多連跨高大空間網架的吊裝施工關鍵技術

喬天順

安陽市人民醫院 河南 安陽 455000

目前，大跨度鋼網架結構是較多運用的大連跨空間結構形式，相關設計經驗趨于成熟，而施工方法還有待于完善[1]。大多數施工單位往往憑借以往的施工經驗進行吊裝、估算，沒有可靠的操作流程可以參考。

近年來，隨著建筑信息模型（BIM）技術的成熟，建立三維數字的可視化模型，在施工階段所起的作用也越來越大[2-3]。本文通過一個多連跨高大空間網架工程，詳細介紹了整體吊裝工藝。該工藝的應用能大幅度提高作業效率，縮短工期，保障安全，提高吊裝精度，減少工程成本投入。

1 工程背景

張北柔性直流電網±500 kV康保換流站工程位于張家口市康保縣，結構形式為鋼結構，閥廳網架為多連跨高大空間網架，平面形狀為矩形，平面尺寸為170 m×96 m，采用鋼排架柱和鋼網架結構體系。鋼排架柱作為閥廳的主承重結構，橫向通過鋼網架連接形成一個2跨鋼排架結構，鋼排架柱縱向通過柱間支撐形成整體框架結構，橫向2跨，跨度分別為47 m和59 m，縱向14跨，跨度分別為8～16 m 不等。

屋面采用雙層鋼網架結構，其結構由雙層鋼網架、屋面檁條等主要構件組成，邊軸網架球標高為25.455 m，屋脊處標高為27.848 m。網架由8 600根桿件、2 219個球體編織而成，總質量逾800 t。節點為螺栓球、焊接球混合的連接節點，螺栓球與焊接球的比例約為7∶3。焊接球的不均勻分布導致網架在組拼和吊裝時難度較大。

2 工藝原理

多連跨高大空間網架采用高空散裝法進行安裝時，根據網架的三維模型提前進行模擬吊裝計算。根據計算結果，分別找出網架安裝時應力最大的位置和需要進行應力消解的位置。

在應力最大位置選擇合適的塔吊標準節，作為支撐架的主體部分；在需要應力消解的位置設置支撐架進行應力消解。

網架安裝時，將支撐架通過吊車吊至指定位置并向鋼板基箱里灌入砂石用以穩定支撐架。網架起吊后，采用吊車將支撐架豎立，支撐網架，進行應力消解。使用時，待下一跨的應力支撐架開始受力后，本跨的應力支撐架才能拆除。

應力消解支撐架采用了常規的塔吊標準節作為主體，有效地消解了網架安裝時產生的應力，解決了高空散拼時網架失穩、桿件拉斷的問題，可以不用將網架整體拼裝好后再吊裝，節約了吊裝的準備時間，能有效地節約成本，縮短施工工期。

由于地面高度不一致、焊接球與螺栓球直徑不一樣等問題，導致應力支撐架不能精確地與網架接觸，實現受力。因此在應力消解支撐架的頂端設置一個可調節支撐托座，該托座由兩部分組成，一部分是基座，另一部分是液壓可調節頂撐。

可調節支撐托座的基座由150 mm×150 mm的工字鋼焊接而成，形狀為正方形邊框內加斜十字撐，正方形邊框可以將基座穩定在標準節上，斜十字撐的中心用來放置液壓可調節頂撐，上部為圓柱形頂撐。

當應力消解支撐架標準節豎立完成后，將液壓可調支撐托座的基礎吊裝至標準節頂部固定好，使液壓可調節支撐就位，再將圓柱形頂撐調節至與網架接觸的位置并受力，即完成可調節支撐托座安裝。待應力支撐架拆除時，先將液壓可調節頂撐降下與網架分離，再依次取走頂撐和基座。

3 工藝操作要點

3.1 起步單元榀選擇

1）根據閥廳網架平面布置圖，從吊車站位、吊車行走路線、起步單元榀組裝難易程度、吊裝方便性等角度進行綜合考慮，選擇起步單元榀。起步單元榀要求“以小博大”，其所在跨可以向兩邊同時拼裝，但該跨兩側應無鋼柱、鋼梁影響。起步單元榀總質量較小，焊接球少、易組裝，吊車易進出，站位完成后主臂在起吊過程中無障礙物阻撓[4]。起步單元榀的選擇應做到資源最優化，且經濟、適用。

2）起步單元榀吊裝吊車選擇：首先根據起步單元榀的總質量，通過三維模型進行仿真模擬，計算出起步單元榀每個吊點需要的力；然后根據起步單元榀的位置確定吊車的站位，計算出主臂與起步單元榀的起吊角度、主臂的伸長長度。根據計算出的吊點反力、吊車臂長、吊裝半徑查閱吊車工況表，選擇起步單元榀起吊所需要的吊車[5]。

3.2 起步單元榀組裝

起步單元榀網架需要在地面拼裝完成。其操作流程為：放線→驗線→安裝下弦平面網格→安裝上弦倒三角網格→安裝下弦正三角網格→調整、緊固（焊接）→驗收。起步單元榀組裝完成效果如圖1所示。

