申新華,王 鵬

(山西四建集團(tuán)有限公司,山西 太原 030012)

0 引言

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有安全性好、覆蓋面積大、結(jié)構(gòu)自重小、充分發(fā)揮材料性能、建筑形態(tài)靈活等優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于各種民用和公用建筑。常用網(wǎng)殼安裝方法包括滑移法、提升法和頂升法。滑移法所需勞動(dòng)力較少,場(chǎng)地要求小,但高空作業(yè)多,施工進(jìn)度慢;提升法施工速度快,對(duì)機(jī)械要求低,但對(duì)場(chǎng)地要求較高,不適于場(chǎng)地緊張項(xiàng)目;頂升法分為單側(cè)頂升法和雙側(cè)同步頂升法,其中雙側(cè)頂升施工速度快,但易整體傾覆,單側(cè)頂升將高空作業(yè)轉(zhuǎn)移至地面工作,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性較好。

1 工程概況

本工程為封閉煤場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼,采用正放四角錐焊接球節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)殼跨度90m、長(zhǎng)度250m、厚度3.048m,支座標(biāo)高4.700m。上弦層恒荷載0.25kN/m2,活荷載1.5kN/m2,基本風(fēng)壓0.4kN/m2,基本雪壓0.35kN/m2。

該工程施工周期緊張,須在100d內(nèi)完成A,B區(qū)共250m長(zhǎng)網(wǎng)架拼裝,并且場(chǎng)地兩邊設(shè)置圍墻,施工場(chǎng)地緊張。通過方案比選、模擬計(jì)算分析和BIM film動(dòng)畫模擬過程控制,創(chuàng)新性地使用液壓頂升施工工藝,將網(wǎng)架一端與支座鉸接連接,另一端通過頂升支架,向外延伸拼裝網(wǎng)殼,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)架拼裝。該方法受場(chǎng)地限制較小,且極大地縮短了工期,該工藝為山西省首例。

2 網(wǎng)殼頂升施工技術(shù)應(yīng)用

2.1 工藝流程

網(wǎng)殼頂升工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

2.2 施工方法

1)對(duì)起步跨網(wǎng)殼進(jìn)行地面拼裝,拼裝完成后吊裝至支座位置。

2)網(wǎng)殼就位后,在下弦球位置布置頂升支架,通過液壓頂升進(jìn)行續(xù)拼,拼裝過程中,通過拉結(jié)鋼絲繩控制網(wǎng)殼線形。

3)拼裝至就位位置,將網(wǎng)殼頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高,就位跨網(wǎng)殼采用地面拼裝后吊裝就位。

2.3 網(wǎng)殼頂升技術(shù)

2.3.1起步跨吊裝

首先起步跨網(wǎng)殼地面分塊拼裝,拼裝完成后吊裝就位于臨時(shí)支座(見圖2)。每個(gè)分塊最前端下弦球節(jié)點(diǎn)處間隔設(shè)置支架,分塊間預(yù)留嵌補(bǔ)段,相鄰分塊采用相同方法就位后,矯正標(biāo)高、線形后,嵌補(bǔ)2個(gè)分塊間網(wǎng)格,按此方法類推,直至完成起步跨安裝。

圖2 臨時(shí)支座

2.3.2網(wǎng)殼單側(cè)頂升

1)頂升點(diǎn)布置 根據(jù)施工特征及計(jì)算分析,對(duì)網(wǎng)殼頂升點(diǎn)進(jìn)行合理布置(見圖3),從第5個(gè)網(wǎng)格開始采用頂升裝置,沿縱向?qū)ΨQ設(shè)置10個(gè)頂升點(diǎn);續(xù)拼至1/3跨度,增加頂升點(diǎn)數(shù)量,與支座數(shù)量相同。

圖3 網(wǎng)殼頂升點(diǎn)平面布置

2)頂升系統(tǒng) 工程選用100t自鎖式千斤頂作為動(dòng)力裝置,配備有頂升支架、集成控制臺(tái)等。頂升支架就位如圖4a,開始頂升時(shí),通過油缸將支架頂升至下方空間>1.2m(見圖4b),安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)至支架下部(見圖4c),然后油缸回落,使支架落于基座上,千斤頂繼續(xù)回落,取下千斤頂和頂升承壓板,換至倒數(shù)第2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上,如此往復(fù),直至將網(wǎng)殼頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

