大跨度多層焊接球弧形鋼網(wǎng)架整體提升技術(shù)研究

陸 飛

（中鐵建設(shè)集團(tuán)南方工程有限公司 廣州 514400）

0 引言

大跨度多層焊接球弧形鋼網(wǎng)架是一種創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)形式，其在建筑、橋梁和其他基礎(chǔ)設(shè)施工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。這種鋼網(wǎng)架不僅具備輕質(zhì)高強(qiáng)、剛度大、抗震性能好等特點(diǎn)［1-3］，還能夠滿足大跨度建筑空間的需求，提供了更加靈活的設(shè)計(jì)和建造選擇［4］。為確保鋼網(wǎng)架整體提升，需要將重點(diǎn)放在吊點(diǎn)設(shè)置、分級(jí)加載、過(guò)程姿態(tài)控制、鋼網(wǎng)架的就位和卸載以及施工安全等方面上［5-7］，加強(qiáng)對(duì)以上幾方面的控制與優(yōu)化，如此才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，為整體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期堅(jiān)固、穩(wěn)定、安全的使用創(chuàng)造條件［8］。

由此看來(lái)，鋼網(wǎng)架雖然具有較高的使用價(jià)值，但要要想將其作用充分發(fā)揮出來(lái)，需要對(duì)施工作業(yè)予以有效控制，避免存在質(zhì)量隱患，提高鋼網(wǎng)架的整體性［9］。本文依托廈門某新建高鐵站換乘中心項(xiàng)目，重點(diǎn)闡述大跨度多層焊接球弧形鋼網(wǎng)架整體提升技術(shù)中的關(guān)鍵控制點(diǎn)，以推動(dòng)鋼網(wǎng)架施工技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展，為其他類似工程提供參考依據(jù)。

1 項(xiàng)目概況

換乘中心位于新建站房與既有高鐵站站房中間，緊鄰既有站北側(cè)落客平臺(tái)新增鋼結(jié)構(gòu)首層進(jìn)站平臺(tái)，東西長(zhǎng)約183 m，南北寬35.5 m，并在平臺(tái)上空加建新老站聯(lián)系通廊、頂部鋼結(jié)構(gòu)屋蓋及兩側(cè)的雨棚。換乘中心三維模型如圖1所示。

圖1 換乘中心三維模型Fig.1 3D Model of the Transfer Center

既有站房接口改造工程（換乘中心）新增鋼平臺(tái)采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系，樓蓋采用鋼筋桁架樓承板組合樓蓋，屋蓋采用空間鋼網(wǎng)架體系。

屋蓋根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為中間天窗區(qū)、四周網(wǎng)架區(qū)及邊部弧形鋼桁架，最大投影尺寸為144 m×77 m。屋蓋通過(guò)下部6 根圓管巨柱支撐，其中南側(cè)4 根鋼柱截面尺寸為D2 500 mm×80 mm，北側(cè)2 根鋼柱截面為D2 000 mm×80 mm，材質(zhì)均為Q460B。鋼柱與屋蓋連接時(shí)，設(shè)有圓管牛腿結(jié)構(gòu)，牛腿截面為D1 400 mm×50 mm。鋼屋蓋三維模型如圖2所示。

圖2 鋼屋蓋三維模型Fig.2 3D Model of Steel Roof

既有站房適應(yīng)性改造工程鋼屋蓋平面上位于Ⅱ-A～Ⅱ-F-Ⅱ-4～Ⅱ-13 軸線，東西長(zhǎng)約183 m，南北寬35.5 m，屋蓋最高點(diǎn)23.6 m，主要采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，網(wǎng)架最大厚度約6 m，網(wǎng)架中部桿件抽空形成天窗洞口。鋼屋蓋結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q355B 和Q390B，包括屋面結(jié)構(gòu)、檁條、馬道，提升部分重量約2 590 t，最大提升高度為17.6 m。

屋蓋南側(cè)邊部設(shè)有弧形鋼桁架，由主次平面管桁架交錯(cuò)組成，桁架均為圓管桿件，最大截面為D450 mm×20 mm。網(wǎng)架區(qū)為焊接球網(wǎng)架，采用兩層正放四角錐網(wǎng)架，支座及桿件交匯處為焊接球。鋼網(wǎng)架與底部圓管鋼柱牛腿連接，網(wǎng)架所有桿件均為圓鋼管，截面為P121 mm×5 mm～P700 mm×10 mm，材質(zhì)為Q355B。

