反向翻轉吊裝在大跨度拱形斜體網殼鋼結構中的應用

葉川敏 鄭喜林

摘要：本文主要描述在限定條件下大跨度拱形斜體網殼結構的反向翻轉吊裝技術，介紹主要吊裝工藝、通過中國七夕項目的實際效果判定在特殊情況下其所具有的可操作性，并對操作過程中的注意事項重點說明。

關鍵詞：大跨度鋼結構;斜體網殼;反向翻轉吊裝

一、引言

由于鋼結構所具有的結構性能好、施工快、結構類型多樣、結構美觀、相對混凝土結構比較自重輕等優點，各類公共建筑、大跨度建筑、異型結構體建筑、超高層建筑等通常都采用鋼結構形式以達到建筑造型需求并充分體現其經濟性。但跨度大、高度高、重量大通常是影響鋼結構施工的重難點因素，應根據各類建筑鋼結構的形式、現場條件，選擇不同的吊裝方法，并需對其安全可靠性、經濟性進行比對和論證。

二、工程概況

中國七夕演藝中心舞臺鋼結構工程，位于江西省新余市仙女湖畔，西側緊鄰游客服務中心，南側緊鄰仙女湖，北側及東側為景區其他用地。本工程鋼結構為三層拱架結構（統一中軸線），自下而上分別為主拱鋼管管桁架、網殼單層方管拱形結構體、飄帶鋼管網殼體。①主拱建筑長45.633米，寬34.26米，高17.130m，為鋼管桁架結構（局部為三弦桁架），②網殼建筑長35.001米、寬37.36米、高18.68m，為單層方矩管相貫節點桁片結構;③飄帶建筑長17.3米、寬40米、高20.125m，為單層鋼管相貫節點桁片結構，結構下部通過焊接球與球鉸支座板連接，并通過球鉸支座與下部結構連接。三組結構體層層相疊，網殼位于最外結構，跨度最大、高度最高。

本工程飄帶結構因受制于現場條件、工期和自身結構特點，吊裝方案的選擇是本工程鋼結構施工的最大難點，也是影響本工程能否順利交付央視七夕晚會排演的最大因素。

三、吊裝方法的選擇

大跨度鋼管網殼吊裝方法主要包括以下幾種：a、散裝法吊裝;b、分塊吊裝;c、轉體吊裝、d、反向翻轉整體吊裝等。現就反向翻轉吊裝在本工程中的實踐進行論述。

根據本工程工期要求、結合現場作業面非常狹窄的特點，同時考慮滿足流水施工提高工作效率，本工程飄帶僅能在主拱和網殼單層方管拱形結構體局部大構件吊裝完成后，將其分段組裝的節段運至現場，并于舞臺北側指定位置整體拼裝成型，并通過反向翻轉吊裝就位。

反向翻轉吊裝，是鋼結構建筑中很少采用的吊裝工藝，其主要是受制于現場條件、工期十分緊張、為減少高空作業面、降低高空施工和檢測風險而采取的吊裝工藝。與提升轉體施工不同的是，其結構在地面拼裝成整體后，通過吊車配合，在空中提升并與安裝平面形成平面對稱后，進行翻轉作業并與起吊平面形成超過90度的夾角，在就位后達到反向傾斜的設計要求。

本工程飄帶結構自重69噸，跨度40米，結構高度20.125米，最大起吊高度（結構）21.5米，起吊旋轉角度為120度。反向翻轉吊裝采用2臺300噸汽車式起重機、兩臺80噸汽車式起重機四機配合進行。經過電腦模擬起吊過程，在不同吊點和各種風速影響下計算起重重量、起重參數、結構變形量以及地基承載要求，最終選擇最佳吊點。

主起吊點水平位移距離最大達到28米，最大平移速度0.5米/分鐘;最大下降速度0.2米/分鐘，起吊時最大風速不超過7米/秒（四級以下）。

四、主要施工方法

4.1施工流程

準備階段：整體結構拼裝（檢測）→吊車支點地基檢測和處理→吊車、吊具、輔助施工工具就位和檢查，信號設備（對講機信號）統一檢查→參與吊裝各層次人員技術交底→根據吊裝方案計算的吊點進行標識和復查。

吊裝階段：安全措施布置和檢查→吊裝安全范圍影響因素排查→吊繩綁扎就位、檢查→起吊提升試吊→檢查分析試吊結果，修正影響因素→起吊→過程觀測→→就位→定位測量→傾斜角度測量（同步參照地面投影線或投影點）→焊接球與支點初步焊接→復測定位點及傾斜角度并修正→80噸汽車吊卸載→焊接球與支座全面焊接（通過焊縫探傷檢查）→清除支座臨時加固件→定位沉降觀測線并做好相應記錄（參照標高）→逐步釋放300噸吊車起重力，以保證鋼絲繩略緊為宜（電腦顯示起重受力約為10噸）。

