不規則斜坡網架施工技術研究

丁釗，馬丹祥

(華北理工大學 建筑工程學院，河北 唐山 063210)

空間網架結構的安裝方法多樣化及現場環境復雜化，致使鋼網架結構在施工階段和最終成型階段工況內力極大可變，因此，空間網架結構在施工階段中的施工安全性與網架結構最終成形狀態的穩定性是否能夠很好地滿足鋼網架設計的要求是工程界必須關注和解決的一個重要問題。同時，施工方案的正確選擇還需要考慮到鋼網架施工難易程度、工期及成本等一系列問題。因此，對鋼網架結構安裝施工選擇最優的安裝方法至關重要。不規則斜坡鋼網架的安裝過程較復雜，給施工作業帶來了很大的復雜性和困擾。鋼網架提升施工是關鍵，鋼網架的提升有多種施工方式，針對工程特點，選擇最優提升方式，再選擇恰當的安裝方案，不但節約工期、降低成本，對結構安全也十分重要[1]。除了提升外，鋼網架施工內容中其余工序也非常重要。該項研究以錢營礦某煤場網架為例，對不規則斜坡鋼網架工程的施工及相關技術解決方案進行了深入的研究，介紹了鋼網架“起步跨整體吊裝與高空散裝”相結合的施工方案、施工工藝和過程控制等關鍵內容，最大程度地降低了安裝難度，提升了鋼結構網架施工安全和效率，為不規則斜坡網架施工技術的發展提供了一定的借鑒。

1 工程概況

錢營礦某煤場工程結構尺寸：網架東西軸線寬為111 m、南北軸線長為119 m，D/5軸處增加中間單點支承柱，柱尺寸設定直徑為1 800 mm，高度為20.47 m。網架頂標高為24.275 m，四周設置3 m高擋煤墻和鋼筋混凝土柱(柱間距為10 m)，柱頂位置設置預埋鐵件以及用來固定網架的球型支座。

網架結構情況見圖1和圖2。

圖1 網架結構剖面圖

圖2 網架平面布置圖

2 施工方案

本工程的鋼網架為不規則的形狀，加之網架結構設計自身存在斜坡，導致現場無法安裝軌道進行滑移施工；網架最大凈跨度為59.5 m，雖不屬于大跨度網架(注釋：跨度≥60 m的鋼網架才稱為大跨度網架[2])，但由于中間只有1根圓柱支撐，網架A軸受到工期影響尚未施工，如果僅采用分條(分塊)法會使鋼網架施工受到跨度和支撐條件的限制，最終導致結構無法順利拼裝對接；整個網架總重量約為600 t，擬建建筑物周圍又有其他已建成的建筑物限制吊車站位，起重機械設備無法實現整體網架吊裝安裝；由于本工程鋼網架下弦(包含支座)最高點高度為20.475 m，如果單獨采用高空散裝需要搭設滿堂腳手架，高空拼裝工作量大，且質量不易保證，安全隱患大，費用高，工期長，因此單獨運用高空散裝方案不合適。在充分保證質量和安全的前提下，認真分析各施工關鍵環節的技術措施，并結合同類工程的實踐經驗，決定該工程擬采用“起步跨整體吊裝與高空散裝相結合”的施工工藝進行網架施工[3]。

根據本工程的特點，及起重設備的負荷能力，鋼網架安裝總體安裝思路為：先采用整體吊裝法進行起步架網架安裝(注：起步架選在C-H軸/4-9軸內部區域)，然后向另三邊空中散裝。鋼網架安裝順序在起步跨安裝完成后按照1～9個步驟完成空中散裝，如圖3、圖4所示。

圖3 煤場網架安裝平面示意圖

圖4 煤場網架安裝立面示意圖

3 施工工藝

3.1 起步跨整體吊裝

3.1.1 工藝流程

網架起步單元總重約98 t，采用2臺XCA450，1臺XCA350,1臺XCT130四機抬吊。動力系數1.4，吊車折減系數0.75。每臺吊車采用四吊點吊裝。起步單元經驗算，需要加固9根桿件(位置見圖5)，螺栓不變。

圖5 起步跨加固桿件平面示意圖

加固的桿件作用主要是確保起步跨在起吊、空中調整、就位工況下桿件不會發生變形，進而影響結構安全[4]。桿件加強直接采用現場角鋼補強，角鋼緊貼鋼管后，角鋼長度至桿件兩端焊縫處，采用鋼板連接，不得與鋼管發生焊接關系，網架安裝完畢拆除，拆除不得損傷網架桿件，桿件補強做法見圖6所示。