圖4 頂升支架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝

3)頂升施工 將液壓頂升支架設(shè)在下弦球節(jié)點(diǎn)處,油缸同步頂升,向前續(xù)拼網(wǎng)格,當(dāng)下一個(gè)下弦球節(jié)點(diǎn)頂升至能放入油缸高度,保持前一個(gè)下弦球油缸不動(dòng),下一個(gè)下弦球節(jié)點(diǎn)布置油缸,油缸受力后,移除前一個(gè)下弦球節(jié)點(diǎn)油缸,逐步完成網(wǎng)殼拼裝。所有工作均在地面完成,避免高空作業(yè)。拼裝過程中為防止網(wǎng)殼前傾,拉結(jié)鋼絲繩。

2.3.3網(wǎng)殼就位

頂升點(diǎn)設(shè)在下弦第30個(gè)球節(jié)點(diǎn)處(見圖5),先安裝第30個(gè)下弦球頂升點(diǎn),待頂升點(diǎn)安裝完成后,拆除第26個(gè)下弦球頂升點(diǎn);16個(gè)油缸同步頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高;將剩余桿件與球節(jié)點(diǎn)在地面拼裝成塊體,使用起重機(jī)吊裝至就位標(biāo)高,與頂升部分網(wǎng)殼進(jìn)行對(duì)接,待桿件節(jié)點(diǎn)全部對(duì)接完成且整體驗(yàn)收合格后,16個(gè)油缸同步卸載,直至網(wǎng)殼落在軸支座位置,最后拆除液壓千斤頂與頂升支架。

圖5 網(wǎng)殼就位

3 頂升質(zhì)量控制

3.1 偏移控制

單側(cè)頂升過程中,已拼裝完成的球節(jié)點(diǎn),隨頂升高度增加,節(jié)點(diǎn)以臨時(shí)鉸支座為軸旋轉(zhuǎn),球節(jié)點(diǎn)向臨時(shí)支座方向偏移,故頂升一定行程后,油缸頂部存在一定偏移量。隨著跨度增大,網(wǎng)殼球節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)偏移量呈遞減趨勢(shì)。處理措施如下。

1)頂升點(diǎn)數(shù)量少于支座數(shù)量時(shí),網(wǎng)殼頂升高度相對(duì)較低,偏移量較大,采用每續(xù)拼1個(gè)網(wǎng)格向前倒換1次頂升支架的措施。續(xù)拼1個(gè)網(wǎng)格后,頂升網(wǎng)殼至前端網(wǎng)格下弦球節(jié)點(diǎn)能放入油缸高度,之后頂升前端下弦球節(jié)點(diǎn),完成頂升點(diǎn)轉(zhuǎn)換,如圖6所示。

圖6 提升點(diǎn)轉(zhuǎn)換

2)續(xù)拼至1/3跨時(shí),頂升點(diǎn)頂升至能向前續(xù)拼1個(gè)網(wǎng)格高度后,保持其余油缸處于鎖定狀態(tài),單油缸卸載向支座偏移一定距離,按此方法調(diào)整所有頂升油缸,使網(wǎng)殼在續(xù)拼工況下,油缸垂直受力,如圖7所示。

圖7 偏移量控制原理

3.2 網(wǎng)殼強(qiáng)度、穩(wěn)定性、線形控制

1)強(qiáng)度控制 采用軟件計(jì)算分析得出不同工況下網(wǎng)殼撓度、桿件應(yīng)力(見圖8a,8b)。將強(qiáng)度應(yīng)力比超限桿件更換后再次復(fù)核驗(yàn)算,確保整個(gè)頂升過程無(wú)強(qiáng)度應(yīng)力比超限桿件。針對(duì)穩(wěn)定應(yīng)力比超限桿件,采用周轉(zhuǎn)式桿件臨時(shí)加固器加固(見圖8c),網(wǎng)殼整體就位后,拆除臨時(shí)加固器。臨時(shí)加固器采用等邊角鋼對(duì)扣,外側(cè)采用快拆夾具固定。在最后一個(gè)頂升工況下,網(wǎng)殼自重、頂升高度最大,原設(shè)計(jì)圖中空心焊接球強(qiáng)度無(wú)法滿足頂升反力,通過分析計(jì)算,將球節(jié)點(diǎn)更換為帶肋焊接球,肋板厚度同球節(jié)點(diǎn)壁厚,有足夠強(qiáng)度、剛度完成頂升作業(yè)。頂升過程中,對(duì)網(wǎng)殼進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)。根據(jù)各工況分析計(jì)算結(jié)果,識(shí)別在頂升過程中應(yīng)力變化較大桿件,設(shè)置應(yīng)變計(jì),實(shí)施采集數(shù)據(jù),將實(shí)際工況與計(jì)算工況對(duì)比分析,確保頂升過程無(wú)超應(yīng)力桿件。

