大跨度网架整体提升技术的研究与应用

常州第一建筑集团有限公司 常州 213001

1 工程概况

新誉宇航股份有限公司飞艇库全长101.50 m，跨度70.00 m，建筑高度45 m。飞艇库结构为四肢钢构柱网架结构，柱距15.00 m，其屋盖采用2层正交正放网架，网架下弦标高中心线40.20 m，网格尺寸为5.00 m×5.00 m，网架厚度2.85～3.90 m，网架杆件截面均为圆钢管，节点均为焊接空心球节点，支座均为平板支座。艇库大厅钢屋盖结构质量约900 t，整体提升高度40 m。飞艇库实景如图1所示。

2 施工总体思路

四肢钢管格构柱在工厂分2段制作、预拼装，运抵现场组装成整体后吊装。网架球、杆件在工厂内制作、拼装成小单元件，在现场地面胎架上从中间向四周拼装成网架整体后，采用在柱顶安装的16台液压提升器，通过上、下提升吊点，将网架整体提升至柱顶支座就位后，安装支座周边杆件，形成屋面网架整体，再安装柱间支撑、围护结构等。

总体施工流程为：钢构件加工制作→车间内拼装单元网架→四肢钢管格构柱现场拼、吊装→现场制作网架拼装胎具→单元网架现场拼装成整体→网架验收→提升支架设计、安装→杆件替换、局部吊点加固→提升钢绞线连接上、下吊点→液压提升器配置→试提升、工况检查→网架整体提升至设计位置→网架整体与柱顶支座就位→支座周边杆件安装，网架整体成型→同步、分级卸载，网架检查→提升系统及临时设施拆除→柱间支撑、屋面及墙面围护系统等安装。

3 施工工艺及关键施工技术

3.1 四肢钢管格构柱安装

1）钢柱现场拼装。四肢钢管格构钢柱分2段（29.95 m+11.75 m）运抵现场后进行拼装。拼装支架采用型钢制作，支架上口画端面定位线、中心线，作为钢柱拼装验收的依据，并设置沉降观测点，保证水平度为±1 mm。拼装时要求50%的拼接节点避免在同一截面进行接口焊接，错开拼接接口间距＞1 000 mm（图2）。

图1 飞艇库实景

图2 四肢格构钢柱现场对接示意

2）钢柱吊装。四肢钢管格构钢柱整体吊装采用1台3 000 kN和1台1 000 kN汽车吊，用旋转法将钢柱起吊，悬空4 m后暂停，随后3 000 kN主吊机提升吊钩、1 000 kN副吊机停止上升，面向内侧旋转，使柱逐渐由水平转至垂直安装状态，用3 000 kN汽车吊吊装钢柱与柱脚就位。为控制钢柱安装位置，在柱脚杯口混凝土中预留钢板埋件，用于放置千斤顶，以调整柱脚位移。钢柱就位后，纵向设置4个方向的钢丝缆风绳，与地面夹角≥60°，以保证钢柱整体稳定（图3、图4）。

图3 千斤顶调整柱脚位移示意

图4 钢丝缆风绳示意

3）柱间支撑安装。由于钢管格构柱的柱间支撑影响网架整体提升，因此，需待网架整体提升就位后，再用汽车吊进行吊装。

3.2 屋面网架安装

3.2.1 网架地面拼装

1）拼装胎具（图5）。现场拼装地面应全部进行硬化，以满足拼装时的总体荷载要求。按照图纸尺寸和轴线在地面测放下弦球平面控制网，交点即为球心的投影点。拼装时网架球放在胎具钢管顶部，为保证下弦球球心标高的一致性，钢管的长度应根据球直径、胎具顶部标高分别进行计算。

2）网架拼装（图6）。为加快进度，减少现场工作量，采用车间拼装和现场拼装相结合的方式，形成多点、多面流水作业，加快地面拼装进度，控制安装精度。网架结构在设计安装位置正下方的地面拼装胎具上，从中间向四周方向拼装，以减少网架拼装累计误差。大跨度焊接球网架在地面组装过程中应考虑起拱，起拱值通过计算得出。屋面檩条、吊车连接件、⑧轴处马道和大门连接件、消防及动力管道等同步安装[1-2]。

图5 拼装胎具

图6 网架地面拼装示意

3.2.2 提升吊点布置

1）提升吊点设计。结合本工程网架的结构特点，采用SAP2000三维通用结构分析设计程序和浙江大学空间网格结构分析设计软件MSTCAD进行提升吊点设计和提升过程模拟，设计布置16个提升吊点，布置于轴、轴格构柱顶（图7）。用MST软件计算各吊点的反力，网架提升时各提升吊点反力值如表1所示。

2）杆件替换及加固。网架提升时受力情况应尽量与设计受力情况接近。通过分析提升吊点周边杆件抽空后的工况，计算提升吊点支座反力、网架下弦竖向挠度及超应力杆件应力比，对网架杆件进行调整或临时加固，并验算临时杆件与网架连接的节点强度和焊缝受力情况。轴、轴线原结构部分杆件（5 m×5 m范围内）待网架提升到位后安装。

