張善慶

(福州成建工程監(jiān)理有限公司 福建福州 350001)

1 工程概況

長(zhǎng)樂國際機(jī)場(chǎng)第二輪擴(kuò)能工程項(xiàng)目，航站樓主樓北擴(kuò)C2段的二層為機(jī)場(chǎng)航站樓大廳新增國內(nèi)值機(jī)區(qū)，層高23.95m，面寬208.6m，進(jìn)深105m，采用鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋面，柱網(wǎng)跨距12.0m×12.0m。網(wǎng)架采用正放四角錐雙層螺栓球網(wǎng)架，局部設(shè)置3層，網(wǎng)格尺寸2.02m×2.02m，網(wǎng)架厚度1.414m，網(wǎng)架下弦球支撐于混凝土柱頂端，混凝土柱南北向間距12m，東西向最大跨度36m，柱頂標(biāo)高11.400m～25.260m。平面軸線總尺寸95.3m×81.245m，鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋面面積約8156m2。網(wǎng)架工程效果圖見圖1。

圖1 網(wǎng)架工程效果圖

2 該工程網(wǎng)架施工難點(diǎn)

該工程的鋼網(wǎng)架屋蓋施工，位置在結(jié)構(gòu)層二層，吊裝設(shè)備難以抵近行走吊裝，現(xiàn)場(chǎng)僅布置1臺(tái)TC7013塔吊，無法采用先地面拼裝、再單元吊裝的高空原位單元安裝技術(shù)。在滿堂腳手架施工、提(頂)升施工、滑移施工的方案比選中, 因?yàn)榛品ㄊ┕た蓽p少支撐架體量、平臺(tái)移動(dòng)快速、施工措施成本低、能更好克服高空原位作業(yè)困難等優(yōu)點(diǎn)而最終被選用。

但滑移法施工需要克服以下技術(shù)難題：

(1)二層結(jié)構(gòu)板要有足夠的強(qiáng)度，可以鋪設(shè)專用軌道，滿足滑移胎架滑移的要求，胎架滑移必須通過多點(diǎn)牽拉(頂推)時(shí)的同步控制[1]。

(2)滑移法施工須進(jìn)行逐跨牽移胎架、分片施工網(wǎng)架，會(huì)在網(wǎng)架區(qū)塊連接交界段產(chǎn)生不利的撓度變形，且鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架螺栓球節(jié)點(diǎn)精度要求挺高，變形控制不到位，將會(huì)極大地影響網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力及施工質(zhì)量，必須對(duì)受力與撓度變形進(jìn)行全過程模擬分析來指導(dǎo)施工。

3 網(wǎng)架滑移法施工技術(shù)要點(diǎn)

根據(jù)滑移主體的不同，滑移施工可分為結(jié)構(gòu)滑移和胎架滑移。胎架滑移的施工特點(diǎn)是胎架移動(dòng)而結(jié)構(gòu)本身在原位逐條高空拼裝，結(jié)構(gòu)拼裝后不再移動(dòng)，比較安全。該工程采用“胎架滑移法”安裝網(wǎng)架，于樓面設(shè)置導(dǎo)軌與框架式滑移胎架?；铺ゼ芤灾?2m的倍數(shù)為一個(gè)安裝區(qū)域，在胎架頂部設(shè)置操作平臺(tái)，直接原位安裝網(wǎng)架球和桿件，安裝完畢后，胎架滑移至下一區(qū)域進(jìn)行安裝，實(shí)現(xiàn)“逐跨牽移胎架、分片施工網(wǎng)架”。

鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架螺栓球節(jié)點(diǎn)精度要求高、支座球節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較為復(fù)雜，深化設(shè)計(jì)必須充分考慮其工藝因素，提前解決可能出現(xiàn)的網(wǎng)架支座與混凝土柱、網(wǎng)架與屋面的連接問題。在深化設(shè)計(jì)的每一階段，應(yīng)用最低勢(shì)能原理，找到平均標(biāo)高最低的位置作為各階段的定位位形，以管口和原設(shè)計(jì)定位點(diǎn)作為控制點(diǎn)，自動(dòng)生成該位形的局部坐標(biāo)和三維定位尺寸。

