大跨度網(wǎng)架施工方案對(duì)比及過程仿真分析

□文/張 倩 余 流 高 璞 杜澎泉 李 娟

1 工程概況

河南省某官窖遺址展示廳工程為雙層螺栓球網(wǎng)架，平面尺寸63 m×67.5 m，四邊點(diǎn)支撐，柱頂標(biāo)高10.65 m，總質(zhì)量約330 t。見圖1。

圖1 網(wǎng)架布置

官窖遺址位于展示廳內(nèi)，全部被鋼網(wǎng)架所覆蓋，平面尺寸25.6 m×34.1 m，采用螺栓球網(wǎng)架可避免焊接施工對(duì)遺址建筑的影響且較環(huán)保[1]。見圖2。

圖2 網(wǎng)架內(nèi)部

2 施工方案比選

由于展示廳南北地形高差接近4 m，同時(shí)考慮官窖遺址建筑物，首先排除網(wǎng)架在地面拼裝整體頂升的方案，只能在高空進(jìn)行散拼。高空散拼如采用全場搭設(shè)滿堂紅腳手架加原建筑物上方設(shè)置滑移平臺(tái)的方案，則工期較長，措施費(fèi)用較高，不合理。

網(wǎng)架累計(jì)滑移方案，即在場地一側(cè)搭設(shè)局部滿堂紅腳手架，在腳手架上進(jìn)行高空散拼，局部散拼完成后，向場地另一側(cè)滑移，滑移出腳手架后，再在腳手架上累積拼裝，直至全部滑移到位，整體落位進(jìn)行支座焊接。

首單元地面拼裝，起重機(jī)吊裝，其余單元高空散拼方案。為方便施工，防止網(wǎng)架在安裝過程中變形過大，局部超應(yīng)力，在網(wǎng)架內(nèi)部下弦設(shè)置臨時(shí)支撐點(diǎn)，全部安裝完成后，同步卸載，完成安裝。

為方便對(duì)比，根據(jù)工藝要求、現(xiàn)場情況和網(wǎng)架剛度，兩種方案中均將網(wǎng)架安裝劃分為9個(gè)單元，不同的是累計(jì)滑移法先拼裝滑移最遠(yuǎn)端的單元9。見圖3。

圖3 累計(jì)滑移安裝步驟

網(wǎng)架支撐在混凝土柱上，原混凝土梁僅10 cm 厚且未過支座中心線，不能作為累計(jì)滑移方案中滑移軌道的有效支撐，施工有一定難度。可以另設(shè)滑移梁，上鋪滑移裝置，使滑移軌道中心線與網(wǎng)架支座中心線重合，以減小滑移過程中網(wǎng)架支座因受到偏心力而產(chǎn)生不利影響。計(jì)算網(wǎng)架移動(dòng)所需的拉力和網(wǎng)架支座與滑軌間的摩擦力，合理選取牽引裝置。

高空散拼方案的臨時(shí)支撐應(yīng)根據(jù)遺址建筑位置和網(wǎng)架情況確定數(shù)量和位置，做到布置均勻、數(shù)量合理，保證桿件應(yīng)力和節(jié)點(diǎn)位移在規(guī)范[2]要求范圍內(nèi)。見圖4。

圖4 高空散拼臨時(shí)支撐位置

3 過程仿真分析

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常是以完整結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載作用下的計(jì)算模型為依據(jù)，再根據(jù)內(nèi)力計(jì)算的結(jié)果確定各構(gòu)件截面大小是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求[3]。而施工過程中，結(jié)構(gòu)形態(tài)、剛度、荷載、約束均與完工后不同，因此可能出現(xiàn)局部超應(yīng)力的桿件和位移較大的情況，對(duì)后續(xù)施工產(chǎn)生不利影響，需在施工過程中采取一定措施來避免或減小。故施工過程仿真分析對(duì)工程安全、順利施工具有很大意義。

采用有限元分析軟件對(duì)施工過程進(jìn)行仿真分析，荷載僅考慮網(wǎng)架自重。根據(jù)施工方案設(shè)置約束，累計(jì)滑移方案網(wǎng)架整體滑移結(jié)束后落位在支座上焊接，過程中僅沿滑移軌道（即網(wǎng)架的兩條邊）方向提供約束，分別約束豎向位移和垂直于軌道的水平位移（滑移軌道和導(dǎo)向輪在一定程度上能約束該方向水平位移，可設(shè)置彈性約束）；高空散拼方案首單元地面拼裝后吊裝就位，隨即焊接長邊方向的支座，過程中臨時(shí)支撐架僅提供豎向約束，整體散拼完成后焊接另外三邊支座，故分析時(shí)沿網(wǎng)架一條長邊方向約束豎向位移和該方向水平位移，沿兩條短邊方向和臨時(shí)支撐處僅約束豎向位移。見表1和表2。

表1 累計(jì)滑移方案計(jì)算結(jié)果

表2 高空散拼方案計(jì)算結(jié)果

兩種方案的桿件內(nèi)力、節(jié)點(diǎn)位移均滿足規(guī)范要求[3]。由于約束條件不同，累計(jì)滑移方案的應(yīng)力和位移較高空散拼方案大，尤其是Z向位移，在施工中可采取一定措施以減小變形，減少對(duì)后續(xù)施工的不利影響，如預(yù)起拱和增加滑移單元?jiǎng)偠取＠塾?jì)滑移方案提取的最大豎向反力可用于滑移梁的截面設(shè)計(jì)，高空散拼方案提取的反力可用于臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

4 臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)須滿足以下功能要求：正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；正常使用時(shí)，可滿足施工各項(xiàng)性能要求；在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，能保持必需的整體穩(wěn)定性[3]。

累計(jì)滑移方案的臨時(shí)結(jié)構(gòu)為寬度10.5 m的局部滿堂腳手架，作為拼裝的操作平臺(tái)。

高空散拼方案的臨時(shí)結(jié)構(gòu)為16 個(gè)6 m×6 m×9.6 m 的落地式腳手架，頂部放置由角鋼焊接而成的小鋼架，可以較好地將力傳遞至腳手架平臺(tái)，小鋼架高約1 m，頂部放置1臺(tái)32 t千斤頂，調(diào)節(jié)網(wǎng)架球標(biāo)高，也便于同步卸載。見圖5。

圖5 高空散拼臨時(shí)支撐

值得注意的是，腳手架的桿件可通過計(jì)算來驗(yàn)算強(qiáng)度、穩(wěn)定性和變形，而架體的整體穩(wěn)定性多通過構(gòu)造措施來保證，如掃地桿和斜撐按照規(guī)范[4～5]要求布置等。

5 結(jié)論

通常一個(gè)工程有多種施工方案可供選擇，需綜合考慮工期、成本、安全性和現(xiàn)場實(shí)際情況，優(yōu)選合理可行的方案。

本工程如采用累計(jì)滑移方案，需加設(shè)滑移梁，滑移過程中嚴(yán)密監(jiān)測，以保證同步性且過程中桿件應(yīng)力和節(jié)點(diǎn)位移較大，需采取一定措施。高空散拼方案設(shè)置臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)較多，但過程中應(yīng)力和變形更好控制且螺栓球網(wǎng)架的安裝精度要求更高，故最后選定高空散拼方案。