圖8 網(wǎng)殼強(qiáng)度控制

2)網(wǎng)殼穩(wěn)定性 網(wǎng)殼單側(cè)液壓頂升油缸通過智能同步頂升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步頂升,保證網(wǎng)殼每個(gè)頂升點(diǎn)均勻受力。頂升點(diǎn)底部采用預(yù)制混凝土基礎(chǔ),基底處于統(tǒng)一標(biāo)高的同時(shí),提供足夠地基承載力。

3)網(wǎng)殼線形控制 線形控制通過坐標(biāo)測(cè)量法、尺量法相互校核。①坐標(biāo)測(cè)量法:選取縱向?qū)ΨQ軸線為線形監(jiān)測(cè)軸線,在前端網(wǎng)格頂升到位后,采用鋼絲繩在支座軸線下弦球節(jié)點(diǎn)與頂升點(diǎn)下弦球節(jié)點(diǎn)拉通線,找到兩球節(jié)點(diǎn)最小距離(即在表皮找出球節(jié)點(diǎn)法向切點(diǎn)),做好標(biāo)記后,粘貼反光標(biāo)靶,靶心與標(biāo)記重合。將全站儀架設(shè)于兩點(diǎn)之間,測(cè)量?jī)牲c(diǎn)坐標(biāo)后,建立自由坐標(biāo)系即可確定已拼裝網(wǎng)格線形。提取頂升點(diǎn)z向高程,將設(shè)計(jì)網(wǎng)格線形在軟件中旋轉(zhuǎn)相同角度,比選2個(gè)球節(jié)點(diǎn)外表皮中點(diǎn)距離,之后通過調(diào)整倒鏈控制線形,如圖9所示。②尺量法:通過CAD測(cè)量最前端下弦球節(jié)點(diǎn)與支座球節(jié)點(diǎn)球心距離,選取球節(jié)點(diǎn)兩側(cè)桿件作為測(cè)量實(shí)體,測(cè)量桿件與球節(jié)點(diǎn)焊縫點(diǎn)凈距。將計(jì)算數(shù)值減去桿件半徑、焊縫余高得到的理論數(shù)值與實(shí)測(cè)數(shù)值比對(duì),通過張緊倒鏈調(diào)整線形。

圖9 通過張拉鋼絲繩控制線形

3.3 頂升支架穩(wěn)定性控制

在頂升和續(xù)拼過程中,沿縱向及跨度2個(gè)方向,將下弦球節(jié)點(diǎn)與頂升支架拉結(jié)纜風(fēng)繩,形成倒三角結(jié)構(gòu),控制支架穩(wěn)定性,每3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拉結(jié)1組纜風(fēng)繩。支架頂部與網(wǎng)殼下弦球兩側(cè)桿件采用U形箍拉結(jié)。

4 結(jié)語(yǔ)

單側(cè)頂升施工工藝改變了原有網(wǎng)架拼裝高空作業(yè)多、時(shí)間久缺點(diǎn),使高空作業(yè)變成地面作業(yè),減少了安全隱患,極大地提高了施工速度,通過地面作業(yè),更好地控制網(wǎng)架施工質(zhì)量,降低了成本,提高了項(xiàng)目綜合效益。

但采用該方法可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)架整體傾覆或偏移量過大使跨度超過設(shè)計(jì)值,因此在過程中,應(yīng)做好模型計(jì)算并增加相應(yīng)監(jiān)測(cè)措施,通過位移計(jì)、應(yīng)變計(jì)等對(duì)頂升階段變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),進(jìn)而控制施工質(zhì)量。