機(jī)庫大跨度焊接球網(wǎng)架兩階段整體提升施工技術(shù)

張毅毅 李鵬飛 耿俊峰

陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710032

1 工程概況

某機(jī)庫工程屋蓋鋼結(jié)構(gòu)平面呈長方形，跨度138.6 m，進(jìn)深63.7 m。為3層斜放4角錐焊接球網(wǎng)架，網(wǎng)格尺寸4.90 m×4.95 m，屋蓋為單側(cè)找坡，網(wǎng)架高度為2.9 m＋2.9 m～4.5 m＋4.5 m，網(wǎng)架下弦標(biāo)高21 m；機(jī)庫大門門頭采用4層焊接球網(wǎng)架，網(wǎng)架高度為14 m，下弦標(biāo)高16 m。網(wǎng)架設(shè)計(jì)跨中起拱值300 mm，鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約1 600 t。采用3面29根型鋼混凝土柱支撐（圖1）。

圖1 機(jī)庫屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意

2 整體提升方案理論計(jì)算分析

該工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)庫大門門頭桁架下翻5 m，且采用地面拼裝整體提升方案。在結(jié)構(gòu)柱頂共設(shè)置17個(gè)提升點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體提升（圖2）。根據(jù)施工方案，需對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行2次提升，第1次提升5 m高度，補(bǔ)空安裝大門下弦桿件后，再進(jìn)行第2次整體提升，就位后補(bǔ)空安裝周邊桿件與混凝土柱頂節(jié)點(diǎn)連接。施工全過程采用了SAP 2000程序的有限元方法對(duì)各種工況進(jìn)行理論分析計(jì)算。

圖2 提升吊點(diǎn)分布示意

2.1 第1次整體提升方案分析選擇

第1階段的整體提升，去掉了機(jī)庫大門門頭的下弦桿及下層腹桿，網(wǎng)架質(zhì)量按1 200 t進(jìn)行計(jì)算，考慮按以下3種方案進(jìn)行理論計(jì)算[1-3]。

1）直接對(duì)未安裝大門下弦桿件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體提升。通過對(duì)17個(gè)提升點(diǎn)進(jìn)行反力、網(wǎng)架變形及網(wǎng)架桿件應(yīng)力計(jì)算，屋蓋網(wǎng)架最大豎向變形為－890 mm，但由于門廳桁架部分跨度過大，塔架吊點(diǎn)處應(yīng)力比超過0.95的桿件有742根，無法進(jìn)行提升。

2）在大門桁架中間設(shè)置1個(gè)臨時(shí)提升塔架，對(duì)未安裝大門下弦桿件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體提升。設(shè)置1個(gè)臨時(shí)提升塔架，提升點(diǎn)最大反力出現(xiàn)在臨時(shí)提升架上，為1 705 kN。屋蓋最大豎向變形為－69 mm，此時(shí)，塔架吊點(diǎn)處應(yīng)力比超過0.95的桿件有106根，需調(diào)換的桿件過多，且不利于同步提升。

3）在大門桁架中間設(shè)置2個(gè)臨時(shí)提升塔架，對(duì)未安裝大門下弦桿件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體提升。設(shè)置2個(gè)臨時(shí)提升塔架，提升點(diǎn)最大反力對(duì)稱出現(xiàn)在2個(gè)臨時(shí)提升架上，分別為821 kN和1 021 kN。屋蓋最大豎向變形為－42 mm，應(yīng)力比超過0.95的桿件有18根，通過換桿后，網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)桿件最大應(yīng)力比為0.94。第1次同步提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度均滿足要求。

綜上對(duì)比各方案可知，第1次整體提升在機(jī)庫大門桁架處設(shè)置2個(gè)臨時(shí)提升架方案可行。

2.2 兩階段提升中間轉(zhuǎn)換方法

1）第1次整體提升后安裝大門下弦桿件。第1次提升就位后，對(duì)門桁架下弦桿進(jìn)行安裝。

2）卸載大門桁架兩端及臨時(shí)提升塔架，吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換階段，提升點(diǎn)最大反力出現(xiàn)在提升點(diǎn)TSD9，為729 kN。地面支撐點(diǎn)最大反力為768 kN，屋蓋最大豎向變形為－55.3 mm，屋蓋原結(jié)構(gòu)桿件最大應(yīng)力比為0.91。轉(zhuǎn)換階段提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度均滿足要求。

