机库大跨度焊接球网架两阶段整体提升施工技术

张毅毅 李鹏飞 耿俊峰

陕西建工机械施工集团有限公司 陕西 西安 710032

1 工程概况

某机库工程屋盖钢结构平面呈长方形，跨度138.6 m，进深63.7 m。为3层斜放4角锥焊接球网架，网格尺寸4.90 m×4.95 m，屋盖为单侧找坡，网架高度为2.9 m＋2.9 m～4.5 m＋4.5 m，网架下弦标高21 m；机库大门门头采用4层焊接球网架，网架高度为14 m，下弦标高16 m。网架设计跨中起拱值300 mm，钢结构总质量约1 600 t。采用3面29根型钢混凝土柱支撑（图1）。

图1 机库屋盖网架结构示意

2 整体提升方案理论计算分析

该工程的结构特点是机库大门门头桁架下翻5 m，且采用地面拼装整体提升方案。在结构柱顶共设置17个提升点对结构进行整体提升（图2）。根据施工方案，需对屋盖结构进行2次提升，第1次提升5 m高度，补空安装大门下弦杆件后，再进行第2次整体提升，就位后补空安装周边杆件与混凝土柱顶节点连接。施工全过程采用了SAP 2000程序的有限元方法对各种工况进行理论分析计算。

图2 提升吊点分布示意

2.1 第1次整体提升方案分析选择

第1阶段的整体提升，去掉了机库大门门头的下弦杆及下层腹杆，网架质量按1 200 t进行计算，考虑按以下3种方案进行理论计算[1-3]。

1）直接对未安装大门下弦杆件的结构进行整体提升。通过对17个提升点进行反力、网架变形及网架杆件应力计算，屋盖网架最大竖向变形为－890 mm，但由于门厅桁架部分跨度过大，塔架吊点处应力比超过0.95的杆件有742根，无法进行提升。

2）在大门桁架中间设置1个临时提升塔架，对未安装大门下弦杆件的结构进行整体提升。设置1个临时提升塔架，提升点最大反力出现在临时提升架上，为1 705 kN。屋盖最大竖向变形为－69 mm，此时，塔架吊点处应力比超过0.95的杆件有106根，需调换的杆件过多，且不利于同步提升。

3）在大门桁架中间设置2个临时提升塔架，对未安装大门下弦杆件的结构进行整体提升。设置2个临时提升塔架，提升点最大反力对称出现在2个临时提升架上，分别为821 kN和1 021 kN。屋盖最大竖向变形为－42 mm，应力比超过0.95的杆件有18根，通过换杆后，网架屋盖结构杆件最大应力比为0.94。第1次同步提升结构强度和刚度均满足要求。

综上对比各方案可知，第1次整体提升在机库大门桁架处设置2个临时提升架方案可行。

2.2 两阶段提升中间转换方法

1）第1次整体提升后安装大门下弦杆件。第1次提升就位后，对门桁架下弦杆进行安装。

2）卸载大门桁架两端及临时提升塔架，吊点转换。在转换阶段，提升点最大反力出现在提升点TSD9，为729 kN。地面支撑点最大反力为768 kN，屋盖最大竖向变形为－55.3 mm，屋盖原结构杆件最大应力比为0.91。转换阶段提升结构强度和刚度均满足要求。

3）第2次整体提升。第2次同步提升时，采用17个柱位吊点，提升力最大出现在提升点TSD2，为833 kN和964 kN。屋盖最大竖向变形为－141 mm，屋盖原结构杆件最大应力比为0.94。第2次同步提升结构强度和刚度均满足要求。

综上所述，采用两阶段提升中间转换、高空补空的方案可行。

3 两阶段整体提升施工步骤

1）网架地面拼装〔图3（a）〕：网架地面拼装整体上由中间向四周进行扩展，定位好下弦节点球后，下弦杆件散装安装，下层腹杆及中层节点球拼装为1球4杆单元体安装并散装中弦杆，上层采用4球12杆单元体安装。

2）提升架及中间提升塔架安装：网架拼装前，施工完中间塔架基础，混凝土柱浇筑前做好提升架在柱顶的预埋，通过3D模拟设计提升架和中间提升塔架并考虑其对补空杆件安装的影响，进行提升架及提升塔架的安装。

3）液压提升系统安装调试：计算机控制液压同步提升系统主要包含钢绞线及提升油缸集群、液压泵站、传感检测及计算机控制和远程监视系统等几个部分，各部分安装完成后进行系统调试。

4）第1阶段整体提升〔图3（b）〕：第1阶段提升前，做好结构及提升系统的全面检查及初始状态的数据采集。按照比例进行分级加载至结构全部离地。悬停检查不少于8 h后转入正式提升就位。

5）安装大门桁架下弦杆件〔图3（c）〕：由中间向两端同步安装大门下弦杆件，随安装随支撑。

6）卸载大门两端及临时提升塔架提升力：卸载后，将大门桁架坐落于地面支撑上，拆除2个提升塔架。

7）置换大门两端下吊点：拆除大门两端下吊点，将下吊点置换于大门桁架后补的下弦节点处。

8）第2阶段整体提升就位：内容同第四步。

9）高空补空：提升就位后，将网架与混凝土柱顶支座补空连接安装。

10）整体分级卸载〔图3（d）〕：执行10%、20%、40%、60%、80%、100%分级卸载，将网架施工受力状态转换为设计受力状态。

图3 两阶段整体提升实景

11）悬挑结构补装。

4 施工结果

在两阶段整体提升施工过程中，杆件最大应力比为0.62，最大挠度在大门桁架中间位置，为169 mm，满足设计要求，焊缝等级满足设计要求。经对该工程进行主体结构验收，各项检验批及分项工程均验收合格，观感质量良好。该项目为陕西省土木学会现场交流项目，并于2016年11月被评为中国钢结构金奖。

5 结语

目前整体提升技术施工工艺越来越多地在大跨度网架施工中被应用，但对两阶段或多阶段整体提升施工尚缺乏总结和进一步讨论，本文通过工况分析计算及实际应用，有力地说明了分阶段整体提升施工技术的可行性，对类似工程实践具有一定的指导意义。对于大跨度空间网架结构施工，我们认为：在满足设计位型的同时，还需尽可能地满足设计力型，这也是施工技术方案选择的必要条件。