图7 提升吊点布置示意

表1 各提升吊点反力值汇总

3）网架提升上吊点设置。根据对网架结构特点、各吊点提升反力值进行分析，提升上吊点通过在格构柱顶上设置格构式提升支架，提升梁前端开槽以便于提升器和钢绞线的安装和拆除，钢绞线采取由上至下穿法。为保证提升到位后支座周边杆件的预留位置，提升梁偏离提升支架中心轴线440 mm。

4）网架提升下吊点设置。提升下吊点与被提升结构相连，再通过提升专用地锚、钢绞线与提升上吊点的液压提升器相连，通过提升器的伸缸与缩缸过程反复作业，完成结构的提升工作。本工程下吊点均采用在提升上吊点正下方位置安装临时球结构方式，下吊点附近的原结构局部加固，此种吊点形式较为简便，并减小对原结构本体的改变。同时，为预留提升到位后支座周边杆件的安装位置，下吊点与原结构主弦杆呈10°夹角（图8）。

图8 下吊点临时球结构示意

5）上、下吊点必须保证其垂直度，允许误差控制在-1～+1°范围内。地锚结构安装在专用吊具的内部，要求每套地锚与其正上方的液压提升器、提升吊点结构开孔垂直对应、同心安装。

3.2.3 液压提升器配置

1）本工程屋面网架系统提升总质量约900 t，共设置16个提升吊点，①轴、⑧轴每个吊点配置1台TJJ-600型液压提升器，共4台，每台额定提升能力600 kN，配置4根φ17.80 mm的钢绞线；②轴～⑦轴每个吊点配置1台TJJ-2000型液压提升器，共12台，每台额定提升能力为2 000 kN，配置12根φ17.80 mm的钢绞线，单根钢绞线破断拉力为360 kN（实际根据吊点反力配置钢绞线数量）。

2）提升设备的使用裕度大于规程允许的1.25值，钢绞线的安全系数均大于规程允许的2.50值，满足施工要求。

3）液压提升器为穿心式结构，中间穿钢绞线，两端设有主动锚具，利用楔形锚片的逆向运动自锁性，卡紧钢绞线向上提升。

3.2.4 试提升

1）提升前确认将要经过的空间无任何障碍物、悬挂物，与提升结构无关的一切荷载全部去除，对网架结构、提升设施、提升设备系统进行观察和监测，确认符合模拟工况计算和设计条件，保证提升过程的安全。

2）以主体结构理论载荷为依据，各提升吊点处的提升设备进行分级加载，依次为20%、40%、60%、80%。确认各部分无异常的情况下，可继续加载至90%、100%，直至网架结构全部离地。

3）每次分级加载后均应检查相关受力点的结构状态，通过全站仪跟踪监测网架结构的高差及下挠，以便离地后进行调平，加载过程中各项监测数据均应做好完整记录。

4）当分级加载至网架结构即将离开拼装胎架时，可能存在各点不同时离地，此时应降低提升速度，并密切观察各点离地情况，必要时做“单点动”提升。确保结构离地平稳，各点同步。

5）分级加载完毕，结构提升离开拼装胎架约50 mm后暂停，停留12 h做全面检查，停留期间组织专业人员对提升支架、网架结构、提升吊具、连接部件、各提升设备进行专项检查。

6）停留期完毕后，各专业组对检查结果进行汇总，并经审核确认无任何隐患和问题后，方可进行正式提升。

3.2.5 正式提升

1）屋盖结构试提升检查正常，开始正式提升。

2）在整个同步提升过程中应随时检查每1个吊点提升器受载均匀情况、上吊点提升架的整体稳定情况、网架结构提升过程的整体稳定性、计算机控制各吊点的同步性。

3）提升承重系统是提升工程的关键部件，重点检查锚具，钢绞线从提升器顶部穿出情况，主油缸及上、下锚具油缸，液压锁、软管及管接头，行程传感器和锚具传感器及其导线。

4）液压动力系统监视系统压力变化情况，油路泄漏情况，油温变化情况，油泵、电机、电磁阀线圈温度变化情况，系统噪声情况。

3.2.6 网架与支座就位

网架结构提升至设计标高附近（距离设计位置约1.00 m）后暂停，提升设备暂停、锁定，微调各提升吊点，使吊点处主弦杆高度满足与柱顶预装支座对接的精度要求。

3.2.7 支座周边杆件安装

3.2.8 分级卸载并检查

1）所有支座周边杆件补装完成后对网架进行同步、分级卸载，每一步分级卸载完毕，均应暂停卸载，检查各项监测的结构变化是否符合模拟分析。按照设计给定的位置检测现有挠度值是否在允许范围内，各控制点挠度位移值不应超过现荷载条件下挠度计算值的1.15倍，且控制在-10～+10 mm范围内[3-4]。

2）分级卸载直至网架结构荷载转换至设计状态后，拆除提升支架、临时加固杆件、吊具点、提升器等设施和设备。拆除的结构严禁放置在网架结构上。

3）网架结构安装完成后，应全部检查质量，重点检查螺栓球节点部位、支座焊缝，质量要符合设计及施工规范要求。

4 结语

大跨度网架整体提升技术与常规的散件高空散装需要搭设大量的脚手架相比，可节省地面硬化、钢管脚手架安拆费用共计约400万元人民币，同时也减少了高空组装、高空焊接作业，降低了安全风险，提高了施工效率，施工安全、质量、工期易于保证，取得了显著的社会效益和经济效益，为类似工程的推广和应用提供借鉴。