圖6 加固桿件做法示意圖

為了保證符合規范安全施工的要求，避免操作人員在吊裝區域內施工作業，網架起吊前，將柱帽桿件采用地面下挖的方法組齊(見圖7)，網架結構就位后，補齊網架留洞的腹桿和上部天窗部位未裝的桿件后開始擴散安裝。擴散安裝時，根據現場情況做適當支頂。

圖7 柱帽桿件地面下挖示意圖

安裝網架擴散中部主結構時，先安裝下部結構，下部設置4根臨時支柱，中部網架向北連接到支座后，再向左、后安裝其余網架，撤去下部臨時支柱后，最后安裝頂部天窗結構。

在C軸H軸之間，首先在地面將從4軸向9軸拼裝完畢(見圖8)，然后使用起重設備將網架吊裝單元調離地面后，按就位坡度依次進行姿態調整。

圖8 起步跨地面組裝剖面示意圖

圖9～圖12分別為起步跨吊裝和就位工況時吊點位置、吊車站位及吊裝反力、吊車選擇布置圖(表示出起步架的組裝位置、起吊過程網架移動位置)。起吊點位置的設置應盡量避免使螺栓、套筒以及桿端受剪力；檢查完畢開始吊裝。

圖9 起步跨起吊工況平面示意圖 圖10 起步跨起吊工況立面示意圖

3.1.2 網架的試吊與吊裝

隨時觀察提升過程中的動態高度，控制網架各吊點高度偏差。網架安裝前必須進行試吊程序，合格后才能進行正式的起吊。正式吊裝，先吊離地面500 mm，進行姿態調整，使其與網架就位坡度一致，然后吊裝至網架下弦超出中柱300 mm后進行空中移位，移位2 m后將網架繼續提升至高于設計標高300 mm，再移位至就位點上空，然后慢慢下降。最后補齊拼裝空下的桿件，將球與球支座、球支座與滑動支座(滑動支座出廠固定架不能斷開)全部斷焊。

3.1.3 吊裝注意事項

采用2臺450 t汽車吊、1臺350 t汽車吊和1臺130 t汽車吊進行起步架吊裝。經驗算，有9根桿件承載力不能滿足要求，需要補強，螺栓球即連接螺栓滿足承載力要求，不必處理。

3.2 網架高空散裝

高空散裝就是在已經完成安裝的小單元網架上用螺栓球向前懸挑延伸，先在網架的地面上按圖紙的網架桿件進行編號，螺栓球按圖紙的編號拼裝成1個小單元，它的結構是由1個螺栓球，2根腹桿和2根螺栓弦桿連接組成,用網架吊車或者做網架提升工具把它的網架提升到一個需要小單元安裝的高度時，上面安排4名安裝人員迅速把各自的網架桿件和螺栓球擰入到各自的網架結點上即螺栓孔內。這個小單元的拼裝工程結束后，用同樣的工藝和方法再把小單元安裝到網架的下一個小單元，這樣反復地進行小單元的安裝，就這樣形成了一座完整的高空散裝網架[5]。在小單元安裝的整個過程中，各個部門安裝工種分工明確，地面的網架上由工人負責安裝和裝配材料，按照流水線進行安裝。高空散裝的方法是將網架的構件(一般稱為小拼單元或散件)直接吊至網架上設計好的位置直接開始進行小單元拼裝的工藝和方法[6]。本單元拼裝工程起步跨網架的結構安裝就位后，補齊網架下部留洞的螺栓腹桿和網架上部安裝天窗的桿件后開始對網架的擴散進行安裝[7]。

3.2.1 安裝輔助

擴散安裝中采用拔桿D325×8(配置10 t手拉葫蘆，高度26.5 m)和固定支承柱D426×8(設置攬風繩，配置30 t螺旋千斤頂)進行輔助，其中固定支承柱位置固定，網架全部支座就位后撤除，拔桿根據施工順序布置并在網架散拼到下一個支座單元時拆除。

3.2.2 安裝階段

擴散安裝時，擴散安裝按照1～9階段(見圖13～圖17)擴散。在第1階段(安裝2排桿件，即與G軸支座就位前，見圖13)，應在擴散中局部采用拔桿支頂。擴散安裝階段2和階段3經驗算，網架滿足自重承載要求，不必支頂；為便于安全施工，現場設置10 t拔桿用于臨時支承，以控制撓度，方便就位，見圖14。

圖13 擴散安裝1-2階段

圖14 擴散安裝2～3階段

安裝擴散階段4～9時(同時安裝相應位置上部天窗結構)，見圖15～圖17。

圖15 擴散安裝4～6階段 圖16 擴散安裝6～7階段

在安裝8～9階段時，需要采用鋼管支承柱(避免8～9階段安裝無法就位的問題)4根進行支頂，高度為25 m，直至階段9安裝完畢(同2～3階段驗算，考慮支座就位問題，安裝時局部采用拔桿跟隨，進行臨時支承。

