大跨度張弦預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼整體提升施工技術(shù)

□文/張俊鐸 鄧應(yīng)平 陳立軍 張永坡 王巖

大跨度張弦預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼整體提升施工技術(shù)

□文/張俊鐸 鄧應(yīng)平 陳立軍 張永坡 王巖

文章詳細(xì)介紹了鋼結(jié)構(gòu)整體二步提升的施工技術(shù)。該技術(shù)解決了現(xiàn)有網(wǎng)架施工周期長，施工現(xiàn)場場地極其狹小，不具備用超大噸位吊車安裝的條件，同時避免第2次提升吊掛層后，高空施工作業(yè)問題。通過在天津市中心城區(qū)軌道交通綜合控制中心工程的實際應(yīng)用，很好的驗證了該方法的可行性，為后續(xù)類似條件工程提供了借鑒經(jīng)驗。

鋼結(jié)構(gòu)；二步提升；大跨度；張弦預(yù)應(yīng)力；網(wǎng)殼

1　工程概況

天津市中心城區(qū)軌道交通綜合控制中心工程地下1層、地上5層，主體屋面頂標(biāo)高25.2 m，中間大跨弦支鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)部分頂標(biāo)高33.6 m。屋面網(wǎng)架上部采用正放四角錐焊接球節(jié)點弦支網(wǎng)架，下部安裝高釩索和吊掛層。

鋼網(wǎng)架東西跨度99 m，南北跨度52.9 m，高度約3.0 m，投影面積約5 000 m2，質(zhì)量520 t，網(wǎng)架支座高度21 m。焊接球節(jié)點，弦桿采用φ102 mm×4.5 mm、φ133 mm×5 mm、φ180 mm×8.0 mm、φ377 mm×25 mm、φ219 mm×10 mm圓管，焊接球分別采用D300 mm×8 mm、D350 mm×10 mm、D400 mm×12 mm、D450 mm×12 mm、D600 mm×18 mm、D650 mm×20 mm等截面的空心球。焊接球總數(shù)量為1 159個，桿件共計4 593根。下部吊掛層及高釩鎖質(zhì)量約為100 t，高釩索共計12根，南北向設(shè)置4條，東西向設(shè)置8條，抗拉強(qiáng)度1 670 MPa。

因現(xiàn)場場地狹小，網(wǎng)架四周有混凝土結(jié)構(gòu)，不具備用超大噸位吊車安裝的條件，所以在樓面進(jìn)行鋼網(wǎng)架的拼裝焊接，利用計算機(jī)控制液壓整體提升工藝進(jìn)行鋼網(wǎng)架的提升，高空進(jìn)行張拉施工。

2　施工技術(shù)特點

1）弦支網(wǎng)架的施工工序的確定。有限元軟件計算，模擬仿真施工過程，確定施工順序。

2）在2層和3層之間樓面呈月牙形的中空部位搭設(shè)腳手架，腳手架搭設(shè)完成后可與4樓樓面形成一個整體，再進(jìn)行鋼網(wǎng)架球節(jié)點X、Y坐標(biāo)的放樣，鋼網(wǎng)架的拼裝焊接。

3）根據(jù)有限元軟件分析，在3層樓面設(shè)置12個提升支架，安裝24個提升油缸，作為提升上吊點，網(wǎng)架提升單元下弦球做為下吊點，通過提升支架上安裝液壓提升器進(jìn)行提升，見圖1。

圖1　提升架立面

4）利用液壓同步提升系統(tǒng)和整體計算機(jī)控制將網(wǎng)架提升單元分二步進(jìn)行提升，第一步提升1.5 m，安裝吊掛層和12道高釩索，第二步整體提升到位。

5）提升到位后，依次安裝焊接后補(bǔ)桿，讓提升屋蓋與周圈混凝土柱形成整體結(jié)構(gòu)，再分批分級進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。

6）張拉后，液壓提升系統(tǒng)各吊點同步分級卸壓，使網(wǎng)架自重轉(zhuǎn)移至其自身支座。

3　提升工藝

3.1流程

中空部位腳手架搭設(shè)→網(wǎng)架樓面拼裝→焊接→焊縫檢測→提升支架的安裝→第一步整體提升1.5 m→吊掛層及高釩索構(gòu)件安裝→第二步整體提升到設(shè)計標(biāo)高→后補(bǔ)桿件安裝焊接就位→預(yù)應(yīng)力施加→整體同步分級卸荷→網(wǎng)架整體就位。

