“原位拼裝、整體頂升”法施工技術在大跨度空間網格結構屋面中的應用

李鑫

（中鐵十四局集團第二工程有限公司，山東 泰安 271000）

1 工程概況

大西高鐵侯馬西站站房擴建工程由中鐵十四局集團有限公司承建，設計理念為在既有火車站基礎上接建新建站房，原則上不改動原有建筑，僅做必要性拆改、裝修，盡最大可能維持原建筑使用和火車站運營，總建筑面積12645.16m2。

新建站房屋面網格結構采用正放四角錐體系，網架設計跨度39m，懸挑7.2m。

建筑設計高度：室外地坪至屋檐與屋脊平均高度21.6m，網架最大安裝高度19.8m。設計使用年限：50 年。

2 一般規定及制作要求

2.1 一般規定

2.1.1 鋼管、網架支座立柱及加勁板采用Q355B，檁條、檁托鋼構件采用Q235B。采用熱浸鍍鋅技術對主檁、次檁表面進行處理。材料各項性能指標必須經檢驗鑒定合格方可使用。

2.1.2 空間網格結構屋面構件的加工、安裝及測量放樣可采用鋼尺、經緯儀、全站儀等儀器設備。

2.1.3 主體框架結構施工完成后，根據設計定位軸線和標高基準點復核驗收支座預埋鋼板的精確性。屋框梁最短邊為39000mm，設計規范中結構定位軸線允許偏差L/20000，且≤3.0mm，經計算得出允許偏差不大于2mm。支座定位軸線不大于1mm，支座底標高允許偏差±3.0mm。

2.1.4 鋼構件涂裝前，應對構件表面打磨處理。

2.2 制作要求

2.2.1 用于桿件及球型節點加工拼裝的設備或胎具應進行調試，試拼合格后方可用于施工生產，各桿件及球型制作的拼裝單元應保證精度和互換性。

2.2.2 空間網格結構焊縫要求

（1）所有構件的對接拼接節點均為等強度連接，采用坡口全熔透焊，焊縫質量等級為一級。

（2）球型支座處連接焊縫等級為一級，其他的坡口為全熔透焊二級焊縫，角焊縫等級為三級。

（3）構件焊接收縮量大的部位應先行焊接，采用分區對稱跳焊，避免結構變形。

（4）構件應進行焊縫質量和無損探傷的檢驗，檢測方法及結果滿足《鋼結構工程施工質量驗收標準》（GB50205-2020）要求。

2.2.3 結構所涉及各種類型鋼管桿件必須采用先進適用的工藝設備加工，通過查表及理論計算確定桿件下料長度需考慮的預加焊接收縮量。桿件制作長度的允許偏差為±1mm。

2.2.4 球型支座安裝前應檢查預埋鋼板平整度，平整度偏差值不滿足規范要求時采用調平鋼板進行調整。

3 施工方法

3.1 選擇方案

3.1.1 根據空間網格結構的結構類型、桿件受力分布和構造形式特點，充分考慮構件施工質量、施工作業安全條件，結合工期、成本及施工現場條件綜合商榷，高空散裝施工工藝高空焊接工作量大，焊縫質量不易控制，且高空原位安裝作業安全風險大，危險性高。網架采用焊接形式，整體吊裝吊點若選擇不合理易造成網架整體變形，吊裝難度大。

3.1.2 綜上所述，最終共同論證確定鋼網架結構整體采用“原位拼裝、整體頂升”的施工方法。在地面原位焊接拼裝，拼裝完成后采用支點液壓頂升系統進行整體同步頂升。充分利用了現場作業面，降低安全風險，實現焊接質量易控，有利于縮短工期，節約成本。整體頂升過程需確保各區域的結構穩定性，控制同步頂升的精度。

圖1 網架布置圖

圖2 網架剖面圖

3.2 確定施工順序

總體施工工藝流程為：球體、桿件下料、場內加工涂裝→出廠驗收→網架頂升支點硬化→網架球體、桿件等材料焊接拼裝、焊縫檢測、補漆→網架頂升支架及設備安裝、調試→試頂→檢查系統狀態、驗收→正式頂升→頂升至設計高度→柱頭就位點網架拼裝、封邊及安裝網架支座→頂升就位→落架→檢查驗收→拆除頂升支架。

3.2.1 網架頂升支點硬化。

頂升支點位置施做鋼筋混凝土基礎，基礎尺寸為2.5*2.5*0.5m， 基 礎 配 筋 形 式：T X＆Yφ20@200；B X＆Yφ20@200，拉筋φ8@600，梅花形布置。

圖3 頂升支點基礎平面布置示意圖

3.2.2 網架頂升支架及設備安裝調試。

（1）頂升系統包含千斤頂底座（1.5m*1.5m*20mm 鋼板）；具有自鎖裝置的千斤頂，千斤頂噸位100t；電磁閥液壓泵站；支架（標準節1.2m、主鋼管φ219*10、法蘭盤T=20），中央計算機數控控制臺，支撐卡件（2cm 厚鋼板、主鋼管φ219*10、肋管φ89*4、托盤T=20）等組成。液壓泵站與液壓千斤頂配套標定、配套使用，中央計算機數控臺通過各頂升支點處液壓泵站探測器監控泵站油壓數據及千斤頂行程值反饋，調整各支點頂升高度。

