尹維元

廣州市第三建筑工程有限公司，廣東 廣州 510000

1 工程概況

財富天地廣場A1棟位于廣州市西灣路舊水泥廠東側(cè)，建筑物整體劃分成A、B、C、D四個區(qū)域，十字中庭穹頂網(wǎng)架位于四個區(qū)域十字通道中央屋頂上方。該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用單層焊接球網(wǎng)殼形式，平面投影為直徑47m的圓，矢高12m，就位標(biāo)高為24.9m，網(wǎng)架總重為56t。整個網(wǎng)架由中心向周邊共有15道環(huán)梁，15道環(huán)梁的24個焊接球支座支承于周邊建筑物上。焊接球直徑為wsp550×14、wsp400×10、wsp300×8三種規(guī)格，材質(zhì)為Q345B號鋼，系桿分別為Φ89×4、Φ159×6、Φ140×4、Φ114×4、Φ203×10等 高頻焊管。網(wǎng)架平面效果圖如圖1所示。

圖1 網(wǎng)架平面效果圖

該網(wǎng)架吊裝的關(guān)鍵和難點在于吊裝方法的選擇。網(wǎng)架整體重量為56t，直徑為47m，平面面積為1520m2，跨度大、重量重、面積廣；且建筑物中庭位置距離建筑物邊線太長，而十字通道下方為地下室樓板，不允許大型汽車吊通過，不能使用汽車吊進行吊裝。同時，施工使用的塔吊距離中庭較遠(yuǎn)，只能進行散件或小型拼裝件吊裝，重量達(dá)不到整體吊裝的要求。綜合上述考慮，在常規(guī)施工方法無法滿足現(xiàn)場施工要求的情況下，需要創(chuàng)新吊裝施工方法，在確保安全、質(zhì)量的前提下按期完成吊裝并交付下一工序施工。

2 施工重難點

（1）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用單層網(wǎng)殼，在吊點的選擇和處理上必須經(jīng)過嚴(yán)格計算，防止網(wǎng)殼變形及局部節(jié)點應(yīng)力過大[1]。網(wǎng)架桿件應(yīng)力及吊點采用同濟大學(xué)3d3s鋼結(jié)構(gòu)-空間結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件進行計算分析，在保證吊裝安全的情況下，選定吊點位置，確保支架受力均勻，滿足樓面荷載要求，并控制吊裝過程中網(wǎng)架的變形。中庭吊裝支架具體分布如圖2所示。

圖2 中庭吊裝支架分布圖

（2）在屋面對稱安裝8個吊裝支架，支架采用鋼結(jié)構(gòu)螺栓球結(jié)構(gòu)形式，每個支架有3條鋼柱，與天面混凝土結(jié)構(gòu)用8個M24化學(xué)錨栓連接。由專業(yè)設(shè)計單位負(fù)責(zé)吊裝支架設(shè)計，由原設(shè)計單位負(fù)責(zé)對吊裝支架及支撐結(jié)構(gòu)進行驗算、復(fù)核。因為每個支架支撐位置下方均為混凝土懸挑結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)承載力不能滿足吊裝要求，所以8座吊裝支架支腿位置的垂直下方對應(yīng)混凝土梁處，需在1～5樓共計5層搭設(shè)鋼管支撐，共40個單體。搭設(shè)高度為相應(yīng)層高，約3.5～5.8m，長度為3m，寬度為2m，立桿間距為0.5m×0.5m，水平桿間距為1.8m。

（3）在網(wǎng)殼吊點的處理上，因為單層網(wǎng)殼單個球節(jié)點強度不能滿足吊裝要求，極易產(chǎn)生應(yīng)力集中，使節(jié)點出現(xiàn)永久變形甚至斷裂，所以項目部將每個吊裝節(jié)點用相同材質(zhì)的桿件、球焊接成四角錐形結(jié)構(gòu)[2]。

（4）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)吊裝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是同步控制。在吊裝過程中，網(wǎng)架的偏移和傾斜對支撐架的受力狀態(tài)都有不同程度的影響，還可能影響網(wǎng)架結(jié)構(gòu)自身的受力狀況，使構(gòu)件應(yīng)力重新分布，對結(jié)構(gòu)吊裝和結(jié)構(gòu)自身都極為不利。因此，為了減小網(wǎng)架吊裝變形，必須嚴(yán)格控制8個吊點在吊裝過程中同步提升，相鄰吊點間的高差不得大于100mm。為此，現(xiàn)場采用8臺相同型號的慢速卷揚機，并在每個吊點上掛上鋼卷尺，在垂直整體提升過程中，每提升1m就由全站儀觀測人員對8個吊點的標(biāo)高進行觀測，如果吊點之間高差超過50mm，則對各個吊點進行調(diào)整，待高差一致后再繼續(xù)提升，確保每個網(wǎng)架吊點平衡同步提升。

為了確保續(xù)裝工作安全進行，應(yīng)搭設(shè)續(xù)裝用的腳手架。腳手架從5樓樓面搭設(shè)至網(wǎng)殼支座標(biāo)高處，寬度至離已拼裝網(wǎng)殼最外圈400mm處。在寬度上之所以沒有一次搭設(shè)到位，主要是給網(wǎng)殼與腳手架之間留有一定間隙，以免網(wǎng)殼整體提升時與腳手架相碰。該腳手架為工作平臺，施工時每平方承重約為150kg，其搭設(shè)應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范執(zhí)行，滿鋪建筑用鋼腳手架板。

