大跨度网架屋盖整体提升技术研究

大跨度网架屋盖整体提升技术研究

陈鹏

中国建筑第二工程局有限公司，湖南长沙 410000

摘要：目前大型钢结构常用的施工安装方法主要有两类:一类是在高空设计安装位置直接拼装或高空拼装后滑移到设计位置,如高空散装法、高空滑移法等;另一类是在地面先整体拼装后再安装到设计位置,如整体吊装法、整体提升法、整体顶升法等。而整体提升法因其具有提升设备简单、地面拼装高效、高空吊装工作量少、技术成熟且安全可靠、并有利于项目工期与质量的控制等优点,多应用于大跨度结构施工中。文章以某新建高铁站大跨度空间网架屋盖施工为例,针对其存在的结构跨度大、自身重量重、施工高度高、施工难度大等工程难点,结合施工进度要求和现场条件,确定了采取地面拼装加整体提升的施工技术,并采用有限元软件分阶段施工模拟研究了钢网架提升过程中存在二次受力的问题。

关键词：大跨度;钢网架;提升施工;施工技术

前言：建筑技术的快速发展使大跨度空间钢结构屋盖结构的应用日益广泛,合理的施工技术可保证结构施工过程的安全性和高效性。

1. 工程概况

某新建高铁站站房总长为１５９.９ｍ(主体长度,不包括两侧悬挑部分)、总宽为４８ｍ(不包括基本站台与站房连接部分雨棚的宽度)。站房主楼层为３层(架空层一层,候车大厅两层),在站房两侧候车大厅主楼层间设局部夹层,站房屋面中间候车大厅部分为钢结构金属屋面,两侧为钢筋混凝土屋面(标高低于金属屋面),站房主体结构体系为钢筋混凝土框架结构,大跨度屋面采用大跨度空间钢网架结构体系。站房架空层总长为１８２.０ｍ、总宽为６３.０ｍ,主要为设备用房、预留旅服及出站厅,其层高为５.７ｍ。架空层以上主楼层高依次为８.４、１５.１ｍ(至屋面最高点),主要柱网尺寸为９.９ｍ×１０.０ｍ(长×宽),车站站房剖面如图１所示。工程网架长度为１３８.０ｍ、宽度为５０.６２ｍ,厚度为２.３８３~３.６５４ｍ,采用两层正放四角锥网架,周边下弦支撑方式,网架支座在钢筋混凝土柱顶,周边预埋件顶标高为１６.９００ｍ,屋面四周挑出半个网格,主要网格尺寸为２.５ｍ×３.３ｍ(长×宽),结构找坡,节点为螺栓球节点。

2.工程难点

2.1网架面积大,采用两层正放四角锥网架,杆件数量多,对拼装精度要求较高,拼装难度较大;如何确定合理的拼装方案尤为重要,保证拼装精度同时高效完成网架拼装工作。

2.2常规工程只需要在地面胎架或者高空进行一次拼接,而文章所述工程在二层楼面(标高为８.３５０ｍ)处,轴线４－１３/Ａ－Ｃ之间部分没有混凝土楼板,需要二次拼接。该部分区域面积较大,属于高空作业,如何完成网架的整体拼装工作,并保证网架杆件处于安全的受力状态。

2.3新建车站除了大跨度钢结构屋盖均已施工完成,如何在有限施工条件下,合理布置提升点和提升架,并保证网架提升的安全。

2.4网架屋盖结构面积和重量较大,如何确定安全经济的施工方案以及合理划分施工阶段是此工程的关键问题;为了确保施工的安全性,需要对施工过程采用有限元软件分阶段施工模拟,并验算不同步提升工况下杆件的内力和变形,补充验算提升架和吊绳。

2.5提升架与网架结构部分杆件发生位置冲突,该部分杆件在地面拼装时不能安装,在网架单元提升到设计标高并拆除提升架后才能安装。该过程会导致结构内力重分布,需要有效地计算分析以确保结构的安全性。

