大跨度鋼屋蓋網架結構施工關鍵技術

李 祥 盧彩霞

1.常州第一建筑集團有限公司 常州 213000；2.常州鋼構建設工程有限公司 常州 213000

1 工程概況

1.1 工程簡介

蘇州國家電器產品質量監督檢驗中心3#電機測試車間為實驗用房，建筑為地上單層，最大高度72.10 m，建筑面積8 333 m2。屋蓋設計采用焊接球和螺栓球混合型節點網架，橫向跨度66 m，平均結構矢高5.20 m。上部屋蓋網架下弦連接有1臺32 t和2臺5 t懸掛吊車，在結構標高54 m處設置有網架平臺。上下2塊網架采用高強預應力拉索連接。網架平臺鋪設鋼筋桁架樓承板，并澆筑混凝土（圖1）。

圖1 結構剖面示意

1.2 方案選擇

本工程安裝高度大，頂部高度達72.10 m，周邊空間狹窄，大型起重設備無法進場施工。如果采用常規的安裝方法需要搭設大量腳手架平臺，不但高空組裝、焊接工作量巨大，而且存在較大的質量、安全風險，施工的難度較大，并且對整個工程的施工工期會有很大的影響，方案的技術經濟性指標較差。經過比較，最終采用分塊拼裝后整體提升的施工方案。先將鋼屋蓋結構在地面拼裝成整體后，利用超大型液壓同步提升施工技術將其提升到預定的位置，待下部結構組裝完成后，一起提升至設計標高。

2 工藝流程

2.1 施工技術準備

提升前，應針對提升作業編制施工方案及相關應急預案，并對提升結構和支承結構進行施工驗算、加固和驗收。本工程的整個吊裝過程采用SAP2000三維通用結構分析設計程序和浙江大學空間網格結構分析設計軟件MSTCAD進行過程模擬。整個結構面積較大，為了加快施工進度，安裝時采用分塊施工（圖2）[1,2]。

圖2 分塊布置示意

1）荷載要求：網架提升時考慮自身結構的質量和部分次結構質量。次結構質量主要包含上部檢修馬道、屋面支托、屋面檁條、吊掛噴淋管道和吊車軌道質量等。

2）吊裝時參照規范要求采用液壓千斤頂和鋼絞線提升，考慮動力系數1.20。

3）網架分塊提升過程主要考慮以下幾種主要工況：

（1）上部網架提升區域一提升的整個過程；

（2）上部網架提升區域二提升至預定高度的過程；

（3）上部網架提升區域二和下部網架串聯后提升的過程；

（4）上部網架提升區域三提升至預定高度的過程；

（5）上部網架提升區域三和下部網架串聯后提升的過程。

4）經過驗算，網架結構部分構件需要替換和加固。

5）在吊裝過程中，嚴禁在主要受力構件上焊接[3,4]。

2.2 提升過程

2.2.1 安裝柱頂提升平臺

在混凝土柱頂設置平臺埋件，安裝平臺并放置提升設備，穿鋼絞線并與下吊點的提升地錨連接。地錨安裝時，用L形壓板將地錨固定于下吊點焊接球下方（每個地錨用3塊壓板固定），并留有一定空隙，使地錨可沿圓周方向自由轉動，鋼絞線與孔壁不能碰擦；地面拼裝時，需保證焊接球底面距拼裝地面或者下方桿件至少有高600 mm的凈空高度，以方便安裝地錨。

2.2.2 地面拼裝上部網架

在地面上鋪設簡易胎架，按照設計給定的球節點中心坐標放線后拼裝網架結構和其他附屬結構。附屬結構需要考慮因網架撓度變化而產生的變形。

2.2.3 空中懸停

被提升結構脫離胎架后應作短暫的空中懸停，懸停期間對整體提升支承結構的應力和變形、提升點的位移、提升點的反力、提升設備、纜風繩拉力和基礎沉降等進行檢查和檢測，符合要求后方可繼續提升。被提升結構應懸空停留2～24 h，待變形穩定后再繼續提升。

2.2.4 提升上部網架

同步提升網架結構，提升過程中隨時監測各提升設備并觀察網架的變形情況。整個提升過程需要做到各提升點互相同步。提升過程中采用全站儀對網架進行高度和高差的監測，并進行實時調整。提升點的靜載或高差出現異常情況時，應立即停止提升，檢查并排除問題后再提升。

2.2.5 連接下部網架

上部網架同步提升至標高10 m左右時，將提升器鎖緊。地面拼裝下部平臺網架，通過預應力索和臨時吊索與上部屋面網架連接。調整預應力索，開始提升下部網架。提升過程中應特別注意和調控下部網架的傾斜度。施工時，采取增設水平限位裝置、上下網架間增設斜撐等措施來保證下部網架的水平位移在可控范圍內。