3）第2次整體提升。第2次同步提升時(shí)，采用17個(gè)柱位吊點(diǎn)，提升力最大出現(xiàn)在提升點(diǎn)TSD2，為833 kN和964 kN。屋蓋最大豎向變形為－141 mm，屋蓋原結(jié)構(gòu)桿件最大應(yīng)力比為0.94。第2次同步提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度均滿足要求。

綜上所述，采用兩階段提升中間轉(zhuǎn)換、高空補(bǔ)空的方案可行。

3 兩階段整體提升施工步驟

1）網(wǎng)架地面拼裝〔圖3（a）〕：網(wǎng)架地面拼裝整體上由中間向四周進(jìn)行擴(kuò)展，定位好下弦節(jié)點(diǎn)球后，下弦桿件散裝安裝，下層腹桿及中層節(jié)點(diǎn)球拼裝為1球4桿單元體安裝并散裝中弦桿，上層采用4球12桿單元體安裝。

2）提升架及中間提升塔架安裝：網(wǎng)架拼裝前，施工完中間塔架基礎(chǔ)，混凝土柱澆筑前做好提升架在柱頂?shù)念A(yù)埋，通過3D模擬設(shè)計(jì)提升架和中間提升塔架并考慮其對(duì)補(bǔ)空桿件安裝的影響，進(jìn)行提升架及提升塔架的安裝。

3）液壓提升系統(tǒng)安裝調(diào)試：計(jì)算機(jī)控制液壓同步提升系統(tǒng)主要包含鋼絞線及提升油缸集群、液壓泵站、傳感檢測(cè)及計(jì)算機(jī)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)等幾個(gè)部分，各部分安裝完成后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。

4）第1階段整體提升〔圖3（b）〕：第1階段提升前，做好結(jié)構(gòu)及提升系統(tǒng)的全面檢查及初始狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集。按照比例進(jìn)行分級(jí)加載至結(jié)構(gòu)全部離地。懸停檢查不少于8 h后轉(zhuǎn)入正式提升就位。

5）安裝大門桁架下弦桿件〔圖3（c）〕：由中間向兩端同步安裝大門下弦桿件，隨安裝隨支撐。

6）卸載大門兩端及臨時(shí)提升塔架提升力：卸載后，將大門桁架坐落于地面支撐上，拆除2個(gè)提升塔架。

7）置換大門兩端下吊點(diǎn)：拆除大門兩端下吊點(diǎn)，將下吊點(diǎn)置換于大門桁架后補(bǔ)的下弦節(jié)點(diǎn)處。

8）第2階段整體提升就位：內(nèi)容同第四步。

9）高空補(bǔ)空：提升就位后，將網(wǎng)架與混凝土柱頂支座補(bǔ)空連接安裝。

10）整體分級(jí)卸載〔圖3（d）〕：執(zhí)行10%、20%、40%、60%、80%、100%分級(jí)卸載，將網(wǎng)架施工受力狀態(tài)轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)受力狀態(tài)。

圖3 兩階段整體提升實(shí)景

11）懸挑結(jié)構(gòu)補(bǔ)裝。

4 施工結(jié)果

在兩階段整體提升施工過程中，桿件最大應(yīng)力比為0.62，最大撓度在大門桁架中間位置，為169 mm，滿足設(shè)計(jì)要求，焊縫等級(jí)滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)對(duì)該工程進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收，各項(xiàng)檢驗(yàn)批及分項(xiàng)工程均驗(yàn)收合格，觀感質(zhì)量良好。該項(xiàng)目為陜西省土木學(xué)會(huì)現(xiàn)場(chǎng)交流項(xiàng)目，并于2016年11月被評(píng)為中國鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)。

5 結(jié)語

目前整體提升技術(shù)施工工藝越來越多地在大跨度網(wǎng)架施工中被應(yīng)用，但對(duì)兩階段或多階段整體提升施工尚缺乏總結(jié)和進(jìn)一步討論，本文通過工況分析計(jì)算及實(shí)際應(yīng)用，有力地說明了分階段整體提升施工技術(shù)的可行性，對(duì)類似工程實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)意義。對(duì)于大跨度空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工，我們認(rèn)為：在滿足設(shè)計(jì)位型的同時(shí)，還需盡可能地滿足設(shè)計(jì)力型，這也是施工技術(shù)方案選擇的必要條件。