大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)懸臂拼裝施工技術(shù)

文/劉喬利 河北建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 河北保定 071051

1、工程概況

河北旭陽(yáng)焦化有限公司南煤場(chǎng)全封閉項(xiàng)目為大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，建筑面積81260m2，北側(cè)最大跨度230m，南側(cè)最大跨度167.8m，長(zhǎng)度408m，結(jié)構(gòu)高度46.98m。網(wǎng)架支撐在鋼筋混凝土柱上，采用下弦節(jié)點(diǎn)支撐形式，鋼筋混凝土柱頂標(biāo)高為+1.350m。

結(jié)構(gòu)為柱面網(wǎng)殼，因場(chǎng)地原因采用非煤棚常用的三心柱面網(wǎng)殼，平面投影為直角梯形，局部帶折角，沿縱向其中一側(cè)切邊。

網(wǎng)殼采用螺栓球節(jié)點(diǎn)，局部為焊接球節(jié)點(diǎn)，桿件材料為Q235B，螺栓球材料為45#鋼，整個(gè)網(wǎng)殼共由10417個(gè)球節(jié)點(diǎn)和40898根桿件組成。

圖1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)三維圖

2、方案選擇

2.1 分條分塊法：在地面拼裝，安裝有保證，但網(wǎng)殼整體為弧形，在拼裝時(shí)弧度高度不易控制，且費(fèi)用較高。

2.2 頂升法：網(wǎng)殼在地面拼裝，操作方便，安全風(fēng)險(xiǎn)小；施工效率高；但措施多，成本高，施工技術(shù)較復(fù)雜。

2.3 提升法：網(wǎng)殼在地面拼裝，操作方便，安全風(fēng)險(xiǎn)小；施工效率高；但措施多，成本高，施工技術(shù)較復(fù)雜。

2.4 懸臂安裝法：措施少，技術(shù)難度低，不影響網(wǎng)殼下部通行，成本低；但需要詳細(xì)的計(jì)算依據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)管理要求嚴(yán)格。

以上幾種安裝方法從施工、成本、質(zhì)量、安全綜合分析后，優(yōu)選懸臂安裝法。

3、施工難點(diǎn)及對(duì)策

3.1 建筑高度高，跨度大，安裝時(shí)容易產(chǎn)生變形。

對(duì)策：采用小單元安裝并利用Midas有限元軟件進(jìn)行施工過(guò)程模擬分析，在易變形區(qū)域進(jìn)行臨時(shí)支撐，形成穩(wěn)定體系后將支撐拆除。

3.2 桿件和球數(shù)量多：總桿件共計(jì)40898件，10417個(gè)球；球最大直徑700mm，桿最大直徑為377mm，安裝時(shí)容易混淆使用位置，導(dǎo)致安裝出錯(cuò)。

對(duì)策：每根桿件上打鋼印號(hào)，組裝時(shí)、焊接后檢查，噴涂油漆后核對(duì)鋼印號(hào)，準(zhǔn)確無(wú)誤后用油性記號(hào)筆進(jìn)行返號(hào)。

3.3 施工場(chǎng)地復(fù)雜、狹小，甲方要求不能停產(chǎn)。

對(duì)策：將網(wǎng)架分成十八個(gè)獨(dú)立單元，加工完成一個(gè)單元再進(jìn)行下一個(gè)單元的加工。分批打包發(fā)運(yùn)，避免現(xiàn)場(chǎng)桿件散亂，造成安裝困難。

3.4 施工過(guò)程監(jiān)測(cè)是施工中的重點(diǎn)內(nèi)容。

對(duì)策：施工中對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)與施工模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行核比對(duì)，如是異常及時(shí)采取措施，確保結(jié)構(gòu)施工期安全，保證結(jié)構(gòu)與原設(shè)計(jì)相符。

4、安裝過(guò)程模擬分析計(jì)算

采用Midas GEN有限元軟件對(duì)安裝過(guò)程模擬分析，分階段計(jì)算桿件的應(yīng)力和平面內(nèi)、外的穩(wěn)定性，計(jì)算網(wǎng)殼安裝階段的結(jié)構(gòu)變形。