2.6网架屋盖施工过程比较复杂,中间杆件的临时组装较多,结构在安装后会存在较大的初始内力,与设计状态不符;施加使用荷载后可能会出现部分杆件超应力的情况,需要累加计算每个施工阶段,明确结构在施工完成施加荷载后的受力和变形情况,以确保结构在使用状态下满足规范要求。

３.双向大跨度钢屋盖网架结构整体提升关键施工技术

针对以上施工难点,需对常规的提升技术进行改进,首先在其钢屋盖网架提升区域投影面正下方的地面上拼装为整体,然后利用已有的永久性结构(框架结构等)及临时性结构(胎架等)设置提升点,在网架杆件或焊接球上与提升点对应位置处安装临时提升吊具,接着利用超大型构件液压同步提升技术进行分区域地将屋盖网架提升到设计安装位置,然后连接各区域,形成整体的网架结构,从而完成双向大跨度钢屋盖网架结构的提升。

３.１所选方法优点

（１)地面散件拼装的施工效率高,施工质量易于保证,且可最大限度地减少高空吊装工作量,大大缩短工期;（2)超大型构件液压同步提升技术可大大减少高空作业量,而且液压提升作业时间较短,能够进一步缩短钢结构安装的工期;（３)利用已有永久性结构及临时性结构进行提升点的布置,可以减少提升临时设施的搭设量,节约成本;（４)通过扩展组合提升设备以及采用柔性索具承重,网架结构提升的重量、高度、跨度、面积等基本不受限制,可以充分利用现场的作业面,有利于缩短工期;（５)采用液压提升方法,可使结构在任意高度位置锁定,各提升器可单独调整高度,且调整精度较高,可以大大提高钢结构的安装精度,同时也保证了提升过程中的施工安全;（６)通过计算机控制来保证提升过程中各提升点的同步,确保提升过程中各个区域的结构稳定,同步控制精度高;7)提升过程的施工模拟分析有利于验算结构在施工过程中的安全稳定,并对结构薄弱部位进行加强以提高结构安全系数。

4.2整体提升施工

4.2.1试提升

液压提升装置系统安装完成后，对提升系统各部件进行检查验收。钢屋盖在具备整体液压提升条件之后，进行分级加载试提升，将整个钢屋盖提升离地200mm，静止4h。对钢屋盖结构、提升支架、提升系统进行检查和观测，确保结构变形和受力符合施工模拟计算结果、提升系统安全可靠。

4.2.2正式提升

试提升各项检查结果符合要求后，方可正式提升。用测量仪器检测各吊点的离地距离，计算出各吊点的相对高差。通过液压提升系统设备调整各吊点高度，使钢屋盖结构达到水平姿态。正式提升速度控制在4～6m/h，连续提升到位。提升过程中，对液压提升系统进行实时监测，同时增加钢屋盖及提升支架的应力和变形监测。

4.3提升过程监测

整体提升过程监测是提升安全的重要技术保障措施。监测内容主要包括钢屋盖结构、临时提升支架的应力及变形监测。通过全过程监测，确保提升过程中钢屋盖结构和提升支架的应力及变形在设计允许范围内。在钢屋盖整体拼装时，根据监测方案做好监测点布置。变形监测采用全站仪测量，先在钢屋盖和提升支架变形监测点设置反射贴片或反射棱镜。应力监测采用应变计，并采用无线传输方式采集数据，提高监测安全性。钢屋盖提升前进行初始状态监测数据采集。试提升并静止悬停后，对提升点的位移、钢屋盖结构及提升支架的应力、变形以及各提升点提升荷载进行监测。

5.结束语：

综上所述，文章结合某新建高铁站大跨度网架屋盖结构的施工要求,采取了网架屋盖在二层楼面拼装加高空散装成整体,最后整体提升的施工技术。确保整体提升技术的可行性和实施过程的安全性。

参考文献：

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