2.2.6 共同提升至預定高度

同步提升屋面網架（連同下部平臺網架）至設計高度。吊裝時注意各個吊點的同步施工，如發生較大偏差，應及時停止并調整。

2.2.7 補齊周邊后補桿件、支座等網架構件

在整個提升過程結束后，應測量各分塊網架的施工誤差值，經糾偏后，再補齊中間和邊緣空缺的構件。

2.2.8 卸載并檢查

提升器同步卸載，使網架荷載由提升平臺轉移至立柱上。調整預應力索的張力，使下部網架均勻受力。按照設計給定的位置檢測現有撓度值是否在允許范圍內。下部平臺網架的上弦層設有6個撓度控制點，各控制點的撓度位移值控制在-10～10 mm以內[5,6]。

2.2.9 拆除臨時構件

在安裝工作結束后，按照預先制定的拆除方案拆除提升支架、臨時加固桿件、提升器、提升平臺等設施和設備。

3 提升吊點

為避免鋼絞線與網架內桿件相碰，提升下吊點設置在網架空當內，通過3根臨時桿件連接到網架焊接球部位（圖3、圖4）。

圖3 提升吊點示意

圖4 吊點焊接球示意

4 提升控制系統

4.1 提升同步控制策略

控制系統根據一定的控制策略和算法實現對結構單元整體提升（下降）的姿態控制和荷載控制。在提升（下降）過程中，從保證結構吊裝安全角度來看，應滿足以下要求：

1）應盡量保證各個提升吊點的液壓提升設備配置系數基本一致；

2）應保證提升（下降）結構的空中穩定，以便提升單元結構能正確就位，也即要求各個吊點在上升或下降過程中能夠保持一定的同步性[7,8]。

4.2 提升設備

根據結構受力情況配置提升設備，主要配置TLJ-600型和TLJ-2000型提升器，TLJ-600提升器額定提升能力為600 kN，配置4根φ17.80 mm的鋼絞線，TLJ-2000型提升器額定提升能力為2 000 kN，滿配可配置12根φ17.80 mm的鋼絞線，單根鋼絞線破斷拉力為360 kN（實際施工時需根據吊點反力來配置鋼絞線數量）。

提升設備的使用裕度大于規程允許的1.25，鋼絞線的安全系數均大于規程允許的2.50，滿足施工要求。

4.3 控制系統

液壓同步提升施工技術采用行程及位移傳感監測和計算機控制，通過數據反饋和控制指令傳遞，可全自動實現同步動作、負載均衡、姿態矯正、應力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。操作人員可在中央控制室通過液壓同步計算機控制系統人機界面進行液壓提升過程及相關數據的觀察和控制指令的發布。同步控制系統是在總結以往多次工程經驗的基礎上研發出來的新一代液壓同步控制系統。它采用導電塑料傳感器、油壓傳感器和高精度比例傳感器等國內外最先進的傳感技術，并結合計算機實現了全自動監測和控制。利用導電塑料傳感器監測油缸行程，其精度可達到0.10 mm，遠超過以往四位觸點油缸傳感器；油壓傳感器即時反映主油缸A腔的壓力，具有可靠性高、壽命長、精度高等優點；高精度比例傳感器反映構件的提升位移，其精度可達到1 mm。計算機通過高精度傳感器不斷采集油缸、構件信號，從而有效地控制頂升器各點的位移，特別是高精度比例傳感器的使用，實現了液壓提升控制技術的大閉環控制體系。本工程中配置1套TLCS 11.2型計算機同步控制系統[9,10]。

5 結語

1）提升驗算時，需注意整個提升結構與周邊結構的相互關系，避免結構提升過程中的互相沖突。

2）提升支架設計時應考慮盡量簡潔，并留有一定的強度裕度，以應對可能出現的局部不同步所引起的吊點反力偏差。

3）連接上下部結構的預應力拉索應充分考慮上部和下部結構的撓度差，并留有一定長度的調節余地。

4）被提升結構提升點的位置應對應位于提升點的垂直下方，水平誤差按1/1000控制，且不大于30 mm。

5）吊裝時，如果將網架與下部軌道一同吊裝，則其與軌道的連接節點應特別處理。建議將軌道頂面連接開孔改為長圓孔，使長度滿足水平自由伸縮，以避免網架與軌道協同受力，如不滿足要求，則可能導致網架上弦桿件附加壓應力過大后失穩。

6）吊裝時，注意下部結構的重心位置，調整拉索型號和布置位置，避免出現嚴重偏心和傾覆。

7）吊裝過程中，結構處于受力狀態，嚴禁在主要受力構件上進行焊接作業。