施工過(guò)程模擬分析結(jié)構(gòu)表明：采用懸臂法安裝過(guò)程中網(wǎng)殼桿件的應(yīng)力和穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求，網(wǎng)殼的變形超過(guò)預(yù)設(shè)的限制條件，需要設(shè)置臨時(shí)支撐。

1軸-23軸需要設(shè)置15個(gè)支撐點(diǎn)，24軸-47軸需要設(shè)置14個(gè)支撐點(diǎn)。

臨時(shí)支撐架設(shè)置后再次進(jìn)行各階段的應(yīng)力和變形復(fù)核計(jì)算，保證滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5、安裝工藝

5.1 施工段劃分：以變形縫為界，劃分為兩個(gè)施工段，1-23軸為一施工段，24-47軸為另一施工段，從兩端向中間安裝。

5.2 工藝流程：

5.2.1 由山墻作為起步段開(kāi)始安裝，逐步向高度方向和側(cè)向安裝。同時(shí)洞口位置及山墻支座內(nèi)側(cè)設(shè)置鋼管臨時(shí)支撐。

5.2.2 安裝至15m和35m高度時(shí)分別設(shè)置一層纜風(fēng)繩，每層纜風(fēng)繩兩側(cè)各5道。安裝山墻到設(shè)計(jì)高時(shí)，由兩側(cè)向中間呈階梯形逐步安裝。

5.2.3 安裝到施工模擬分析要求設(shè)置支撐架的位置，利用吊車(chē)安裝支撐架，支撐架的四個(gè)立柱頂點(diǎn)分別支撐網(wǎng)殼角錐的四個(gè)節(jié)點(diǎn)，安裝過(guò)程中定期測(cè)量網(wǎng)殼的撓度值。

5.2.4 拼裝到焊接球中柱位置時(shí)，分兩段吊裝；安裝支撐架，安裝網(wǎng)殼，拆除前面已完成網(wǎng)殼部分的支撐架，繼續(xù)按此步驟安裝網(wǎng)殼單元，直到網(wǎng)殼安裝完成。

5.3 網(wǎng)架安裝的質(zhì)量控制

5.3.1 嚴(yán)格檢查螺栓球、錐頭、封板、螺栓、桿件等構(gòu)配件的材質(zhì)單、合格證、檢測(cè)報(bào)告，保證原材料、構(gòu)配件的質(zhì)量。

5.3.2 起步段安裝精度直接影響網(wǎng)殼的安裝質(zhì)量，起步段安裝允許偏差控制在允許偏差的一半。

5.3.3 對(duì)每個(gè)球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，保證螺栓擰緊到位，節(jié)點(diǎn)擰緊后套筒與螺栓球接觸面不得有間隙。

5.3.4 嚴(yán)格控制網(wǎng)殼拼裝精度，節(jié)點(diǎn)中心偏移不大于2mm，弦桿長(zhǎng)度和錐體高度大于±2mm，支座中心偏移L／3000，且不大于30.0，超過(guò)偏差及時(shí)調(diào)整。

5.4 變形（撓度）監(jiān)測(cè)

撓度直接影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全，作為重點(diǎn)控制的內(nèi)容，每一榀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)合龍后監(jiān)測(cè)網(wǎng)殼的撓度，空載撓度控制在L/800之內(nèi)。

根據(jù)計(jì)算在網(wǎng)殼撓度值最大的一排中心球上貼棱鏡貼片，安裝時(shí)貼好。每安裝一跨用全站儀進(jìn)行一次測(cè)量，如在設(shè)計(jì)值內(nèi)，繼續(xù)安裝，如超出規(guī)定值，制定措施后再繼續(xù)安裝。

在懸臂安裝過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)殼撓度，尤其是在有臨時(shí)支撐的部位，支撐卸載前后必須進(jìn)行監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌控?fù)隙茸兓?，并保證在允許范圍之內(nèi)。整體卸載完畢后再進(jìn)行撓度監(jiān)測(cè)，掌控整體撓度數(shù)據(jù)。

結(jié)語(yǔ)：

河北旭陽(yáng)焦化有限公司南煤場(chǎng)全封閉項(xiàng)目大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)懸臂施工方法的順利實(shí)施，解決了大跨度、空間結(jié)構(gòu)、邊生產(chǎn)邊施工的難題，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為同類(lèi)工程的施工提供了理論依據(jù)和寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。