本項(xiàng)目為在用擴(kuò)建工程，社會(huì)關(guān)注度高，既有高鐵站不能停航使得施工場(chǎng)地狹小，并且無(wú)法進(jìn)行夜間動(dòng)火作業(yè)，施工工期較緊，這給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)極大困難。

2 鋼網(wǎng)架整體提升關(guān)鍵技術(shù)

2.1 吊前準(zhǔn)備工作

吊前準(zhǔn)備工作主要包括提升方案策劃、吊點(diǎn)布置、液壓提升設(shè)備配置以及提升單元安裝。

本項(xiàng)目提升方案策劃為：既有站房適應(yīng)性改造工程鋼屋蓋結(jié)構(gòu)（提升單元TS1）采用整體提升的施工工藝，首先在屋面結(jié)構(gòu)正投影下方的±0地面上搭設(shè)拼裝胎架，將提升單元TS1 平放至拼裝胎架上。利用鋼柱頂及提升塔架設(shè)置14組提升平臺(tái)（上吊點(diǎn)），每組提升平臺(tái)布置1 臺(tái)XY-TS 型液壓提升器，共計(jì)14 臺(tái)；在提升單元TS1 與上吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置安裝臨時(shí)吊具（下吊點(diǎn)），上下吊點(diǎn)之間通過(guò)專用鋼絞線連接。

既有站房適應(yīng)性改造工程鋼屋蓋結(jié)構(gòu)（提升單元TS1）采用整體提升的施工工藝，根據(jù)提升單元TS1 結(jié)構(gòu)布置及液壓提升工況計(jì)算的結(jié)果，吊點(diǎn)布置及液壓提升設(shè)備配置分別如圖3和表1所示。

表1 提升單元TS1提升設(shè)備配置Tab.1 Lifting Unit TS1 Lifting Equipment Configuration

圖3 提升單元TS1吊點(diǎn)平面布置Fig.3 Plane Layout of Hoisting Unit TS1 Lifting Point （mm）

2.2 整體提升流程

既有站房適應(yīng)性改造工程鋼屋面結(jié)構(gòu)提升單元TS1采取整體提升的施工工藝，（其他分區(qū)的提升參照TS1），鋼網(wǎng)架提升立面如圖4 所示，整體提升具體流程說(shuō)明如下：

圖4 鋼網(wǎng)架提升立面Fig.4 Lifting Elevation of Steel Grid Frame （mm）

⑴在地面上±0.000 m位置處，把TS1的各個(gè)桿件拼裝成一個(gè)整體提升單元；

⑵在吊裝完畢的柱頂桁架和鋼柱上，安裝14 組提升平臺(tái)，每組平臺(tái)上安裝1臺(tái)液壓提升裝置；

⑶在TS1 的下弦與上吊點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的部位，設(shè)置提升下吊點(diǎn)臨時(shí)球體、臨時(shí)桿等臨時(shí)措施，并在提升吊點(diǎn)間設(shè)置專用的底部錨桿和鋼絞線；

⑷對(duì)液壓提升裝置進(jìn)行調(diào)試，并檢查TS1 以及所有的整體提升臨時(shí)措施是否滿足設(shè)計(jì)要求；

⑸開(kāi)始試提升，進(jìn)行逐級(jí)加載，直至提升單元脫離拼裝胎架；

⑹當(dāng)TS1提升約100 mm后，暫停提升，調(diào)整各提升點(diǎn)高度，使提升單元姿態(tài)與設(shè)計(jì)一致；并靜置2～24 h；

⑺在正式吊裝之前，對(duì)TS1 和整體提升臨時(shí)措施進(jìn)行再次檢查，確定沒(méi)有異常后，進(jìn)行正式吊裝；

⑻將提升單元整體提升至距離設(shè)計(jì)標(biāo)高700 mm左右時(shí)，暫停提升，開(kāi)始測(cè)量各吊點(diǎn)的實(shí)際標(biāo)高，并與設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行比對(duì)，并做好記錄作為需繼續(xù)提升高度的依據(jù)；

⑼降低提升速度并利用控制系統(tǒng)對(duì)各吊點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)，使其達(dá)到設(shè)計(jì)位置，滿足安裝要求；