3.2網(wǎng)架的提升架布置

通過有限元軟件計算和仿真，鋼網(wǎng)架提升支架設(shè)置12個，均勻分散坐落在3層結(jié)構(gòu)樓板上（框架梁位置），為確保支座穩(wěn)定，提升支架與其支座采用焊接，其支座與樓面下部有框架部位采用16條膨脹螺栓連接，見圖2。

圖2　提升架平面布置

3.3網(wǎng)架地面拼裝

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的拼裝主要在現(xiàn)場提升單元正下方的3層樓面上進(jìn)行，全部采用散拼焊接。首先設(shè)置網(wǎng)架安裝可調(diào)節(jié)支架，其次網(wǎng)格下弦構(gòu)件支撐胎架定位，然后將一個上弦球以及與之相連的腹桿組裝焊接形成正方四角錐，將四角錐以此連接形成一排，排形成面向四周擴(kuò)散，直至網(wǎng)架全部拼裝完畢。

3.4焊縫檢測

鋼網(wǎng)架地面拼裝完成后進(jìn)行整體安裝焊接和幾何尺寸檢測，焊縫等級為一、二級兩種，為保證焊接質(zhì)量，對所有焊縫進(jìn)行100%超聲波探并形成記錄，將不合格的焊縫重新返修，確保焊縫達(dá)到100%合格，待焊縫檢測完成并維修合格后，進(jìn)行現(xiàn)場提升支架的安裝。

3.5網(wǎng)架提升

1）鋼網(wǎng)架樓面拼裝完成后，第一次整體提升前，先進(jìn)行網(wǎng)架預(yù)提升，提升高度為200 mm，保證網(wǎng)架各個部位都離開樓面，提升后網(wǎng)架保持靜止荷載24 h，以觀察網(wǎng)架受力及變形情況。

2）持荷24 h后，網(wǎng)架無明顯變形后，則進(jìn)行網(wǎng)架第一步正式提升，提升至距樓面1.5 m處停止提升進(jìn)行吊掛層及高釩索構(gòu)件的安裝。

3）吊掛層及高釩索安裝完成，進(jìn)行網(wǎng)架的第二步整體提升，提升高度距3層樓面13.5 m處停止提升，安裝焊接后補(bǔ)桿件與周圈混凝土連接成整體。

4）網(wǎng)架后補(bǔ)桿件安裝焊接后，進(jìn)行網(wǎng)架拉索的預(yù)應(yīng)力張拉施工。

3.6預(yù)應(yīng)力張拉

1）根據(jù)設(shè)計提供的拉索預(yù)應(yīng)力值，進(jìn)行施工仿真計算，張拉力最大為2 400 t左右，采用2個1 500 t千斤頂、油泵及張拉工裝等設(shè)備。

2）預(yù)應(yīng)力鋼索張拉采用雙控，以索力控制為主、變形控制為輔。

3）張拉分2級，每次同步對稱張拉2根拉索，先張拉橫向拉索，再張拉縱向拉索。

4）第2級張拉時，油泵啟動供油正常后，開始加壓，當(dāng)壓力達(dá)到鋼索設(shè)計拉力時，超張拉5%，然后停止加壓，完成預(yù)應(yīng)力鋼索張拉。張拉時，要控制給油速度，給油時間不應(yīng)低于0.5 min。

5）采用油壓傳感器監(jiān)測鋼索拉力的索力值，采用全站儀監(jiān)測鋼網(wǎng)殼變形值，保證施工完成后的索力、網(wǎng)殼變形值與設(shè)計單位所要求相吻合。

6）位移變形值監(jiān)控預(yù)警值為理論變形的±10%且不超過±5 mm，索力監(jiān)控預(yù)警值為理論值的±5%。

3.7卸荷

拉索最后一次張拉達(dá)到恒荷載設(shè)計值，液壓提升系統(tǒng)各吊點同步分級卸壓，使網(wǎng)架自重轉(zhuǎn)移至其自身支座；再進(jìn)行網(wǎng)架的卸載，拆掉所有臨時提升支架，網(wǎng)架安裝完成。