網(wǎng)架制造工序多、精度要求高，必須嚴(yán)格落實(shí)工藝措施，同時(shí)保證球節(jié)點(diǎn)的螺栓孔精度和球壁厚度滿足性能要求。網(wǎng)架加工過程中的預(yù)拼裝尤為重要，采用實(shí)體預(yù)拼和模擬預(yù)拼相結(jié)合，前期構(gòu)件進(jìn)行實(shí)體預(yù)拼裝，后期構(gòu)件進(jìn)行模擬預(yù)拼裝，確保加工精度。

網(wǎng)架構(gòu)件數(shù)量多、外形尺寸相近，該工程網(wǎng)架桿件約5.5萬件、球節(jié)點(diǎn)約5600個(gè)，需根據(jù)施工順序按類型分5個(gè)批次有序進(jìn)場(chǎng)。由于鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架施工前，需要合理的深化設(shè)計(jì)、備料、加工等階段，而工期壓力往往容易擠壓至現(xiàn)場(chǎng)施工階段，應(yīng)提前謀劃好機(jī)械設(shè)備、周轉(zhuǎn)胎架，保證充足的勞動(dòng)力資源。協(xié)調(diào)好多專業(yè)之間的交叉施工、相互配合，做好工序移交，保證混凝土柱移交后測(cè)量控制點(diǎn)復(fù)核一致。網(wǎng)架高空安裝時(shí)，需克服高空操作及自身變形、穩(wěn)定性等帶來的安裝困難。

該工程分為A、B、C 3個(gè)胎架滑移區(qū)。在滿足工期的前提下，為實(shí)現(xiàn)胎架和勞動(dòng)力等資源的合理充分利用，采用順序施工法，第一榀胎架搭設(shè)于A區(qū)45軸至47軸，由45軸向53軸滑移安裝A區(qū)網(wǎng)架；完成A區(qū)安裝后拆除胎架轉(zhuǎn)移至B區(qū)搭設(shè)，由45軸向49軸滑移安裝B區(qū)網(wǎng)架；最后滑移安裝C區(qū)網(wǎng)架?；铺ゼ芷矫娌贾眉盎品较蚴疽鈭D與滑移胎架立面示意圖如圖2～圖3所示。

圖2 滑移胎架平面布置及滑移方向示意圖

圖3 滑移胎架立面示意圖

4 有限元模擬分析

采用順序施工法，雖然施工資源得到最大化周轉(zhuǎn)，但分條塊安裝卻帶來網(wǎng)架相鄰區(qū)交界段存在撓度變形問題?；铺ゼ芤瞥龊螅欠裥枰鲈O(shè)單點(diǎn)支承措施回頂配合調(diào)整撓度、待網(wǎng)架全部安裝完成后再整體卸載?為論證此問題，該工程運(yùn)用Midas有限元軟件構(gòu)建網(wǎng)架模型，模擬分條塊施工全過程，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)承載力與變形，如圖4所示。對(duì)于與混凝土柱連接的焊接球支座節(jié)點(diǎn)，采用固定剛性支座模擬，完全約束結(jié)構(gòu)6個(gè)方向的自由度[2]；對(duì)于與胎架支撐點(diǎn)臨時(shí)連接的位置，采用釋放梁端約束模擬，釋放選定桿件某端頭的自由度，可達(dá)到構(gòu)件鉸接效果。計(jì)算荷載主要考慮1.2倍結(jié)構(gòu)自重。根據(jù)網(wǎng)架滑移施工流程，分為12個(gè)施工步驟，對(duì)每個(gè)步驟的XYZ向位移和各構(gòu)件最大組合應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。模擬結(jié)果分析顯示，結(jié)構(gòu)總位移出現(xiàn)在第八步，此區(qū)域網(wǎng)架長(zhǎng)向跨度36m、短向跨度12m，位移最大值17.58mm，能夠滿足《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ7-2010)》要求短向跨度的1/250，撓度能夠滿足設(shè)計(jì)要求。整個(gè)模擬施工過程中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平始終保持在合理的水平，結(jié)構(gòu)應(yīng)力隨著施工步驟變化趨勢(shì)平緩，未出現(xiàn)較大的波動(dòng)和劇烈變化，最大值為50.01MPa，桿件強(qiáng)度小于材料的屈服強(qiáng)度。根據(jù)有限元軟件分析結(jié)果，該工程經(jīng)專家論證通過后，在相鄰區(qū)段連接前測(cè)量上一區(qū)段對(duì)接縫位置撓度，視其大小設(shè)置回頂接縫位置至設(shè)計(jì)標(biāo)高。實(shí)測(cè)最大值14mm，未超過規(guī)范安裝要求，各區(qū)塊網(wǎng)架安裝順利完成。網(wǎng)架模擬分條塊施工全過程承載力與變形圖如圖4所示。