3 施工方法和技術(shù)路線

針對該工程的特殊性，項目部根據(jù)現(xiàn)場的實際條件和設(shè)備，綜合考慮安全、質(zhì)量、工期及經(jīng)濟等因素，最后決定采用綜合安裝法，即先將網(wǎng)殼分為若干個環(huán)帶，將中心大部分在地面拼裝好，再整體吊裝就位，最后外圍3個環(huán)帶以小單元逐圈由內(nèi)向外在空中拼裝成整體[3]?，F(xiàn)場在屋頂設(shè)置8個鋼結(jié)構(gòu)吊裝支架加掛8套滑輪組，每個吊點以電動卷揚機作為主動力進行整體吊裝。

結(jié)合該工程鋼結(jié)構(gòu)的施工組織設(shè)計和具體施工工藝，通過現(xiàn)場獲取的資料和設(shè)計技術(shù)文件，運用大型工程有限元軟件進行工程模型三維建模、吊裝支架圖紙深化設(shè)計、結(jié)構(gòu)仿真模擬分析，并根據(jù)分析結(jié)果初步確定該工程的設(shè)計方案、加工制作方案、施工方案和施工工藝；組織專家進行審核后，用于指導(dǎo)施工[4]。

在安裝過程中進行施工檢測，并與理論分析數(shù)據(jù)進行對比，特別是吊裝過程中的網(wǎng)殼變形、垂直提升的同步控制、結(jié)構(gòu)桿件的內(nèi)力變化等。

4 主要設(shè)備與儀器

（1）工程軟件：主要有ANSYS、MIDAS、StruCad鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件、SAP2000、3d3s軟件、3ds Max、工程動畫相關(guān)軟件等。

（2）設(shè)備儀器：全站儀、水準(zhǔn)儀、檢測成套設(shè)備、計算機等硬件設(shè)備。

（3）吊裝設(shè)備及測量機具。

5 階段目標(biāo)與進度安排

第一階段：熟悉圖紙，制訂初步吊裝方案，準(zhǔn)備相關(guān)技術(shù)資料，選定工程軟件，檢測設(shè)備及材料、計算機相關(guān)硬件設(shè)備等，建立用于后續(xù)工程模擬分析的三維工程模型，并結(jié)合施工工藝進行模擬分析，為深化設(shè)計提供理論參考。

第二階段：進行吊裝支架的深化設(shè)計及支撐結(jié)構(gòu)復(fù)核驗算，網(wǎng)架吊裝過程中結(jié)構(gòu)桿件應(yīng)力的計算及復(fù)核，吊裝設(shè)備的選擇確定。組織專家組對吊裝方案進行認(rèn)證，確定最終施工方案。

第三階段：按方案內(nèi)容組織施工，結(jié)合工程施工情況，進行工程施工過程的實際模擬、分析，并根據(jù)分析結(jié)果對施工工藝和設(shè)備進行完善修正，總結(jié)大跨度焊接球網(wǎng)殼整體吊裝施工的關(guān)鍵技術(shù)。

第四階段：對相關(guān)研究內(nèi)容進行系統(tǒng)全面的整理、論文編寫、成果匯總編輯、成果上報。

第五階段：與廣州市建筑集團等單位共同申報廣東省科技成果鑒定。

第六階段：與廣州市建筑集團等單位共同申報廣東省工法。

6 預(yù)期成果內(nèi)容與效益

該科研項目結(jié)合財富天地廣場A1棟十字中庭大跨度單層焊接球網(wǎng)殼整體吊裝工程的深化設(shè)計、吊裝施工及新技術(shù)應(yīng)用展開研究，攻關(guān)小組本著服務(wù)于工程，全面提升企業(yè)綜合施工技術(shù)實力的目的，完成了包括大跨度單層焊接球網(wǎng)殼整體吊裝加載制度、加載順序和加載過程檢測數(shù)據(jù)的收集分析，評判加載工藝的合理性和先進性；同時，整理出了較全面的大跨度單層焊接球網(wǎng)殼整體吊裝施工工藝要點。

7 結(jié)束語

經(jīng)查閱國內(nèi)相關(guān)文獻資料，發(fā)現(xiàn)在國內(nèi)并沒有相似的吊裝方法供參考，因此該方法的編制主要參考公司總工室的意見，根據(jù)吊裝論證會上專家組的意見進行反復(fù)多次的討論和修改而成。該吊裝方法具有安全系數(shù)大、施工工期短等優(yōu)點，不僅可以保證施工質(zhì)量，還可以降低工程造價。此外，該方法已經(jīng)經(jīng)過多次類似工程的實踐，積累了豐富的施工經(jīng)驗。相關(guān)研究成果不但對該實際工程具有一定的應(yīng)用價值，而且對今后類似工程的實際運用具有重要的指導(dǎo)價值，對提升企業(yè)的技術(shù)實力，推廣建筑領(lǐng)域新技術(shù)具有重要作用。