樊永愛，李大勇

（江蘇省礦業(yè)工程集團(tuán)有限公司，江蘇 徐州 221131）

高空大跨度拱形網(wǎng)架吊裝方案分析與施工

樊永愛，李大勇

（江蘇省礦業(yè)工程集團(tuán)有限公司，江蘇 徐州 221131）

文章分析網(wǎng)架吊裝過程中的受力狀態(tài)，驗算吊裝過程的可行性。通過對網(wǎng)架吊裝過程中的受力分析，確定了吊裝方案，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，提高了工作效率，確保了施工安全。

拱形網(wǎng)架；受力分析；網(wǎng)架吊裝

隨著建筑對空間跨度要求的日益提高，網(wǎng)架作為一種大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛運用到建筑工程中。這種結(jié)構(gòu)的連接方式依靠鋼管原本的受力，通過螺栓球?qū)摴苓B接成相互支撐的結(jié)構(gòu)體系以達(dá)到系統(tǒng)的穩(wěn)定。

1 工程概述

1.1 工程背景

某儲煤場網(wǎng)架工程，采用螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)形式為正放四角錐拱形網(wǎng)架（見圖1、圖2），其東西方向長201m，南北方向長80m，投影面積約為16080㎡，南北方向支點兩側(cè)標(biāo)高分別為-4.1m，21.55m，高低差約為25.65m，屬于存在高低差的大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

圖1 網(wǎng)架平面布置圖

圖2 網(wǎng)架立面示意圖

此網(wǎng)架兩側(cè)非完全對稱導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)剛度的不均勻，增加了施工難度。為保證結(jié)構(gòu)順利施工，運用ANSYS有限元分析軟件模擬和分析吊裝方案，并獲得結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移情況，為安全施工、精確施工提供理論支持和合理建議。

1.2 此工程施工的難點與重點

難點與重點主要有：①吊裝工作難以實施。本網(wǎng)架結(jié)構(gòu)跨度大，南北方向存在高低差，網(wǎng)架的整體噸位較大，成為施工過程中的一個難點；②施工工期緊，當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件較為復(fù)雜，為了能在保證安全與質(zhì)量的同時加快工期進(jìn)展，這便要求此工程改進(jìn)施工的吊裝方案。

1.3 大跨度網(wǎng)架施工中存在的問題

盡管目前大跨度網(wǎng)架的施工技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但對于大跨度網(wǎng)架的吊裝仍然存在不少問題。通過查閱資料，現(xiàn)將網(wǎng)架吊裝中固有的問題總結(jié)如下：①吊點的位置與數(shù)量難以確定。大跨度鋼結(jié)構(gòu)的吊裝施工皆需要進(jìn)行驗算，選取吊裝方案、確定吊點的位置與數(shù)量都需要通過計算來確定，因此應(yīng)分析網(wǎng)架吊裝時位移及受力，確定吊裝的吊點；②網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力受動荷系數(shù)的影響。網(wǎng)架吊裝的過程十分緩慢，理論上，結(jié)構(gòu)受吊裝提升的影響較小。但是這一過程也并不是全為勻速緩慢抬升，結(jié)構(gòu)抬升的速率產(chǎn)生變化而影響到結(jié)構(gòu)的受力，因此這一影響也必須納入重點考慮的范疇。通過查閱資料，可以將靜力分析的結(jié)果乘以1.2至1.4的動荷系數(shù)以此達(dá)到研究的要求；③控制吊裝過程中各機械的同步。鋼網(wǎng)架吊裝施工中控制各個吊點的速率使之達(dá)到一致是衡量吊裝安全穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。如果吊裝提升的過程中未能很好的控制每個吊點抬升的速率，則有可能影響結(jié)構(gòu)的位移與內(nèi)力，造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；④在鋼網(wǎng)架吊裝過程中對產(chǎn)生的耦合作用進(jìn)行控制。耦合效應(yīng)是指兩個或兩個以上子系統(tǒng)通過中介環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)和相互作用時，既有作用與反作用方式，又有吸引和排斥而形成更大系統(tǒng)的現(xiàn)象。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊裝抬升的過程中，會產(chǎn)生剛體位移，結(jié)構(gòu)受力由于結(jié)構(gòu)的彈性形變與剛體位移的耦合作用而產(chǎn)生較大的變化。ANSYS有限元軟件只能分別對結(jié)構(gòu)的靜力、動力進(jìn)行分析，卻無法將這二者結(jié)合來分析，這使施工吊裝的過程中有了明顯的不足。由于網(wǎng)架產(chǎn)生了較大的剛體位移，網(wǎng)架的剛度矩陣同時會發(fā)生變化，靜力、動力不能合起來運用有限元軟件進(jìn)行分析。因此采用分離網(wǎng)架起吊，首先運用一定的速率將網(wǎng)架進(jìn)行起步，起步過程中采用分布加載的辦法，使抬升進(jìn)行中只有彈性形變卻不產(chǎn)生剛性位移，從而可以用ANSYS有限元法對網(wǎng)架彈性形變進(jìn)行分析，進(jìn)而保障網(wǎng)架達(dá)到設(shè)計荷載時的起吊和移動的安全性。只要網(wǎng)架的移動速率不是很大，便能保證網(wǎng)架抬升中只產(chǎn)生剛體位移，不會產(chǎn)生彈性形變，同樣用ANSYS有限元軟件分析網(wǎng)架的剛體位移。將網(wǎng)架的起步吊裝通過施工工藝分成兩個過程，使彈性形變與剛體位移不會同時作用于網(wǎng)架之上，這便不會產(chǎn)生耦合作用。

