三角錐焊接球網(wǎng)架樓面拼裝與整體提升技術

趙建華，李 東，何 旭，孔 輝

（中建科工集團有限公司 深圳 518054）

1 工程概況

大跨度鋼結構整體提升技術是指將構件和節(jié)點在地面或適當?shù)奈恢媒M裝成整體，然后采用多臺提升機械將結構整體提升至設計位置的安裝工藝。目前，整體提升機械多采用由計算機控制的液壓提升器［1］。液壓同步提升技術廣泛應用于大跨度網(wǎng)格結構、大跨度橋式連廊鋼結構的安裝，已成功應用于廣州新機場飛機維修庫［2］、武漢保利文化廣場空中連廊等工程施工中［3］。

深圳機場衛(wèi)星廳項目為一個機場衛(wèi)星廳公共交通建筑，項目工程總建筑面積23.5萬m2，建筑高度27.65 m，衛(wèi)星廳南北長516.5 m，東西長561.5 m，主體結構采用鋼筋混凝土鋼框結構，主樓、指廊屋頂為大跨度鋼桁架+鋼網(wǎng)架結構，主樓最大跨度為105.0 m，指廊跨度為35.0 m。

深圳機場衛(wèi)星廳中央指廊左段及右段的鋼屋蓋內部為焊接球網(wǎng)架結構，主要由三角錐雙層網(wǎng)架和天窗單層網(wǎng)架組成。網(wǎng)架跨度約80.0 m，網(wǎng)架截面高度為3.0～5.5 m，網(wǎng)架節(jié)點采用熱壓成型焊接空心球。此部分采用提升方式進行安裝施工，屋蓋網(wǎng)架結構提升區(qū)分成A2-1區(qū)和A3-1區(qū)，兩區(qū)結構呈左右對稱分布。

以A2-1區(qū)為例，架屋蓋結構投影面積6 413 m2，中心最大安裝高度為+27.5 m，橫向跨度約104.5 m，縱向跨度約193.6 m，網(wǎng)架中心上下弦最大高差約5 242 mm。

網(wǎng)架結構為三角錐焊接球網(wǎng)架單元，上設置檁托檁條，下弦上部設置馬道結構。網(wǎng)架桿件均為圓管，材質均為Q345B，最大截面為φ400 mm×20 mm，共16種規(guī)格，合計3 990根；焊接球為加肋焊接球，材質均為Q345B，最大直徑為700 mm，壁厚為25 mm，共6種規(guī)格，合計1 359個。

單區(qū)網(wǎng)架提升總重約593 t，網(wǎng)架弦桿、腹桿重量約401 t，下部馬道重量約40 t，焊接球約重116 t。焊接球網(wǎng)架結構如圖1所示。

圖1 焊接球網(wǎng)架結構示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Welded Spherical Grid Structural

2 安裝概述

整體提升法在大跨度鋼結構工程中應用比較廣泛，其施工技術已經(jīng)很成熟，有利于控制施工過程中的安全；整體提升法能夠大幅度減少施工過程中的臨時措施用量，在控制施工成本方面具有很大的優(yōu)勢；液壓提升設備自重和體積都比較小，承載能力比較強，在狹小的空間特別適用［4］。

本工程中央指廊網(wǎng)架結構在其投影面正下方的3層樓板面上先拼裝形成整體，同時根據(jù)計算要求合理布設提升胎架，利用提升胎架設置提升平臺（上吊點），在上吊點對應位置的屋蓋網(wǎng)架焊接球上安裝提升臨時吊具（下吊點），上下吊點間通過專用底錨和專用鋼絞線連接。利用液壓同步提升系統(tǒng)將鋼結構提升單元整體提升至設計安裝位置，然后安裝網(wǎng)架與周邊桁架之間的嵌補桿件，形成整體，完成屋蓋網(wǎng)架提升，最后拆除臨時提升措施。