小拼單元的劃分與拼裝：把網架根據實際情況合理地分割成各種單主體，直接由單根桿件、單個節點、一球一桿、兩球一桿總拼成網架，由小拼單元：一球四桿(四角錐體)、一球三桿(三角錐體)總拼成網架；由小拼單元組成中拼單元再總拼成網架(見圖19)[8]。

4 過程控制

4.1 標高、軸線檢查

煤場主體框架土建部分完成后，核對網架支座埋件的位置和標高，所有預埋件均在混凝土澆筑完成后放出十字線，方便校核定位。

4.2 拔桿和固定支撐柱設計與施工

4.2.1 拔桿、固定支撐柱設計

圖20所示為拔桿、固定支撐柱設計。

圖20 拔桿、固定支撐柱設計

4.2.2 拔桿的施工

采用拔桿支頂時，拔桿頂部設置10 t手拉葫蘆進行撓度調整。拔桿處地基采用原土碾壓后，上鋪鋼碴，保證10 t的地基承載力。拔桿使用25 t汽車吊整體移動，首先就位于拔桿附近網架外側，吊鉤與拔桿通過鋼絲繩緊固在拔桿頂部的吊耳上，然后緩慢松開手拉葫蘆，將拔桿重量逐漸傳遞給吊車直至承受拔桿全部重量。吊車將拔桿提起距離地面100 mm時，設置專業人員配合吊車將拔桿緩慢落致地面。固定支承柱頂部設置30 t千斤頂(千斤頂不可加大，否則由于無法感知頂升力，易造成網架桿件彎曲)，在支承柱高度2/3處，選擇固定在距離適當的建筑混凝土柱柱腳位，采用01型2.4號花籃螺栓張緊。固定支承柱在網架全部支座就位后卸載，卸載時，千斤頂必須有組織地逐次下落，每次下落時，按從網架中柱至A軸，按照1.5:1的比例，每次最大下落距離不超過15 mm。千斤頂放松后，移走千斤頂，按拔桿移位方法撤下支承柱[9]。

4.3 加強桿件計算

由于網架安裝過程中工況和網架設計狀態會存在差異，有些桿件設計的截面尺寸較小，但在施工過程中由于靠近支座或吊點，導致桿件應力比超限，通過計算機建模模擬施工過程，將計算出的超應力桿件進行補強或替換，保證網架整體穩定。在起步跨整體吊裝過程中，結構桿件的最大應力比大于1的有9根，但因為最大應力比僅為1.313，桿件直接采用現場角鋼補強即可。在高空散裝過程中，5～7階段由于部分桿件靠近臨時支撐桿，此區域結構桿件的最大應力比大于1的有7根，這些桿件都需要更換。

4.4 起步跨吊裝過程控制

1#1臺550 t、2#1臺350 t、3#1臺450 t、4#1臺200 t吊車開始試吊，根據指令同時起吊，將5～9軸+12.25 m/E-H軸+16.5 m螺栓球網架起步跨吊至距離地面500 mm高度后停止起吊，確認吊車站位以及網架起步跨平衡及重量，確認是否需要調整或是否在吊車起重參數允許范圍內，并查看桿件是否存在彎曲變形。正式提升，網架起步跨5～9軸+12.25 m/E-H軸+16.5 m整體起吊，根據指令同時起吊，提升3.5 m處開始安裝網架支腿(共3處)，對接完成后檢查桿件及螺栓球連接節點。網架支腿安裝完成后，繼續提升起步跨，將起步跨吊運至高于柱頂標高300 mm左右的距離后停止起吊，檢查吊車狀態及起步跨整體外觀情況[10]。起步跨東北側安裝人員分別由吊車用吊籃運送至5軸、8軸和9軸柱頂，中間柱(D/5)安裝人員由吊車吊籃送至柱頂，匯報起步跨著陸點下落情況，通過不斷修正著陸點將起步跨落于中心軸線上。起步跨著陸完成(見圖21)，輔助安裝人員將連接在起步跨上的鋼絲繩摘鉤，吊車回收吊鉤及吊臂。

圖21 著陸完成

5 結論

簡要介紹了“起步跨整體吊裝與高空散裝”相結合的施工技術在不規則斜坡網架工程實踐中的運用，并通過工程實例驗證了“起步跨整體吊裝與高空散裝”相結合的施工技術能夠明顯縮短工期，降低工程造價，保證了不規則斜坡網架施工質量和安全，取得了很好的社會和經濟效益，為今后類似工程提供了重要參照。