2 大跨度網(wǎng)架的施工

2.1 吊裝方案的比選

目前，隨著網(wǎng)架工程施工技術(shù)的成熟，網(wǎng)架的施工與安裝方法主要有：①高空散裝法是指在高空中將每個網(wǎng)架桿件通過節(jié)點進(jìn)行連接的施工方法。這種方法主要應(yīng)用于桿件的施工。要求施工區(qū)域下方搭設(shè)滿堂腳手架，形成工作平臺，施工人員在平臺上完成安裝作業(yè)。其缺點是搭設(shè)滿堂腳手架使得工期變長而且鋼管材料耗費較多；優(yōu)點則為這種傳統(tǒng)的安裝方式大大地提升施工人員安全保護(hù)力；②高空滑移法是將每個桿件在地面進(jìn)行拼接，形成滑移單元。將滑移單元選取吊車吊到設(shè)置好的滑移軌道上，然后進(jìn)行拼裝。根據(jù)現(xiàn)場實際情況用可以移動的滑移腳手架代替滿堂腳手架。此種施工工藝的缺點是需要長時間占用垂直運輸機械，由于高空拼接難度較大，施工速度也會變慢；優(yōu)點則是大大節(jié)約了搭建滿堂腳手架的時間和材料成本；③整體提升法是將網(wǎng)架在地面或者平臺上拼裝完畢，利用吊裝機械垂直或水平吊裝在需要安裝的部位，最后進(jìn)行調(diào)整和固定。此種施工方法缺點為施工難度大，施工場地和吊裝網(wǎng)架重量容易被限制；優(yōu)點則是由于是地面進(jìn)行網(wǎng)架的拼裝，可以縮短施工周期，提高施工效率；④分條分塊吊裝法是指在考慮施工現(xiàn)場的工況條件后，對網(wǎng)架采取地面拼接成塊，然后于空中將拼接好的塊進(jìn)行吊裝、安裝、對接，這樣可以減少高空作業(yè)，縮短施工周期。缺點是分塊吊裝在高空再連接時不易操作，尤其是拱形結(jié)構(gòu)。

項目結(jié)合工程周圍環(huán)境的特點，綜合分析幾種施工工藝的優(yōu)點與缺點后，從經(jīng)濟(jì)性、安全性及質(zhì)量的因素出發(fā)考慮，擬采取在地面先拼裝中間兩條軸線間的一跨再進(jìn)行下一步作業(yè)，即采用地面拼裝-整體吊裝-高空向兩邊擴展的施工方案。這種施工方法的優(yōu)點為網(wǎng)架起步跨在地面作業(yè)，施工操作方便，由跨中開始向兩端施工，保證了施工進(jìn)度，提高了施工安全性，縮短了工期。同時不需進(jìn)行腳手架的搭設(shè)，節(jié)約了人工與材料，降低了工程費用。

2.2 吊裝理論計算

（1）吊車選擇。起步跨總重約77t，擬定選擇5臺吊車進(jìn)行抬吊：130t汽車吊3臺，50t汽車吊2臺。5臺汽車吊均勻分配重量，即每臺吊車可分配約15.4t的重量。1臺汽車吊在拱中最高點起防傾覆作用。根據(jù)以上情況進(jìn)行鋼絲繩的選擇及吊裝驗算。

（2）吊裝驗算。根據(jù)現(xiàn)場情況可以使用CAD軟件繪制出下圖吊裝模擬示意圖（見圖3、圖4）。對吊車選擇的驗算，得出結(jié)論可滿足施工安裝的要求，結(jié)構(gòu)也能保持穩(wěn)定。

圖3 網(wǎng)架安裝示意圖

圖4 吊裝模擬示意圖

3 施工的創(chuàng)新點

通過對某儲煤場網(wǎng)架的施工吊裝的研究，得出本次施工的創(chuàng)新點在于：①將大量的高空作業(yè)轉(zhuǎn)移到地面，縮短了網(wǎng)架施工的時間，提高了工作效率；②存在南北高低差的大跨度網(wǎng)架吊裝的旋轉(zhuǎn)受力，通過計算受力分析，同時經(jīng)實際觀測，確定了日后同樣工程的可行性；

4 結(jié)束語

某儲煤場網(wǎng)架工程，基本按照模擬預(yù)期的結(jié)果完成施工，驗證了此種吊裝方案的可行性。通過模擬結(jié)果可以看到，當(dāng)網(wǎng)架吊裝處于一個相對緩慢的過程時，網(wǎng)架的旋轉(zhuǎn)受力對此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的影響較??；倘若提升速度較快，則網(wǎng)架受到的旋轉(zhuǎn)力可以影響網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)，因此緩慢進(jìn)行吊裝提升是保障施工安全性的一個必要條件。文章吊裝方案對指導(dǎo)日后類似的工程、不斷創(chuàng)新尋求更為安全、快捷的施工工藝具有重要的意義。在滿足網(wǎng)架施工與使用的條件下，更為安全與經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行施工作業(yè)，大大縮短了工期，節(jié)省了財力，獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]鄭永康.高空大跨空間結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用與研究[D].南昌大學(xué),2011

TU7

A

2096-2789（2016）12-0149-02

樊永愛（1981-），女，陜西渭南人，工程師，研究方向：土建工程技術(shù)。

李大勇（1967-），男，河北承德人，高級工程師，研究方向：土建工程技術(shù)。