圖1 起步單元榀組裝完成效果圖

3.3 起步單元榀吊裝

起步單元榀拼裝完成后，吊車就位，用吊繩將吊車與起步單元榀連接。為保證吊車吊裝時的穩定，每臺吊車與起步單元榀采用4個吊點連接，如圖2所示。

圖2 起步單元榀起吊

起步單元榀在組拼時保留邊緣3個球不拼裝，以便于起步單元榀在空中的移位。當起步單元榀就位后，將邊緣的3個球以小單元的形式進行補桿。

起吊前應先進行吊點受力計算及吊繩確定。每臺吊車設置有4個吊點，4個吊點的受力要通過三維模型進行仿真模擬計算[6]，計算出每個吊點的反力，選取反力最大的吊點作為吊繩的拉力。然后根據最不利受力計算出吊繩、吊車的型號[7]。吊車站位如圖3所示。

圖3 起步單元榀起吊時吊車站位

起步單元榀起吊時，為保證多臺吊車同時起步，上升速率一樣，對吊車的司機進行統一信號指揮培訓。設專人進行信號指揮，在起吊前先進行試吊，試吊無問題后才可以正式起吊。同時，為保證起吊過程中能夠更好地觀察網架的平衡情況，在起步單元榀的4個角位置設置測量繩，如圖4所示。測量繩為4根長約25 m的鐵鏈，在測量繩上按200 mm的擋距用紅色帶標記好，分別系掛在起步單元榀網架下弦的4個角上。在起步單元榀起吊時設專人專職觀察測量繩的高度，并用對講機同步報數，以此判起步單元榀是否同步起吊。

圖4 平衡吊裝時的測量繩使用實景

3.4 應力消解裝置布設

在網架吊裝過程中，由于存在懸挑結構，網架懸挑部分會產生一定的應力，造成網架失穩或桿件拉斷，所以在網架應力集中位置必須設置應力消解裝置來抵消應力，以保證網架的穩定。

本工程應力消解裝置為臨時支撐。臨時支撐由塔吊標準節、可移動基座、可調托座組裝而成。

根據網架受力模型的吊裝仿真模擬，計算出臨時支撐受到的最大支座反力，并根據此反力確定臨時支撐的結構形式。臨時支撐必須滿足支座反力的受力要求，同時通過受力模型的吊裝仿真模擬，計算出應力消解裝置布置的具體位置及數量。

可移動基座由雙層鋼板焊接而成，鋼板中空，在中空位置灌滿碎石作為底座的配重，移動前將碎石倒出，在移動到下一個位置時再灌入碎石作為配重。支柱為塔吊標準節。可調托座底托為由槽鋼焊接而成的十字形支撐，臨時支撐依靠可調節托座來支撐網架，如圖5所示。

圖5 臨時支撐立面

臨時支撐的移動依靠吊車進行。用吊車將臨時支撐移動到支撐球位置后，將可移動基座放置在臨時支撐下，臨時支撐的精確定位依靠可調托座處的人工配合吊車完成，精確定位后將臨時支撐放置于可移動基座上，采用焊接的方式將臨時支撐支柱與可移動基座焊接牢固。臨時支撐定位完成后，采用纜風繩將臨時支撐固定。支設完成的臨時支撐如圖6所示。

3.5 小單元榀拼裝

起步單元榀完成后，以起步單元榀為基點開始向兩側進行小單元榀安裝。

小單元榀拼裝的順序是：地面預先拼裝（焊接或栓接）三角錘（單個或4～6個為一組）→用吊車將三角錐吊至安裝位→對接（焊接或栓接）安裝。

3.6 小單元榀安裝

根據每跨的網架質量，將每跨分為2～3個小單元榀多點位同時進行吊裝，如圖7所示。

按照起步單元榀起吊的工藝，選擇合適的吊車進行小單元榀吊裝，并進行單個單元的補桿。按照該吊裝方法依次進行剩余網架的拼裝。每個小單元榀安裝完成后均應進行網架豎向位移的測量，以保證網架的安裝精度。

圖6 支設完成的臨時支撐

圖7 小單元榀吊裝實景

4 結語

我國采用多連跨高大空間網架的結構越來越多，其結構造型越來越復雜，施工難度也越來越大。本工程采用的多連跨網架起步單元榀吊裝技術、多機抬吊平衡控制技術、基于BIM模型的應力消解技術等，較好地保證了鋼網架的吊裝質量。

1）多連跨網架起步單元榀吊裝技術。根據閥廳平面布置圖，在多連跨網架內選擇可以同時向兩邊擴展吊裝，且焊接球數量最少、質量最小的跨作為起步單元榀。起步單元榀拼裝完成后，將起步單元榀吊裝升空，可以不用將網架整體拼裝好后再吊裝，節約了吊裝時間。

2）多機抬吊平衡控制技術。該技術通過在起步單元榀的四角懸掛起吊高度測量繩的方法，保障了起吊時起步單元榀的平衡，避免了吊裝安全事故的發生。

3）基于BIM模型的應力消解技術。該技術通過網架的BIM模型仿真，計算出起步單元榀及空間小單元榀吊裝時網架的應力集中點，在吊裝過程中將作為應力消解裝置的臨時支撐及時支撐到位，確保應力被消解，防止出現網架失穩及桿件拉斷現象，避免吊裝質量事故的發生。