拱形网壳倒装提升技术的应用实例

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【摘 要】本论文通过一个工程实例不仅阐明了拱形网壳倒装提升技术的应用原理与工艺过程,而且论述了如果技术人员能够针对不同的工程特点,灵活采用不同的提升装置,应用该技术,将达到更好的质量效果和经济效果.

【关 键 词】拱形网壳；提升；水平拉索

拱形网壳倒装提升技术其基本原理是由拱形网架结构顶部开始起拼,依次向两侧延伸拼装,直至网架安装完成,支座就位.由于这种安装方法无须搭设脚手架,基本无高空作业,安全性及经济性的优点突出,因此在近几年得到广泛的推广应用.

在倒装提升技术的应用中,提升装置的选择,提升点的确定与验算是每个使用该工法的工程重点和难点,由于建筑工程的特一性,每个工程都有着对倒装提升技术新的理解和灵活应用.应用倒装提升技术,最常见的提升装置为格构式提升架,但是在本工程中,由于网壳的跨度大、高度高、用钢量大的特点,格构式提升架已不适用,该项目采用了大型起重设备完成提升工作,克服了吊车起重计算、挠度控制等难点后,获得了良好的质量效益和工期效益.

1.工程概述

威钢钒资源综合利用烧结料场网架工程位于四川省内江市威远县.网架为双层网壳落地拱结构,两端开口.网架形式为螺栓球节点正放四角锥网架,网架内支座净跨度96m,纵向长度50m,拱高38.175m.支承形式为下弦对边多点支承,支座与埋件焊接,为刚性连接,柱距4m.

该工程自然特点为当地基本风压较大,而原料场斗轮机的工艺轮廓线造成网壳高度高的结构特点,且网壳纵向长度仅50米,侧向刚度相较弱.自然特点和结构特点不利因素使该网壳的设计用钢量较通常的网壳较高,主结构每平米用钢量达67kg/m2,主结构约320t.因此,跨度大,高度高,结构用钢量大,综合技术难度大是该工程的特点.

2.方案选择分析

网壳的纵向长度仅50米,显然,脚手架滑移或网壳滑移技术在该工程中完全不经济和不适用,而采用高空散装需搭设近40米高的扣件式脚手架,经济性和安全性均为下策,因此初步拟采用的方案为整体倒装提升技术.

采用常用且成熟的倒装提升技术中,提升装置主要采用格构式提升架,每个提升架穿越网壳时,需抽空一个锥体,对于320t的网壳来说,至少需对称布置十个提升架,方能保证其安全.即在50米宽的网壳范围内需布置5个提升架,抽空比例较大.经过模拟工况验算,果然,在抽空网格周围出现大量超应力杆件.经过认真的分析考虑,项目部认为采用大型吊车替代提升架可以不抽取杆件,从而确保网壳的安装质量,并且进一步经过吊点计算,认为该方案可行.为降低吊车选择难度,工程划分两个单元分别提升安装,最终确定采用分块累积提升法与高空散装法相结合的综合安装法进行施工.

3.方案确定

3.1单元划分：根据现场场地情况,将网壳沿纵向划分为两个单元进行提升安装,单元尺寸均为96m×23m,每个单元最大提升重量约160t,不包括次檩条及补空杆件重量.见图1

3.2提升设备采用汽车吊,随着网架不断拼装延伸,重量不断增大,采用的吊车吨位进行调整,满足起重功能.

3.3每单元网壳的提升采用两台吊车提升.每块网架单元从拱顶起拼,网架安装到一定位置,开始采用吊车在一侧边提升边拼装（提升一侧时,以另一侧球为支点）,两侧网架拼装依次同步发展,轮流对称安装.（见图2拼装提升示意图）

3.4随着拼装单元的发展,提升重量不断增加,所选用的吊机吨位也不断调整,最大吨位为160T吊车.

3.5两个单元分别完成拼装和整体落位、支座固定后,两单元间杆件进行高空散装补空.

4.工况验算

4.1根据现场实际情况、构件重量及尺寸、吊车性能确定提升吊点位置.提升主要分11次,即11个施工工况.

4.2提升安装至第8个、第10个、第12个、第14个、第16个下弦球位置（从拱顶起）时,应设置Φ20钢丝绳水平拉索,每层设置6道,以抵消拱形网壳水平推力及位移.