因A2-1區(qū)與A3-1區(qū)的結構相同，以A2-1區(qū)為例闡述提升的思路，如圖2所示，A2-1區(qū)將屋蓋根據(jù)結構特點及樓板輪廓分為5個拼裝單元，其中區(qū)域A2-1a在3層樓板（+8.650 m）拼裝，區(qū)域A2-1b、區(qū)域A2-1c、區(qū)域A2-1d、區(qū)域A2-1e在5層樓板（+17.750 m）支設胎架，進行原位拼裝。

圖2 提升分區(qū)示意Fig.2 Lifting Zone Diagram

A2-1a拼裝區(qū)通過“累積提升”的方法實現(xiàn)整體提升就位；A2-1a區(qū)在3層樓板（+8.650 m）提升至設計標高后，嵌補提升區(qū)與四周倒三角桁架間的桿件，使A2-1區(qū)形成整體，完成提升施工。最后先進行提升區(qū)卸載，再進行吊裝區(qū)卸載。提升分區(qū)示意如圖2所示，A2-1區(qū)提升工況示意如圖3所示。

圖3 提升工況示意Fig.3 Lifting Condition Schematic（mm）

3 網(wǎng)架提升施工流程

屋蓋鋼結構提升具體提升工藝流程如圖4所示。

圖4 提升流程Fig.4 Lifting Process

4 網(wǎng)架深化與桿件置換

網(wǎng)架整體提升過程中，同步控制要求高，如果各個提升點不同步，網(wǎng)架易發(fā)生變形，還會由于變形的差異引起水平力偏移，甚至導致失穩(wěn)，因此在提升過程中對各提升點的動作同步、高度偏差等控制要求均較高。所以，本工程需先通過施工模擬計算分析，獲得網(wǎng)架提升過程中各工況下各提升點提升反力，再計算出安全范圍內的不同步工況下提升反力［5］。

被提升結構在施工過程中的正式提升階段其力學性能和設計階段的受力狀態(tài)不完全相同，結構的一部分桿件在此階段中可能會發(fā)生內力增幅很大甚至變號、應力比超限等對結構安全不利的狀況，為了防止被提升結構在整體提升施工過程中發(fā)生桿件撓度過大、桿件應力過大甚至結構失穩(wěn)、桿件破壞等危險情況，進而影響結構的后續(xù)使用要求，因此需要對結構的提升過程進行驗算，以確保結構各桿件在提升施工過程中不會發(fā)生破壞，對于那些超出了強度與剛度設計值的桿件，必須對這部分桿件進行替換，再重新開始驗算［6］。

通過BIM技術對網(wǎng)架整體建模以后［7］，依據(jù)施工過程模擬計算網(wǎng)架提升流程，采用有限元軟件MIDAS對網(wǎng)架整體穩(wěn)定等受力性能進行校核，如圖5～圖7所示［8］。

圖5 提升點反應表Fig.5 Reaction Table of Lifting Point（k N）

圖6 提升工況變形Fig.6 Lifting Condition Deformation

圖7 施工全過程應力比（存在89根桿件需置換）Fig.7 Stress Ratio of the Whole Construction Process

提升工況分析中，網(wǎng)架的桿件應力比控制在0.85以內。根據(jù)《空間網(wǎng)格計結構計算規(guī)程：JGJ 7—2010》［9］，受拉桿件長細比小于300（支座附近小于250），受壓桿件長細比小于180。不滿足上述條件的桿件需要進行置換。根據(jù)計算結果可知，位于網(wǎng)架提升點附近共有89根桿件需進行置換加強。

5 網(wǎng)架拼裝

5.1 網(wǎng)架拼裝措施

網(wǎng)架設計標高27.500 m，網(wǎng)架在拼裝過程中考慮到焊接操作，拼裝最低點高度取離樓板面600 mm，8.650 m樓板拼裝最高點8.146 m，累計提升10.557 m，達到設計標高。