步驟一，合位移5.42 mm

步驟二，合位移6.04mm

步驟三，合位移5.95mm

步驟四，合位移5.95mm

步驟五，合位移17.59mm

步驟六，合位移15.78mm

步驟七，合位移16.67mm

步驟八，合位移17.58mm

步驟九，合位移17.58mm

步驟十，合位移17.46mm

步驟十一，合位移：17.31mm

步驟十二，合位移 17.28mm

5 滑移胎架做法及受力分析

滑移胎架的使用，一是要保證作為網(wǎng)架安裝時(shí)的穩(wěn)固平臺(tái)，二是要保證在滑移過程中的整體穩(wěn)定性，三是減少周轉(zhuǎn)搭設(shè)成本。

該工程滑移胎架采用梁柱框架式胎架，圓管柱截面為○219×10，水平桿采用○89×4圓鋼管，斜杠采用○89×4圓鋼管，平臺(tái)鋼梁采用HN300×150×6.5×9。胎架底部設(shè)計(jì)滑靴與軌道相連，頂部采用腳手管和模板搭設(shè)操作平臺(tái)，如圖5所示。

圖5 滑移胎架示意圖

滑移胎架計(jì)算考慮的荷載包括胎架本身的自重，上部拼裝網(wǎng)架的重力荷載及施工荷載，以均布線荷載形式施加在頂梁上，胎架滑移啟動(dòng)時(shí)考慮1.2的動(dòng)力系數(shù)，轉(zhuǎn)變?yōu)樗胶奢d施加在胎架頂部。胎架模型的邊界條件考慮在立桿底部設(shè)置鉸接支座，與實(shí)際滑移構(gòu)造相吻合。運(yùn)用軟件進(jìn)行胎架剛度驗(yàn)算、強(qiáng)度驗(yàn)算、支座反力驗(yàn)算。為保證安全，計(jì)算工作狀態(tài)下樓面的受力情況，求出原結(jié)構(gòu)梁板的最大內(nèi)力、變形值，并對(duì)原有配筋進(jìn)行驗(yàn)算。滑移胎架示意圖、滑移胎架應(yīng)力比計(jì)算結(jié)果示意圖及各工況下二層樓板DXYZ向位移結(jié)果示意圖如圖6～圖7所示。

圖6 滑移胎架應(yīng)力比計(jì)算結(jié)果示意圖

圖7 各工況下二層樓板DXYZ向位移結(jié)果示意圖

6 胎架滑移控制要點(diǎn)

