大跨度焊接球网架整体提升施工技术

上海南汇建工建设（集团）有限公司 上海 201399

1 工程概况

1.1 建设概况

上海飞机设计研究院环境控制试验室工程，位于浦东新区张江高科技园区南区中国商飞设计研发中心地块内，为排架结构，独立基础，支撑柱采用钢筋混凝土排架柱，柱距7.6 m，纵向设置1 道柱间支撑。试验大厅跨度39 m（南北向），长度76 m（东西向），建筑面积约3 000 m2，屋盖结构采用正放四角锥钢网架+焊接球节点形式，地坪设计地耐力为15 t/m2（设计已加固）。在试验大厅南北均有1 排附房，北附房宽8.4 m，2 层总高度8.1 m；南附房宽9 m，单层高7.5 m。

1.2 网架概况

网架总质量约98 t，焊接球由大小不一的4 种规格组成，合计492 只，杆件由7 种规格组成，共计1 892 根。杆件采用焊接球节点形式，网格尺寸为3.9 m×4.5 m，呈常规屋架形式上弦结构找坡，网架中心矢高最大为3.058 m，网架下弦球中心标高为12 m，支撑在周边柱上，提升高度12 m。

2 方案选择

通过方案比选，结合本工种特点和现场实际工况，拟采用搭设格构式井字形架体（6 台），在地面进行焊接拼装，再安装电动葫芦进行整体提升方案，其优点是：具有传统工法和液压顶升的优点，又避免了其他方法的大部分不足。缺点是：提升过程中存在一定安全风险[1-4]。

3 特点难点及采取措施

1）网架跨度较大，质量较重，起吊过程中对受力点要跟踪检查。

2）6 台井字形架体整体提升过程中保持同步是控制难点。保证同步的具体措施是：

（1）主要手段是采用吊尺法进行观测，在6 个吊点位置24 个吊点球中，每个吊点位置选择6 个观测点，观测点位置要对称且在同一轴线上。在下弦杆件上焊接一个挂钩，悬挂一把20 m钢卷尺，钢卷尺一端固定在挂钩上，一端固定在立于地面的标杆上，标杆高度1.5 m。在网架提升过程中，安排6 名观测人员，每人配备1 台对讲机，对6 个观测点进行观测，通过标杆上的钢卷尺读数判断网架是否同步，随时向吊装总指挥汇报吊点相对标高误差值，以便及时调整各井字架提升速度。

（2）辅助手段是在6 台井字架位置，每个位置选择一个靠近立柱的焊接球，在立柱上用红线标注刻度，根据这个焊接球与立柱位置的对比，从而判断6 个区域是否同步。

（3）在正式起吊前对操作工人进行同步操作训练，即在集中统一指挥下同步操作。

（4）选用同规格的电动葫芦，保证参数一致；选用同规格起吊钢丝绳，否则不同规格直径的钢丝绳会影响钢丝绳线速度，且起吊前将钢丝绳松紧度保持一致。

（5）每个电动葫芦的电源线要同规格同型号，尽量要求长度基本一致，减少因线缆长度差异过大，导致电阻、电流有差异所造成的电动葫芦的动作迟缓、同步误差过大等问题。

3）采用牵引倒链在提升过程中进行水平牵引，准确无误的就位有一定难度。

4）格构式井字形架体构造设计、制作、布置和安装质量尤为重要。

4 格构式井字形架体安装构造要求

1）架体安装高度18 m，截面尺寸1.70 m×1.70 m，格构式立柱采用4 根φ140 mm×4.5 mm钢管，每节长度3 m，缀条采用50 mm×5 mm角钢，进行铰接连接。

2）架体基础采用2 根375 mm×200 mm×7 mm×11 mm H型钢，长4.5 m，增设加强肋板，加强肋板间距500 mm。H型钢呈东西向布置，焊接固定于混凝土地坪预埋铁板上。

3）架体顶部采用2 根375 mm×200 mm×7 mm×11 mm H型钢，长4.5 m，增设加强肋板，加强肋板间距500 mm，H型钢呈十字对角布置。

4）缆风绳设置要求：缆风绳设置2 道，第1道设置在10 m左右高度，第2道设置在顶部。每道4 根，采用φ25 mm钢丝绳，与地面夹角不大于60°，下端与地锚连接。

5）每台架体设4 个吊点，采用φ32 mm钢丝绳，西侧2 个吊点钢丝绳垂直，东侧2 个吊点钢丝绳略向东倾斜，倾角在3°～5°（为起到使网架在提升过程中缓慢水平移动的作用）。为了防止吊点钢丝绳滑掉，在吊点焊接球上焊接短钢筋加以辅助固定。

6）在东侧的D轴和J轴位置设置2 台50 kN水平牵引倒链（φ20 mm钢丝绳），钢丝绳长度大于24 m，与地面夹角小于30°。

5 整体提升施工技术

5.1 工艺流程

选择井字形架体安装位置→预选吊点位置→校检吊点→安装井字形架体→架体监测验收（合格）→预提升（吊装）→检查各个吊点及网架变化情况（合格）→正式提升（吊装）→就位→固定于立柱→释放井字架应力→吊装结束

5.2 吊点布置

1）6 台井字形架体，每台井字架设4 个吊点，共计24 个吊点。

2）井字架布置位置：6 台井字形架体布置原则是要保证各个吊点受力均匀，提升网架不出现超应力杆件。故布置于E轴/2轴、E轴/6轴、E轴/10轴、H轴/2轴、H轴/6轴、H轴/10轴。具体位置如图1所示。

图1 井字形架体位置平面布置示意

5.3 校检吊点位置

对所选吊点位置进行复核验算，保证其受力状况及结构安全（验算过程从略）。

5.4 预提升

分2 步进行，第1步：各项准备工作完成后，进行预提升，将网架吊装离开地面100～200 mm悬停12 h。悬停时间内派专业人员对各个吊点及架体进行检查，看有无明显异常。第2步：将网架继续提升至2 m左右高度悬停12 h，再次派专业人员进行检查，确认无明显异常（图2）。每台井字架操作人员必须受统一指挥，确保6 台井字形架体同时启动。

5.5 正式提升

1）提升过程中必须保证6 台井字形架体同步提升。

2）提升速度控制在1 mm/s，即60 mm/min，预计约3 h从2 m提升至12 m高度。

3）提升过程中观察各种参数变化情况，如水平位移、提升标高、钢丝绳松紧度等。当提升至10 m左右高度时，将下面一道缆风绳设置好。同时派专人用经纬仪对架体的垂直度及有无变形作现场监控（图3）。

4）水平牵引：由于网架吊装前位置整体向东偏移700 mm，所以为了使吊装到柱顶（12 m）时，网架正好就位于柱顶，需要采用2 台水平牵引倒链来完成，倒链松紧度以提升过程中网架与立柱不碰为原则。

图2 预提升阶段实景

图3 钢结构网架提升过程实景

5）就位：提升至12 m高度时要慢慢释放牵引倒链应力，使网架慢慢就位，直至焊接球下支座预留孔（4 个）与柱顶预埋螺栓位置吻合为止（图4）。

图4 钢结构网架安装就位实景

6 结语

网架安装方法有很多种，要选择一种符合工程特点的方法尤为重要，要综合考虑是否经济合理、安全可靠等各种因素[5,6]。本工程采用6 台井字形架体作为提升工具，将保持6 台井字形架体的同步性作为过程控制关键点，顺利地将网架准确无误就位于周边独立柱上。该方案的成功实施，为中国商飞基地内其余工程的网架整体提升提供了一个很好的借鉴经验。