屋蓋網(wǎng)架拼裝施工時，采用圓管用于支撐網(wǎng)架焊接球下部。每個拼裝區(qū)域內，最短支撐措施高度定為0.6 m，其余焊接球根據(jù)該焊接球相對坐標進行計算其絕對坐標，并布置措施。焊接球就位復測后，吊裝各連接桿件。圓管支撐示意如圖8、圖9所示。

圖8 圓管支撐示意圖Fig.8 Schematic Diagram of Tube Support（mm）

圖9 現(xiàn)場拼裝Fig.9 Assemble on Site

5.2 網(wǎng)架拼裝順序

施工順序主要分3步：①安裝下弦球，連接下弦桿；②按照1個上弦球連接2根腹桿的方法先進行拼裝；③吊裝拼裝完成的上弦球，與放線的點初步就位對中，臨時固定第三根腹桿校正，校正完成后進行焊接，如圖10所示。

圖10 安裝順序Fig.10 Installation Sequence

然后按此方法依次安裝，待多個網(wǎng)架單元拼接完成后，重復上述流程將網(wǎng)架單元拼接為整體。在網(wǎng)架拼接時，為確保下弦桿不發(fā)生位移，應遵循下弦桿、上線球、腹桿、上弦桿的焊接順序，降低焊接應力對下弦桿的影響［10］。

6 屋蓋網(wǎng)架提升設備及措施

6.1 關鍵技術和設備

⑴超大型構件液壓同步提升施工技術；

⑵TLJ-2000型液壓提升器5組，額定提升能力為200 t，如圖11所示；

圖11 TLJ-2000型液壓同步提升器Fig.11 TLJ-2000 Type Hydraulic Synchronous Hoist

⑶TL-HPS-60型液壓泵源系統(tǒng)，額定功率為60kW（見圖12）；

圖12 TL-HPS-60型液壓泵源系統(tǒng)Fig.12 TL-HPS-60 Hydraulic Pump Source System

⑷TLC-1.3型計算機同步控制及傳感檢測系統(tǒng)。

6.2 提升器選型

A2-1區(qū)一共布置5個門式提升點。提升點平面布置如圖13所示。

圖13 門式提升點平面布置Fig.13 Gate Lifting Point Layout

根據(jù)結構受力情況配置提升設備，主要配置TLJ-2000型液壓提升器，TLJ-2000型液壓提升器額定提升能力為200 t，最多可配置12根鋼絞線，鋼絞線規(guī)格為1×7-17.8 mm，根據(jù)《重型結構和設備整體提升技術規(guī)范：GB 51162—2016》規(guī)定，提升器安全系數(shù)為1.25，鋼絞線安全系數(shù)為2.0。設備配置需滿足上述要求。

6.3 提升技術措施設計

A2-1區(qū)5個提升點采用門式提升架如圖14所示，門式提升架頂部設置頂部提升梁如圖15以及頂部提升吊具如圖16所示。整體安裝后如圖17所示。

圖14 門式提升胎架詳圖Fig.14 Detail View of Door Lift Tire Frame（mm）

圖15 門式提升架頂部提升梁Fig.15 Top Lifting Beam of Gantry Hoist Frame（mm）

圖16 提升吊具Fig.16 Ascension Sling（mm）

圖17 整體實物Fig.17 The Whole Object

7 結語

該機場項目焊接球網(wǎng)架已經(jīng)全部提升到位，工期和質量均很好的滿足了工程要求，為后續(xù)屋面、機電等單位施工順利開展提供了強有力的保障。

本施工方法廣泛適用于空間網(wǎng)架結構，尤其適用于大跨度結構且現(xiàn)場場地復雜條件下的網(wǎng)架安裝。針對復雜曲面網(wǎng)架造型，結構跨度大，現(xiàn)場場地狹?。ǖ鯔C行走困難）等條件，此方法采用樓面拼裝，避免了對施工場地的占用同時極大的減少了高空作業(yè)量，保證了施工質量和工期要求，同時整體提升技術，避免了大量臨時措施和大型吊機的使用，降低工程成本。

本工程的成功實踐，可為其他類似結構的施工提供借鑒。