穩定和檢測階段：300噸汽車吊卸載并觀測每次沉降記錄（12小時第一次卸載→24小時第二次卸載→36小時第三次卸載→48小時最后全部卸載）→各項參數檢查符合要求→吊裝完成。

4.2操作要點

4.2.1準備階段：

a）整體構件在工廠總拼后分三段運輸至施工現場，并在事先搭設的現場總拼胎架上拼裝成整體，現場定位端部焊接球，整體拼裝完成后，對現場焊接焊縫進行檢查直至合格。

b）根據吊裝方案要求，吊機支點地基應滿足施工要求，并對經處理的基礎承載力進行復核直至合格。現場同步安排準備好吊具、輔助施工工具，對不符合要求的吊具、輔助施工工具及時更換直至合格為止。按經計算的最佳吊點進行定位標識，通過檢查確保標識完全正確。

c）檢查支墩定位和臨時加固、球鉸支座臨時固定、球節點支座板與球鉸支座板間的尺寸數據，焊接并經探傷檢查滿足設計要求。

d）對吊裝所需的指揮人員與現場管理人員手持的對講機進行就位，并要求對講機使用統一品牌、同一型號、同一信號頻率，現場共配置對講機12部（吊車司機4部，總指揮1部，東西副指揮員2部，吊車總指揮1部，備用4部）。

e）吊裝操作前由總指揮對參與吊裝的各層次人員進行技術交底，要求副指揮員、吊裝班組長、吊車總指揮、測量人員、安裝工人能一致統一思想、理解技術要點、遵守組織紀律、領會安全風險、恪守崗位職責、執行操作規程。

4.2.2吊裝階段

a）落實安全措施、檢查安全布置、排查安全影響因素。

b）吊繩綁扎固定。檢查鋼絲繩、吊環是否是明確的規格型號，檢查并確保吊點位置準確，確保吊繩及卡環的固定及安全措施完全符合要求。

f）在經試吊和修正后，即時測量現場風速，在要求范圍內實施吊裝作業，由總指揮統一指揮進行吊裝并在空中翻轉120度，根據方案結構下降落槽就位。

d）飄帶鋼結構就位后，嚴格按工序要求，對支座進行位移檢查，對鋼結構進行傾斜角度、定位線型等參數檢查。各項指標均符合要求方能進行焊接球與支座板施焊。

e）檢查焊接質量、清除球鉸支座臨時加固件，對基礎沉降進行觀測。

4.2.3吊裝穩定階段

飄帶鋼結構就位，各項工作完成后，300噸大吊車并未完全卸載，仍約有10噸吊力保留。本階段重點分四次步驟對吊車提升荷載進行釋放。以12小時為一階段，300噸汽車吊每次以2.5噸吊力卸載并依次觀測基礎沉降記錄（12小時第一次卸載→24小時第二次卸載→36小時第三次卸載→48小時最后全部卸載），在檢查數據基本無明顯變化的情況下完全進行卸載。

飄帶支座沉降觀測數據（見下表）

五、應用效果

本工程飄帶鋼結構采用反向翻轉吊裝方法，是在項目工期特別緊、結構層次多、空間范圍小、交叉作業面廣的特殊情況下組合成整體，屬大跨度、超高度、超大重量結構體進行吊裝，吊裝變形風險、安全風險較大。本工程采用本吊裝方法施工并順利完成，與其他吊裝方式相比較，節約人工超過30%，安裝風險是高空作業的20%，整體結構精準度提高200%。

六、結束語

通過本方法的實施，充分證明了反向翻轉吊裝工藝的可行性，其產生的經濟價值和社會價值非常明顯。由于其存在的吊裝過程風險較大，因此前期必須充分技術論證，并以電腦模擬計算為基礎，以技術方案為指導，合理組織、統一管理、過程嚴謹、各項指標安全可靠的情況下實施吊裝作業。本工程采用反向翻轉吊裝大大減少了安全風險，取得了良好的經濟效益和社會效益，積累了實踐經驗，為其他類似項目施工借鑒奠定了基礎。

參考文獻

[1]《起重機械安全規程 第1部分：總則》（GB 6067.1-2010）

[2]《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB50205-2001）

[3]《鋼結構工程施工規范》（GB50755-2012）

作者簡介

葉川敏，本科，高級工程師，現任中國電建集團江西省水電工程局有限公司副總工程師。

鄭喜林，本科，高級工程師，現任中國電建集團江西省水電工程局有限公司土建專責。