不連續(xù)下弦異形屋架制作安裝技術(shù)

□文/沈乃煊 王明明 李忠雨 曹爽秋 郝寶林

工程概況

空客A320系列飛機(jī)總裝線噴漆車間工程建筑面積20 900 m2，由2個(gè)噴漆大廳和附樓構(gòu)成，結(jié)構(gòu)為2個(gè)連跨鋼排架結(jié)構(gòu)，鋼屋架跨度長(zhǎng)60 m，中間10 m為不連續(xù)空間，見圖1。這是為了A320飛機(jī)尾翼通過而設(shè)計(jì)，可以使屋面標(biāo)高降低9 m，下弦不連續(xù)鋼屋架共有6榀，這種結(jié)構(gòu)形式屋架安裝對(duì)精度要求非常高。

圖1 噴漆車間鋼屋架結(jié)構(gòu)形式

施工難點(diǎn)

（1）大跨度屋架通常需在吊裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行平面組對(duì)，然后翻身豎直起吊，由于屋架下弦不連續(xù)，屋架的平面外抗變形能力很弱，翻身過程會(huì)造成后屋架平面外變形。

（2）由于屋架跨度大、下弦不連續(xù)，吊裝就位卸荷后下弦開口處距離變大，造成屋架跨度尺寸變大；鋼柱與屋架相連，鋼柱也要向外相應(yīng)偏移，屋架與鋼柱的變形均不符合GB 50205—2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》要求。

（3）屋架自重荷載線分布不均勻，吊點(diǎn)選擇難。

變形控制

變形計(jì)算原理

噴漆車間下弦不連續(xù)屋架可簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進(jìn)行變形等方面的分析。結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器中需建立屋架結(jié)構(gòu)模型、輸入截面信息及荷載情況，然后就可以計(jì)算出變形情況。

變形分析

（1）計(jì)算鋼屋架卸荷后開口變形量，根據(jù)變形量設(shè)計(jì)屋架下弦開口處負(fù)補(bǔ)償值，即起拱值。

（2）根據(jù)鋼屋架卸荷后鋼柱的偏移量設(shè)計(jì)鋼柱防變形措施并驗(yàn)證此措施的可行性。

（3）根據(jù)不同吊點(diǎn)位置的鋼屋架吊裝變形情況，找到最合理的吊點(diǎn)位置滿足鋼屋架吊裝精度。

鋼屋架卸荷變形

首先建立計(jì)算模型，鋼屋架卸荷后結(jié)構(gòu)模型見圖2。在模型上添加自重荷載，見圖3。

圖2 鋼屋架卸荷結(jié)構(gòu)模型

圖3 屋架自重荷載

輸入材料性質(zhì)后，計(jì)算屋架變形，屋架變形示意見圖4。

圖4 屋架卸荷變形

經(jīng)計(jì)算，最大下?lián)隙葹?15.5mm，最大X軸位移為41.375mm。考慮到現(xiàn)實(shí)中不可能存在完全的剛性節(jié)點(diǎn)，所以對(duì)結(jié)構(gòu)的理論位移進(jìn)行放大，放大系數(shù)為1.2，屋架最大下?lián)隙葹?115.5×1.2=138.6（mm），最大 X軸位移為41.375×1.2=50（mm）。根據(jù)這個(gè)結(jié)果，屋架下弦起拱值定為150mm。

屋架卸荷后鋼柱防變形措施

屋架卸荷變形中鋼柱的位移為50mm，遠(yuǎn)超GB 50205—2001的要求，解決這個(gè)問題就要在鋼屋架下弦開口處采用型鋼進(jìn)行剛性連接。這樣最大X軸位移為7.64mm，擴(kuò)大 1.2倍為 7.64×1.2=9.2（mm）。完全符合軸線偏移不得超過12.6mm的規(guī)范規(guī)定。

屋架起吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

為了吊裝中精確安裝就位，就要合理設(shè)置吊點(diǎn)，保證吊裝中屋架變形最小，從圖5和圖6兩種吊點(diǎn)位置中進(jìn)行考慮。

圖5 吊點(diǎn)位置1

圖6 吊點(diǎn)位置2

吊點(diǎn)位置1的屋架跨度伸長(zhǎng)量為4.3+8=12.3（mm）。吊點(diǎn)位置2的屋架跨度伸長(zhǎng)量為-0.05-0.4=-0.45（mm），即跨度縮短0.45mm。所以吊點(diǎn)位置2滿足吊裝精度要求，施工中采用吊點(diǎn)2的位置進(jìn)行起吊。

工藝流程

屋架的制作安裝流程見圖7。

圖7 工藝流程

吊裝施工

吊裝現(xiàn)場(chǎng)采用組對(duì)平臺(tái)組對(duì)鋼屋架，每次組對(duì)兩榀屋架，然后進(jìn)行屋架吊裝，見圖8。

圖8 屋架組對(duì)平臺(tái)

鋼屋架組對(duì)完成后，根據(jù)對(duì)屋架下弦用型鋼進(jìn)行連接，然后根據(jù)設(shè)計(jì)的吊點(diǎn)進(jìn)行起吊。在實(shí)際吊裝中為了更加穩(wěn)定起吊屋架，采用3機(jī)抬升，但最外側(cè)吊點(diǎn)選擇圖6設(shè)計(jì)的位置保證屋架跨度整體變形符合安裝要求，見圖9。

圖9 屋架吊裝

吊裝完成后用激光測(cè)距儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀進(jìn)行屋架的標(biāo)高、鋼柱垂直度的測(cè)量與調(diào)整。測(cè)量合格后，進(jìn)行下一榀屋架的安裝，直到屋架全部安裝完畢，取下鋼屋架下弦開口處連接的型鋼，鋼屋架結(jié)構(gòu)完全卸荷。

施工效果

噴漆車間主體結(jié)構(gòu)施工完成后屋架下弦標(biāo)高誤差為+5mm，鋼柱垂直度偏差為+3mm，完全符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)此工程編制的《大跨度下弦不連續(xù)屋架吊裝施工工法》已申報(bào)國(guó)家級(jí)工法。