作業(yè)空間受限等施工條件，在保證網(wǎng)架高空安全的前提下，采用對稱分塊拼裝結(jié)合高空散裝的施工方法，開展多個工作面施工，加快網(wǎng)架高空安裝的施工進度。

2 整體施工流程

2.1 施工區(qū)域劃分

主體結(jié)構(gòu)網(wǎng)架中間共設(shè)置三條伸縮縫，分區(qū)之間各自形成獨立的穩(wěn)定受力單元，如圖2所示，以3個支座為網(wǎng)架安裝單元形成起步基準(zhǔn)跨，以從穩(wěn)定受力單元中間向兩側(cè)逐次安裝為原則，通過布設(shè)關(guān)鍵位移控制點與采取空間位置調(diào)整措施，全過程控制網(wǎng)架安裝單元起步基準(zhǔn)跨和高空懸挑散裝的安裝成型精度，確保分塊對稱高空擴散安裝的結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計分析模型受力一致，保障安裝質(zhì)量與安全。

圖2 網(wǎng)架起步安裝示意圖

2.2 安裝總體思路

整體工程采用對稱分塊拼裝結(jié)合高空散裝的施工方法，起步基準(zhǔn)跨采用原位旋轉(zhuǎn)高空頂拼施工方法，施工拼裝過程中采用了加設(shè)增強抗彎剛度保形索原位單元拼裝工藝，起步基準(zhǔn)跨網(wǎng)架結(jié)構(gòu)成形后，向兩側(cè)擴展高空安裝采用高空懸挑散裝的施工方法。

3 關(guān)鍵技術(shù)與施工工藝

原位旋轉(zhuǎn)高空頂拼施工中，端部可旋轉(zhuǎn)支座的構(gòu)造設(shè)計、保形索布設(shè)、拼裝精度控制工藝流程是重點研究對象，高空懸挑散裝施工中，結(jié)構(gòu)成形精度控制是重點研究對象，數(shù)值模擬分析、空間定位測量、三維激光掃描是關(guān)鍵技術(shù)手段，關(guān)鍵技術(shù)與施工工藝闡述如下。

3.1 端部可旋轉(zhuǎn)支座的構(gòu)造設(shè)計

起步基準(zhǔn)跨共3個支座球，如圖3所示，先將支座板施工完成，支座螺栓球與支座加勁板等處在分離狀態(tài)，采用? 20圓鋼2彎曲焊接在支座體底板上，? 20圓鋼2包圍球兩側(cè)的螺桿并與其留有5mm左右間隙，將3個支座球能夠在支座節(jié)點板形成的凹槽內(nèi)同時自由轉(zhuǎn)動，并采用10t手拉葫蘆1將支座螺栓球加強固定在擋土墻上，避免起步基準(zhǔn)跨原位旋轉(zhuǎn)過程脫槽。對?20圓鋼、加勁板等進行承載力與穩(wěn)定驗算。

圖3 端部可旋轉(zhuǎn)支座的構(gòu)造設(shè)計

3.2 原位旋轉(zhuǎn)高空頂拼施工方法

起步基準(zhǔn)跨為2個柱距，寬度為16m，分三塊在地面拼裝，拼裝完成后吊裝并在空中對接合攏形成閉合網(wǎng)架，現(xiàn)場網(wǎng)架拼裝機械布置2臺50噸汽車吊，4臺200噸吊車，1臺350噸吊車，其他輔助2臺25噸吊車，不同安裝時間按需進場。

如圖4所示，A、C塊網(wǎng)架用各兩臺50噸吊車逐步抬升拼裝，在拼裝到10球時設(shè)置二組保形索，保形索位置：A塊下弦跨度方向從2球～10球，縱向在1排和5排，在拼裝到13球時再設(shè)置二組保形索，保形索位置：A塊下弦跨度方向從2球～13球，拼裝過程中50噸汽車吊吊點布設(shè)在A塊跨度方向上弦的6排，縱向的2、4球。

圖4 地面原位旋轉(zhuǎn)拼裝示意圖

A塊、C塊地面拼裝完成后水平放置，A、C塊間距離約6m，確保互不干涉。在A、C塊地面拼裝的同時，B塊也進行地面拼裝，為避免吊車高空對接中大臂相碰，B塊地面拼裝位置較遠(yuǎn)，準(zhǔn)備高空對接時，需將B塊移位一次。如圖5所示，三塊安裝單元拼裝完成后開始進行合攏準(zhǔn)備，A塊和C塊分別采用2臺200t汽車吊原位旋轉(zhuǎn)起吊，B塊采用1臺350t汽車吊起吊，起吊至既定位置進行高空合攏，網(wǎng)架局部合攏桿件采用高空散裝方式補齊。

圖5 原位旋轉(zhuǎn)高空頂拼合攏施工示意圖

圖6 起步基本跨施工完成

圖7 高空散裝網(wǎng)架施工圖

3.3 網(wǎng)架成形過程測量方法

起步基準(zhǔn)跨安裝單元原位旋轉(zhuǎn)高空頂拼施工全過程進行數(shù)值模擬分析與測量技術(shù)，特別是原位旋轉(zhuǎn)地面逐段拼裝過程中，對保形索的布設(shè)進行受力分析，確定了合理的布設(shè)位置與預(yù)應(yīng)力值，針對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝過程的桿件應(yīng)力與球體空間坐標(biāo)進行模擬與測量值對比，超出偏差允許值及時采取有效措施糾偏，確保結(jié)構(gòu)成形精度。

