基于大跨度网架结构的整体提升技术及其应用研究

薛东生

【摘要】本文首先就网架结构的形式分类及其特点进行了阐述，并从构件的制作、网架的地面拼接、液压提升技术等方面对大跨度网架结构的整体提升技术进行了论述。以期在原有的基础上，不断优化并解决其中遇到的难题。

【关键词】网架结构；整体提升；關键施工

伴随着科学技术的不断发展普及应用，建筑施工中的网架结构也产生了非常多的种类，且也在不断地创新发展。而基于网架结构刚度大、自重轻、节省钢材使用量、稳定性强等优势，其广泛地应用于飞机维修库、体育场等大跨度结构中。

一、网架结构的形式分类

通常而言，在日常建筑施工中，可以见到或能实际应用的网架种类有十五种之多，但总体而言，可以将其归纳为四个主要的类别。

（一）平面桁架系网架

平面桁架系网架是从平面桁架演变来的，其主要由上弦杆、下弦杆、斜杆以及竖杆组成，这一结构的基本单元为网片。一般来说，这种网架有四种主要的形式，即两向正交斜放、两向正交正放、三向网架以及两向斜交斜放。

（二）三角椎体系网架

三角椎体系网架的基本单元是由斜杆和弦杆构成的三角椎体。由于三角形具有稳定性，故而这类网架既可倒置，也可顺置。而按照其基本单元三角椎体组合方式和弦杆连接方式的不同，又可以将其分为四种主要的形式，即抽空三角锥Ⅱ型网架、三角锥网架、蜂窝形三角锥网架以及抽空三角锥Ⅰ型网架。

二、网架结构的特点

第一，由于在实际建筑施工中应用网架结构时，其受力为三向空间受力，因此各个面的受力都很合理，且应用于大跨度建设中时，也能节约一定的钢材。相较于单向受力的平面结构相比，网架结构的重量更加轻、耗费的钢材量也更加少。即便网架结构的网壳结构有着多样的曲面，但是只要通过精心的设计便可使其受力均匀合理，减少其变形，节省钢材使用量。

第二，通常来讲，网架结构都是由各种小构件组成的大跨度空间结构，且各个构件和连接点都较为单一，因此可以事先制作好标准尺寸的预制单元、预制构件及个零部件，故而工业化程度高，这样既能保证成品的高质量，又能缩短工期；同时，由于网架的预制单元和各节点的重量轻、尺寸小，故而储存、运输、装卸、安装等都很方便；由于网架结构简单，因此在施工现场安装时，其所需技术更简单，工作量也很小，且不需大型的起重设备。

三、大跨度网架整体提升技术分析

（一）钢结构件的加工制作

在上述中已经提到，大跨度网架是由多种形状和尺寸的杆件、节点构成的，而其通常采用的原材料则为钢管或型钢。但是由于网架结构是封闭式的，加之其内部与外部间的连接杆件都非常多，因此其制作的技术相对而言要复杂得多，并且已经加工成型后的杆件在发生变形后，便很难对其矫正。故而必须要做好大跨度网架结构中各构件、杆件的制作、安装、焊接等工作，并不断提升最后的拼装工艺，以保证建筑质量。

1、钢管的制作

现阶段，在制作网架杆件时，采取的大多是自动管子切割机。而针对钢管相贯杆件的切割来说，其主要采用的是数控相贯线切割机，这种切割机能够根据切割前设置好的样品程序完成自动切割。从这可以看出，对钢管的制作来说最重要的就是切割程序的编制。为了实现对切割程序的控制与升级，可以根据数控切割集成软件，如WIN3D、CAD、PIPE-COAST等，并结合AUTOCAD、Xsteel等软件实现对切割机程序的编制与升级。

2、网架焊接球的制作

第一步，半球的下料。首先，要按照焊接球的直径以及加工的坡口余量来计算出半球在下料时的尺寸；其次，根据计算出的半球下料尺寸，可利用数控等离子切割机进行切割，并将误差要控制在1毫米左右，且切割产生的切口不能出现大于2毫米的熔深或大于3毫米的凹陷。第二步，压制半球。在进行半球的压制时，要将温度严格控制在1050℃±50℃的范围内，待其充分煅烧后，再利用350T-630T的液压机对其进行锻压成型，而在脱模时，还要将温度保持在650℃以上，最终待其自然冷却。第三，将半球连接成焊接球。在对半球进行焊接时，要采用专用的空心球自动焊接机，且要CO2气体对其进行保护。

（二）网架的地面组装

在进行网架的地面组装起吊时，应当先将网架结构的主体部分在地面组装好。为了保证网架结构的整体质量，对拼装场地有着十分严格的要求，如场地要平整压实，拼装时要在胎架下垫上木块。而在进行网架的安全之前，则先要对现场进行精确地测量定位，并根据平面坐标图进行测量定位。如上海浦东波音机库网架的拼装，这一网架主要分为六大块，如图一所示，网架在地面投影位置进行拼装焊接，而对于剩下的混凝土柱和砼梁处相碰杆件暂不安装。由于网架高达6米，因此为了方便施工，就需要逐层搭建临时操作架来进行安装。在网架整体提升到位后，再对未安装处的杆件进行补缺、填补工作，这时只需采取临时搭设满堂操作架的方式来进行安装。为了进一步保证安装的顺利进行，最大化避免合拢时的偏差造成的后期调整困难，在WJ1与WJ2间，就应当安装一个横杆将其固定，以实现整个网架的顺利合拢。由于这一网架在设计之初，便需要起拱，因此就需要采用预起拱的方式，也就是要设计之初，就要先将网架预起拱，待进行安装时，再根据设计时的网架节点坐标进行安装，以实现起拱的目的。

地面网架的组装顺序为：WJ4→WJ2→WJ6→WJ3→WJ1→WJ5。

图一

（三）液压提升技术

由此可见看出，液压提升系统具有以下特点，一是，其可以通过提升设备来不断组合，进而不再受跨度、面积、重量等地限制；二是，由于采取的是柔性钢绞线来承重，因此只要承重点合理，那么提升高度与幅度都不再受限制；三是，由于提升油缸锚拥有逆向运动自我锁定的功能，因此保证了整个提升过程的安全，且在提升过程中，可以将构件进行任意位置的长期可靠锁定；四是，整个提升设备的体积小，自重轻，且承载能力十分大。

（四）计算机同步控制技术

计算机同步控制应该满足以下要求，第一，要尽量保证各台液压提升设备均匀受载；第二，要保证各个吊点在提升时，保持一定的同步性，且误差要控制在±10mm以内。如在上海浦东波音机库屋盖项目中，其一共有34个提升吊点，因此为了保证同步性和设备的均匀受载，其将两处的液压提升器并联在一起，并将其设定为主令点；并将其他吊点的提升器并联在一起，设定为从令点。在计算机的控制下，将主令点的提升速度设为标准值，作为基准，进而保证各个提升吊点在钢网架结构整体液压提升过程中始终保持同步。

结束语：

通过上文的分析不难看出，在现代化程度不断深入的背景下，越来越多的建筑工程开始采用整体提升施工方法的大跨度网架结构。当前，经过大量施工实践证明，整体提升技术在施工现场中的问题越来越少，且其施工工艺也在进一步地完善与成熟。

参考文献：

[1]陈冬冬.大跨度网架结构整体提升技术研究与应用[D].重庆大学，2010.

[2]黄三珊.大跨度钢网架结构整体提升施工关键技术及BIM应用研究[D].华南理工大学，2014.

[3]王伯成.大跨度钢网架结构分段吊装技术的研究与应用[D].重庆大学，2004.