制丝车间大跨度网架结构顶升施工技术

刘乔利

摘 要：本文对制丝车间大跨度网架结构顶升施工的原理、工艺、同步控制进行了阐述。根据确定的顶升点位置，采用MIDAS GEN8.36有限元软件对顶升过程中杆件的应力和变形进行验算、分析，施工模拟计算表明顶升点位置选择合理，结构满足顶升施工要求，从而验证施工方案的可行性，保证网架安装过程的安全与质量，促进施工技术的进一步发展和提高。

关键词：大跨度网架结构；有限元分析；施工技术；同步控制

1 工程概况及特点

河北白沙烟草有限责任公司保定卷烟厂易地搬迁项目联合工房，制丝车间屋面承重结构采用正放四角锥双层平板网架，螺栓球、焊接球混装；支撑为多点混凝土柱支撑，支座采用橡胶板式支座。

制丝间平面尺寸为208.9×72米，投影面积15040.8m2，基本网格尺寸3×3m，下弦标高12.500m，长度方向设两道伸缩缝。混凝土支撑柱截面尺寸为900×600，柱距6米。

根据现场情况及特点，通过多方案比较，最终采用整体顶升方法，该方法把大量的拼装工作放到地面上完成，大大降低了高空作业带来的安全隐患，地面作业为缩短工期创造了有利条件，同时方便对施工质量的检查、控制，该方法被越来越多的应用到建筑施工上。

2 施工方案

2.1 顶升区域划分

制丝车间网架长度208.9m，跨度72m，设有两道变形缝，按照结构变形缝分为3个顶升区，每个顶升区长度分别为64.775m、69.9m、71.875m。

2.2 总体安装方案

2.2.1 地面整体拼装

经检查合格后的网架零部件，按照图纸的要求在地面的砌体支墩上进行拼装，拼装时留每个顶升块的最外圈一个角锥暂不拼装。混凝土中间柱部位的网架拼装时，暂不拼装上弦杆和腹杆，使混凝土中间柱位于网架的一个网格中。

2.2.2 整体顶升

网架拼装完成并检查合格后顶升，从开始顶升到最后就位，可分为三个过程，即初始顶升、正常顶升和最终就位。其中循环最多的是正常顶升，每完成一个顶升循环，网架就升高一个项升标准节高度。

2.2.3 封边与就位

网架顶升至高出就位标高0.3m时停止顶升，安装支座，使网架支座球中心偏差符合规范要求。调整网架的平面位置，满足要求后安装边缘的杆件和螺栓球，进行封边操作。利用顶升系统使网架下降到支座位置，对支座焊接固定。

2.3 顶升原理

（1）顶升系统把网架向上顶升一个行程，安装一个标准节顶升架，顶升系统的油缸收缩，网架支承于顶升架上，油缸继续收缩，使顶升系统的下端向上收缩，在顶升架上插入两道横梁，使顶升系统下端支承于横梁上，顶升系统继续向上把网架顶升一个行程，如此往复，顶升系统每完成一个顶升作业就安装一个标准节的顶升架。

顶升施工是由顶升系统和顶升架交替承担网架的重量，共同实现网架结构的垂直向上移动的过程。

（2）顶升设备。顶升设备主要有液压油缸、顶升架、同步控制系统和稳定支撑四个部分组成。每个顶升区域采用22个顶升架，顶升架受力验算采用同济大学开发的3D3S结构计算软件，验算时顶升架高度根据本工程实际情况，按最高20米进行计算。构件材质为Q235。经验算，项升架强度、整体稳定性均满足要求。

2.4 顶升工艺流程

顶升方案设计→施工准备（测量、顶升系统检查、计算校核）→顶升设备安装→试顶升→网架正式顶升（监测）→网架就位固定→检查验收

2.5 同步控制

同步控制是保证顶升施工安全和质量的关键。

同步控制措施：22个顶升系统分别安装有位移传感器，顶升时传感器将位移数据实时传给控制程序，程序根据收到的信息分析比较，然后控制各顶升系统的动作，使22个顶升系统的数值差控制在设定的范围内。

根据规范要求，各顶升点的允许高差应符合下列规定：“不得大于相邻两个顶升支撑结构间距的1/1000，且不得大于15mm。”

结合本工程各顶升点的间距，计算得出本工程各顶升点的允许高差值为8mm。

控制同步的方式是将8mm设定为各顶升点最大高低差值。启动泵站后，各顶升系统的高度差只要在8mm以内，顶升系统持续工作，一旦误差值大于8mm，高于8mm的顶升系统停止工作，待误差值小于8mm时，该顶升系统再次进行工作。

2.6 卸载

封边及封柱头工作完成后，将千斤顶在电脑控制下同步下降使网架落至支座上，检查支座平面位置是否与设计位置一致。确认无误后，将支座与预埋件焊接固定，然后进行卸载。

本工程采用同步卸载，即22个千斤顶在电脑控制下同步降落，每次降落8mm，第一个8mm降落完成后，观察网架及顶升设备是否发生异常现象。若有异常现象必须立即停止降落，找出原因及应对措施。直至所有的顶升点的千斤顶与被顶升球脱离，完成卸载工作。

待卸载完成网架达到稳定后，需对安装完成的网架进行检查验收，

3 结构施工过程有限元分析

3.1 顶升点选择

根据施工经验初步选择顶升点，采用MIDAS GEN8.36有限元软件对初步选取的顶升点进行验算，以验算结果为参考调整顶升点的位置，选择网架应力和变形较小的位置作为最终的顶升位置。

经计算3个网架顶升段分别采用22个顶升点进行顶升，最大顶升点反力为280kN。

3.2 顶升施工计算

根据已确定的顶升点位置，采用MIDAS GEN8.36有限元软件对顶升施工中杆件的应力和变形进行验算。恒载仅考虑网架自重和檩条自重，考虑部分风荷载，顶升点按铰接设置约束，根据《空间网格结构技术规程》，顶升动力系数取1.1。经模拟计算，各顶升段顶升点反力、变形、应力均满足要求。

4 結束语

制丝车间目前已完成屋面的施工，根据前期对施工过程进行的模拟计算，验证了施工方案的可行性并保证了结构安装过程中的安全与质量；同时校验了临时支架承载能力，为今后同类工程的施工提供了宝贵的理论依据和实践经验。

参考文献：

[1] GB 50205—2001.钢结构工程施工质量验收规范[S].

[2] GB 50661—2011.钢结构焊接规范[S].

[3] 中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册[M].北京：中国计划出版社，2002.

[4] JGJ 7—2010空间网格结构技术规程[S].