在二層樓面混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，預(yù)埋布置移軌道?；栖壍赖匿佋O(shè)，應(yīng)保證水平、垂直偏差在可控范圍內(nèi)，滑移軌道的接頭處應(yīng)連接緊密，上面與側(cè)面應(yīng)打磨光滑平整，軌道摩擦表面涂黃油以減少摩擦阻力。驗(yàn)算軌道的撓度，以免軌道撓度過大時(shí)，引起滑移單元豎直方向的標(biāo)高差異過大，進(jìn)而產(chǎn)生附加內(nèi)力，影響滑移。

胎架滑移前，必須認(rèn)真檢查滑移胎架、軌道以及牽引系統(tǒng)等部位，以防局部產(chǎn)生障礙。在滑移軌道上設(shè)置刻度標(biāo)尺，每5cm一格，1m為一大區(qū)格，各柱間為一個(gè)控制單元?；茣r(shí)，牽引系統(tǒng)應(yīng)保持同步勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證胎架支撐柱并行前進(jìn)，可合理設(shè)計(jì)滑輪組機(jī)構(gòu)，在減小單繩牽拉力的同時(shí)，盡量減小各臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)牽拉力的差距。派專人對(duì)滑移過程的軌道、滑移單元的變形、滑移單元的水平偏移、各牽拉點(diǎn)的同步偏差進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

胎架卸載前，應(yīng)確保網(wǎng)架單元可在胎架卸載后形成穩(wěn)定的受力體系。在卸載過程中，結(jié)構(gòu)本身的桿件內(nèi)力和臨時(shí)支撐的受力均會(huì)發(fā)生變化，合理的卸載工藝及順序是結(jié)構(gòu)安全的重要保障。胎架卸載應(yīng)以理論計(jì)算為依據(jù)、以應(yīng)力應(yīng)變控制為核心、以測(cè)量控制為手段、以平穩(wěn)過渡為目標(biāo)，采用液壓千斤頂分級(jí)同步卸載的方法進(jìn)行。在每個(gè)卸載點(diǎn)安排一名操作人員，在卸載總指揮的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，保證同級(jí)、同卸載行程值，液壓千斤頂同步精度應(yīng)控制在±3mm以內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)同步性卸載控制。施工過程中，做好結(jié)構(gòu)下?lián)隙茸冃斡^測(cè)、胎架沉降變形觀測(cè)、胎架傾斜變形觀測(cè)。

7 結(jié)語

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是空間三維結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式穩(wěn)定性好，整體重量輕，抗震能力強(qiáng)[3]。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)常用的施工技術(shù)有高空原位散件安裝、高空原位單元安裝、提升施工、頂升施工等，需要根據(jù)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)形式、施工環(huán)境等諸多因素綜合確定安裝工藝。長(zhǎng)樂國際機(jī)場(chǎng)第二輪擴(kuò)能工程項(xiàng)目航站樓主樓北擴(kuò)C2段二層機(jī)場(chǎng)航站樓大廳網(wǎng)架工程因受施工環(huán)境限制，由參建單位組成技術(shù)研究小組進(jìn)行方案選擇和技術(shù)攻關(guān)，最終采用非常規(guī)的滑移法施工，并應(yīng)用Midas有限元軟件技術(shù)，構(gòu)建分區(qū)塊滑移法施工模型，進(jìn)行全過程模擬分析產(chǎn)生的撓度變形情況，指導(dǎo)施工，最終在施工安全、質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益方面均取得滿意的成果。

采用胎架滑移法施工，應(yīng)按胎架和結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)，包括網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝狀態(tài)與滑移狀態(tài)，進(jìn)行受力分析與承載力、剛度、整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算。相鄰區(qū)塊網(wǎng)架連接前實(shí)測(cè)上一區(qū)塊對(duì)接縫位置撓度，應(yīng)用有限元軟件技術(shù)，進(jìn)行全過程模擬分析產(chǎn)生的撓度變形情況，可視其大小設(shè)置支承回頂接縫位置至設(shè)計(jì)標(biāo)高，從而減少累積變形。