⑽對(duì)TS1 的桿件進(jìn)行嵌補(bǔ)，使鋼屋蓋結(jié)構(gòu)形成完整的受力體系；

⑾液壓同步提升裝置依次分級(jí)卸載，直至鋼絞線松馳，鋼屋面結(jié)構(gòu)荷載全部轉(zhuǎn)移至鋼柱上；

⑿拆除液壓提升系統(tǒng)及臨時(shí)措施等，完成TS1的提升作業(yè)。

2.3 整體提升臨時(shí)措施

采用液壓同步提升設(shè)備吊裝大跨度鋼結(jié)構(gòu)，需要設(shè)置合理的提升上下吊點(diǎn)［10］。在提升上吊點(diǎn)即提升平臺(tái)上設(shè)置液壓提升器，液壓提升器通過(guò)提升專用鋼絞線與提升鋼結(jié)構(gòu)上的對(duì)應(yīng)下吊點(diǎn)相連接［11］。

本次提升臨時(shí)措施主要包括提升平臺(tái)、提升塔架、臨時(shí)吊具以及提升器固定板等。

2.3.1 提升平臺(tái)

提升平臺(tái)主要包括平臺(tái)梁、墊梁和水平構(gòu)造，臨時(shí)措施材料材質(zhì)均為Q345B，如圖5 所示。主傳力構(gòu)件間焊縫采用熔透焊縫，焊縫等級(jí)二級(jí)，所有加勁板的厚度為10 mm，加勁板與水平構(gòu)造采用角焊縫焊接，焊縫尺寸hf=0.7 t。

圖5 提升平臺(tái)三維示意圖Fig.5 Three-dimensional Schematic Diagram of Lifting Platform

2.3.2 提升塔架

提升塔架用圓管格構(gòu)柱作為支撐架，提升平臺(tái)梁置于其頂端，提升器固定在提升平臺(tái)上方，作為屋面網(wǎng)架提升的上吊點(diǎn)。

根據(jù)提升高度的需要，設(shè)置提升塔架，如圖6 所示，本項(xiàng)目提升塔架包括平臺(tái)梁、墊梁、墊板、塔架等。提升塔架材料材質(zhì)為Q345B，主傳力構(gòu)件間焊縫采用熔透焊縫，焊縫等級(jí)二級(jí)，所有加勁板厚度12 mm，加勁板與墊梁、平臺(tái)梁間焊縫采用角焊縫焊接，焊縫尺寸hf=0.7 t。

圖6 提升塔架三維示意圖Fig.6 Three-dimensional Schematic Diagram of Lifting Tower

2.3.3 臨時(shí)吊具

根據(jù)屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)布置及提升工藝的要求，屋面網(wǎng)架提升下吊點(diǎn)采用臨時(shí)吊具形式。專用鋼絞線連接在液壓提升器和臨時(shí)吊具下方的提升底錨之間，兩端分別錨固，用于直接傳遞垂直提升反力。

2.3.4 提升器固定板

液壓提升器安裝到位后，應(yīng)立即用臨時(shí)固定板固定。每臺(tái)液壓提升器需要4塊提升器臨時(shí)固定板。臨時(shí)固定板各面需平整，使之能卡住提升器底座，底面應(yīng)與下部提升平臺(tái)梁焊接固定，焊接采用雙面角焊縫，焊接時(shí)不得接觸提升器底座，焊縫高度不小于10 mm。

3 結(jié)語(yǔ)

廈門某新建高鐵站換乘中心采用大跨度多層焊接球弧形鋼網(wǎng)架整體提升技術(shù)施工，弧線鋼網(wǎng)架先在地面上的胎架進(jìn)行拼裝，待拼裝完成后，采用液壓提升裝置對(duì)拼裝單元進(jìn)行提升，待整體提升到位后，對(duì)各分區(qū)的桿件進(jìn)行嵌補(bǔ)，從而使得整個(gè)大跨度鋼網(wǎng)架全面拼裝完成。此外，本技術(shù)還通過(guò)設(shè)置提升平臺(tái)、提升塔架、臨時(shí)吊具以及提升器固定板等臨時(shí)措施，保障施工人員的安全和確保提升單元的整體性。

本文重點(diǎn)闡述了該技術(shù)在吊點(diǎn)設(shè)置、分級(jí)加載、過(guò)程姿態(tài)控制、鋼網(wǎng)架的就位和卸載以及施工安全等方面需要特別關(guān)注的關(guān)鍵控制點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)對(duì)以上幾方面的控制與優(yōu)化，縮短了施工工期，節(jié)省了施工成本，提升了復(fù)雜鋼網(wǎng)架的施工質(zhì)量和保障了施工人員的安全。