4.3工况验算采用网架计算软件MST2011进行计算,最不利工况计算模型见图3：吊装工况11；各提升状态吊点作用力见表1.各提升状态水平拉索作用力及位移见表2.同时计算结果表是指导施工过程控制的依据.

4.4网壳验算：经干煤棚网壳设计人员对11个提升工况的验算,网壳在提升过程中无超应力现象,满足提升要求.

4.5吊车选择

吊车选择的依据为表1：各提升状态提升反力表及相关的吊车性能表.在该工程中主要拟选用50t、120t、160t等汽车吊组装、提升,本论文仅对第11种工况,即最不利工况下汽车吊选用进行分析.最大吊索反力39.8t,考虑到吊钩吊索等附加重量1.5t,总吊重为41.3t,再考虑安全系数1.2,则吊车起吊应满足41.3×1.2等于49.6t.吊车站位尽量靠近网架,最大回转半径不超过7米,网壳吊装高度8米,当吊臂长度不超过21.3米时可起吊53.3t.160t汽车吊满足吊装需要.

4.6水平拉索验算及水平位移控制

水平拉索的验算依据为表2：各提升状态拉索反力及最大侧向水平位移统计表.网架水平拉索钢丝绳采用6（股）×19,直径21.5㎜,破断拉力总和不小于298kN,安全系数取3.0,则298KN/3.0等于99.3KN≥95KN（最不利工况下最大值）,满足要求.

5.网壳提升安装施工

5.1施工准备工作：根据施工方案对现场进行测量放线,包括基础预埋件的标高、轴线位置定位,确定拼装起始位置.对材料进行分拣,依照空间位置及安装次序堆放.

5.2网壳单元拼装提升

1、网壳两侧同步对称安装,拼装时在形成稳定结构前螺栓不宜拧的过紧,相对位置关系准确后再拧紧螺栓.确保每只螺栓的拧紧度,使杆件均匀受力,避免螺栓漏拧现象.

2、网壳拼装时要保证临时支垫牢靠,控制网格正确的空间几何尺寸.在自然状态下进行杆件安装上紧,避免强制杆件变形装入造成“假紧”而影响安装质量.

3、拱顶网壳拼装完成一定尺寸即可进行第一次提升,对称拼装提升高度范围内的延伸网壳,在下一次提升前用枕木把落地钢球垫实,保证已拼装网壳稳定.

5.3网壳提升及卸载时的同步性要求

网壳在整体提升过程中要保证两台吊车均匀受力,要求各提升点速度均匀、同步.提升前进行技术及安全交底,对提升注意事项讲解到位,使各相关人员明晰提升时的沟通方式及代表意义.人员设置总指挥,观察员,各起重组组长.由总指挥下达提升命令,观察员负责对吊车工作状态、网架提升状态密切监测,及时向总指挥报告.

5.4水平位移控制：水平拉索钢丝绳在第8个下弦球（从拱顶数起）上设置水平拉筋6道,作为第一层.当拼装到第10个下弦球时,其上设置6道水平拉索,作为第二层,然后拆除第一层拉索,在拼装到第12个下弦球继续设置6道拉索,依次类推,直至拼装完成.依此控制水平推力,跨度几何尺寸及挠度.

5.5整体结构就位固定

落位时利用两侧的缆风绳对网壳高空位置进行调整,一侧支座中心线与预埋件中心线位置重合,采取固定措施后提升装置卸载,缓慢落位另一侧支座.两侧支座落位准确后对支座进行焊接固定.

5.6网架吊装完成后,网架结构安装允许偏差及检验方法应符合《钢结构工程施工质量验收规范》.将支座焊接达到设计要求后方可松掉拉接钢结绳等加固件.

5.7网壳第二个单元依次按照上述方法吊装完成,最后高空散装补空单元.

结语：该工程灵活应用并改进了拱形网壳倒装提升技术,在应用过程中,与设计密切配合,对各实际工况进行了详细的计算和验算,使施工过程和施工质量处于有效的控制状态下.由于采用了正确的施工方案,该工程施工质量和进度都得到业主的认可和褒奖,也为企业取得了良好的经济效益和行业口碑.