在安裝過程中，每隔2個網(wǎng)格采用全站儀測量二次，所以安裝成形后的網(wǎng)架單元的累計誤差能滿足規(guī)范要求。根據(jù)實際需要布設(shè)施工控制網(wǎng)，在被檢測的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下布設(shè)一條基線，對于大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，可布設(shè)由多個點組成的一級導(dǎo)線控制網(wǎng)，基線上的基準(zhǔn)點施測水準(zhǔn)高程，精度不低于三等，以此就保證撓度檢測時檢測點坐標(biāo)和高程的統(tǒng)一，根據(jù)規(guī)范要求，撓度監(jiān)測點設(shè)置在跨中和跨度四等分點處，和起步網(wǎng)架A塊與B塊對接點處、B塊與C塊對接點處，共計5處監(jiān)測點。考慮到螺栓球的球徑大小不一致等問題，螺栓球的高程觀測值應(yīng)換算至螺栓球的球心，由螺栓球高程觀測值計算出螺栓球球心沉降量，由此計算網(wǎng)架結(jié)構(gòu)軸線的撓度。

3.4 高空懸挑散裝施工方法

高空懸挑散裝法指的是A、B兩側(cè)起步網(wǎng)架合攏形成穩(wěn)固單元之后，用50t吊車將已經(jīng)預(yù)先組裝好的小三角錐單元體吊裝到安裝高度（地面施工人員4人一組預(yù)先拼裝小錐單元體，拼裝位置應(yīng)盡可能靠近設(shè)計投影位置），吊車緩緩轉(zhuǎn)向安裝點位，再由高空安裝人員控制桿件向相應(yīng)的球節(jié)點慢慢靠攏，落位后完成空中對接。

本工程分為直線段筒殼和兩端的半球形網(wǎng)架，除了起步基準(zhǔn)段網(wǎng)架以外，其他部分均采用高空懸挑散裝法安裝。直線段筒殼的安裝順序從起步網(wǎng)架弧度往兩邊先裝下弦三角錐，到頭后再接著安裝上弦三角錐，依次循環(huán)下去。半球形網(wǎng)架的安裝方式與直線段筒殼網(wǎng)架散裝基本一致。不同點在于順序是從半球形下部向上部、由球形一側(cè)向另一側(cè)安裝，按此法逐步安裝直到形成封閉結(jié)構(gòu)。

在高空散裝過程中，安裝人員應(yīng)做到“隨裝隨查”，對安裝構(gòu)件的規(guī)格、相鄰網(wǎng)架的尺寸以及螺栓是否緊固到位等要素做好復(fù)核和記錄。同時，地面控制人員對網(wǎng)架的支座軸線、支承面標(biāo)高、屋脊線，檐口線的位置標(biāo)高等實時跟蹤觀測，如發(fā)現(xiàn)誤差應(yīng)及時指揮人員糾偏。以此做到“雙保險”達(dá)到精準(zhǔn)施工的目的。

3.5 關(guān)鍵安全措施

本項目工程涉及人員高空安裝和多吊車協(xié)同工作，同時現(xiàn)場環(huán)境相對復(fù)雜，需制定嚴(yán)格的安全管理措施。要做好日常的現(xiàn)場安全巡查，有完善的安全報告制度和健全的安全培訓(xùn)體系，并做好重大危險源的分析和應(yīng)對措施。對稱分塊拼裝結(jié)合高空懸挑散裝的施工辦法，同時具有高處墜落、機械傷害以及物體打擊等危險源要素，需在施工安全管理體系的基礎(chǔ)上，制定切實有效的安全生產(chǎn)管理措施，達(dá)到零重大事故、零違章等安全管理目標(biāo)。

以高空散裝法的吊車施工為例，吊機的吊鉤起升、速度須一致，這是確保吊裝同步的基本措施，同時應(yīng)嚴(yán)格遵守以下作業(yè)規(guī)程：專人指揮吊車吊裝；選取有效的指揮信息系統(tǒng)，確保同步起升或下降；吊車起吊及提升過程中均應(yīng)以慢檔、勻速升鉤；每次吊裝前均應(yīng)經(jīng)試吊，檢查、調(diào)整無誤后方可正式開始吊裝提升。在吊裝作業(yè)中，要加派安全管理人員和專職安全工程師進行全程跟蹤控制，確保現(xiàn)場人員不進入危險區(qū)域，檢查安全保護設(shè)備的配備情況，從源頭上消除人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)，時刻保證現(xiàn)場的施工安全處于有效控制狀態(tài)。

4 結(jié)語

針對大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工過程中所面臨的施工工藝問題，我司結(jié)合已有項目成功經(jīng)驗，針對本項目現(xiàn)場復(fù)雜的施工環(huán)境，選取了原位旋轉(zhuǎn)高空頂拼施工方法、加設(shè)增強抗彎剛度保形索原位單元拼裝工藝、高空懸挑散裝法等關(guān)鍵施工工藝，科學(xué)合理地保證了整個工程的施工進度，滿足了施工質(zhì)量、安全要求。對于類似場地環(huán)境復(fù)雜工程的實施具有借鑒意義。