（2）各標準節采用高強螺栓連接，螺栓扭力值應符合設計規范要求。液壓千斤頂自鎖裝置提高了設備使用的安全性，頂升過程中若出現油管爆裂及千斤頂漏油的突發情況時，自鎖裝置可以對千斤頂活塞保持鎖死狀態，防止頂升支架下滑引起網架失穩，避免事故發生。采用圓形托盤及支撐卡件固定在網架上弦球節點，利用四處球鉸支撐與上弦球節點連接，避免因重量偏心大導致頂升系統損壞，保證頂升過程平穩運行（圖4）。

圖4 頂升立面示意圖

3.2.3 試頂、檢查系統狀態、驗收

頂升系統安裝完成后進行試頂，頂升100mm 后關閉頂升設備，懸停24h 后對網架桿件及頂升支點進行檢查。檢查網架桿件是否彎曲變形，支架是否偏斜、失穩，頂升支點處基礎是否出現裂縫、地面是否出現不均勻沉陷。經上述檢查后無異常，可繼續頂升，若出現問題則需根據具體問題進行方案調整及結構優化。

3.2.4 正式頂升、頂升至設計高度

（1）整體液壓頂升通過液壓機在數控操作端利用傳感監測和計算機控制，保證各個頂點同步頂升至設計高度。頂升支點選用10 個頂升點，頂升支架以1.2m 高度為一個標準節，連接采用高強螺栓法蘭連接，液壓千斤頂噸位100t，千斤頂最大行程1.25m，設備高度1.6m。

（2）頂升油缸安裝在支架與網架結構頂升支點之間，上部與網架頂升支點固定連接。油缸加壓使千斤頂處于受力狀態，檢查頂升系統正常及支點穩固后進行正式頂升。通過控制油缸壓力及千斤頂行程，確保網架結構上升速度符合方案要求，保證結構穩定。支架頂升高度大于1.2m 后安裝標準節，標準節采用高強螺栓固定，完成連接后回落油缸，拆除千斤頂及頂升吊臂，將千斤頂與底部標準節重新對接，然后繼續進行頂升。循環往復直至把網架頂升至設計標高。網架結構下弦球最高點設計高度為17.95m，按照（14*1.2+1.15）m 分次進行，共需頂升15 次。

（3）開始階段每頂升200mm 后對網架各頂升節點標高進行測量，若各頂升點標高差≤15mm 時，則每次頂升高度可放寬至1200mm。

達到一定頂升高度后考慮風荷載影響網架及頂升系統的穩定性，每頂升5m 在每個頂升架增加4 根φ12 鋼絲繩作為纜風繩，增強頂升穩定性。當頂升至6m，14.4m分別在網架四角設置纜風繩，頂升支架四面設置鋼絲繩，將網架和頂升支架連接成倒三角，每次頂升后固定拉緊，便于調整網架水平位置偏差，提高網架及頂升系統的整體性和抗傾覆性。

圖5 支點示意圖

圖6 網架頂升第一、第二、第三步示意圖

圖7 網架頂升第四、第五、第六步示意圖

圖8 支架與液壓油頂頂升立面示意圖

3.2.5 柱頭就位點網架拼裝、封邊及安裝網架支座、頂升就位、落架。

網架結構頂升至17.95m 后，焊接拼裝網架柱頭就位點桿件。網架拼裝完成后安裝球型支座并對封邊結構進行焊接，焊接采用分區跳焊，防止構件因焊接受熱產生變形。制作安裝時應采用螺旋千斤頂進行支撐，避免千斤頂長期受壓產生變形導致網架結構失穩。網架懸挑桿件及封邊拼裝完成后，回落千斤頂使網架緩慢回落至設計高度，支座受力穩定后卸載千斤頂，檢查平面位置及標高偏差。

3.2.6 拆除頂升支架

頂升支架拆除遵循先中間、后四周、同步對稱的原則進行。千斤頂卸載時應通過中央計算機數控控制臺調節，保證各支點同步卸載，防止支架失穩傾覆。

4 交驗

4.1 空間網格鋼結構的制作、拼裝、頂升及落架的每道工序必須嚴格落實工序檢查制度，未經檢查并簽署工序質量驗收交接單的不得進行下一道工序的施工。每道工序的檢查記錄必須形成紙質版質量驗收文件，并匯總封存，結構整體完成后進行交工驗收。

4.2 組成空間網格鋼結構的各個節點、桿件、高強螺栓和其他配件均需提供出廠合格證及送檢實驗報告，與竣工資料封檔留存。

5 總結與建議

5.1 空間網格結構的輕型、堅固、大跨度等特點使其在公共建筑施工領域得到越來越多的推廣應用，合理的施工工藝是衡量施工方案可行性的總要指標。通過理論計算及現場實踐確定設備選型及機械參數，從而使施工安全得到保障。

5.2 本項目采用的空間網格結構液壓整體頂升施工，可以滿足網格結構在任意高度停留并進行臨時鎖定。各頂升支點處的千斤頂可單獨操控，保證了安裝精度。

5.3 大跨度空間網格結構屋面“原位拼裝、整體頂升”技術施工效率高，并能保證施工質量、降低安全風險。網格結構整體受力，頂升的重量、高度、跨度、面積等基本不受限制，實現了工程的既定安全、質量和工期目標，提高了項目的綜合效益。