3.8檢測

檢測基準(zhǔn)點為首層地面±0.000，相當(dāng)于大沽高程5.2 m，共布置26個檢測點，檢測點布設(shè)于網(wǎng)架球體底部中心位置，共測量兩次。測量結(jié)果：經(jīng)觀測值和設(shè)計值比對，恒荷載下?lián)现底畲鬄?48 mm，最小為-6 mm，符合設(shè)計和規(guī)范要求。

4　提升原理及控制系統(tǒng)

4.1提升原理

超大型構(gòu)件液壓同步提升原理見圖3。

圖3　提升原理

4.2液壓設(shè)備

液壓提升承重設(shè)備主要采用穿芯式Y(jié)S-SJ型液壓提升器，YS-PP-11型液壓泵源系統(tǒng)為液壓提升器提供動力并通過就地控制器對多臺或單臺液壓提升器進(jìn)行控制和調(diào)整，執(zhí)行液壓同步提升計算機(jī)控制系統(tǒng)的指令并反饋數(shù)據(jù)。

4.3YS-CS-01型計算機(jī)同步控制及傳感檢測系統(tǒng)

液壓同步提升施工技術(shù)采用傳感監(jiān)測和計算機(jī)集中控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動實現(xiàn)同步動作、負(fù)載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。計算機(jī)同步控制及傳感檢測系統(tǒng)人機(jī)操作界面見圖4。

圖4　液壓同步提升計算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面

5　提升過程中的穩(wěn)定性控制

5.1網(wǎng)架自身穩(wěn)定性控制

采用液壓提升整體同步提升網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，與用卷揚(yáng)機(jī)或吊機(jī)吊裝不同，可通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力和流量，嚴(yán)格控制起動的加速度和制動加速度，使其接近于零以至于可以忽略不計，保證提升過程中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和臨時支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5.2網(wǎng)架自身穩(wěn)定力的控制

通過對整體提升過程各種工況的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對提升安裝過程中的結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行預(yù)先調(diào)整控制。

5.3液壓提升力的控制

通過預(yù)先分析計算得到的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升過程中各吊點提升反力數(shù)值，在液壓同步提升系統(tǒng)中，依據(jù)計算數(shù)據(jù)對每臺液壓提升器的最大提升力進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定。

5.4空中停留的穩(wěn)定性控制

由于本工程網(wǎng)架的提升工藝為分塊累積提升，為保證網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在暫停提升時的穩(wěn)定性，主要從以下幾個方面考慮。

1）液壓提升器自身獨有的機(jī)械和液壓自鎖裝置，保證了網(wǎng)架單元在整體提升過程中能夠長時間的在空中停留。

2）網(wǎng)架單元提升離地之前，應(yīng)在其立柱附近，將水平限位所需的鋼絲繩、卸扣和導(dǎo)鏈等預(yù)先掛好，方便隨時使用。

5.5提升過程同步控制措施

在正式提升之前液壓提升系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行充分的調(diào)試，液壓同步提升通過計算機(jī)控制各提升點同步，電腦控制界面實時顯示有各吊點的最大高差數(shù)據(jù)，以確保其在整個提升過程中能夠?qū)⑼骄瓤刂圃陬A(yù)先設(shè)定的安全范圍之內(nèi)。

6　結(jié)語

弦支網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)施工經(jīng)方案優(yōu)化，原來的“滿堂紅腳手架高空散拼”調(diào)整為現(xiàn)在的“計算機(jī)控制整體提升，高空分級張拉”的施工方法，從而降低了措施費(fèi)的投入，減少施工風(fēng)險，節(jié)省資金過百萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著，施工完成后，經(jīng)實際測量均符合設(shè)計及規(guī)范的要求。

□鄧應(yīng)平、陳立軍、張永坡、王巖/天津三建建筑工程有限公司。

TU391

C

1008-3197（2016）03-01-03

2016-04-26

張俊鐸/男，高級工程師，天津三建建筑工程有限公司，從事工程技術(shù)管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.03.001