大跨度钢结构网壳对称分块高空拼装施工技术

田朋飞 （安徽富煌钢构股份有限公司，安徽 合肥 238076）

0 引言

近年来，伴随着国民经济的快速发展，诸如展览馆、机场、体育场馆、会展中心等各类大型公共建筑的建设需求不断提高。大跨度网架结构因其造型美观多样、结构轻质高强、装配化程度高等优点备受青睐。从目前已建成类似结构的项目工程经验来看，主要形成了以高空散装法、分条（分块）安装法、操作块滑移法、结构累计滑移法及整体顶升法为主的几大类施工方法，选择合适的施工工艺对于工程的质量、施工工期、成本控制以及安全性都有着积极的影响。

1 工程概况

湖南省岳阳市城陵矶老港环保提质改造项目，是全国内河港口环保提质改造的标志性工程，是目前亚洲最长、最高、面积最大的网架结构港口散货料仓，为长江流域首例。主体工程条形封闭煤场为巨型“胶囊”形仓库，采用三心圆柱面网架，两侧为半球形网架结构，长470m，宽110m，高46.5m，面积约5.1万m²，网架结构为正放四角锥、螺栓球与焊接球节点相结合，局部为焊接球节点，整体项目如图1所示。

图1 项目全貌

本工程施工场地网架安装不能影响场地原有机械的正常生产，针对工程跨度大、高度高以及施工作业空间受限等施工条件，在保证网架高空安全的前提下，采用对称分块拼装结合高空散装的施工方法，开展多个工作面施工，加快网架高空安装的施工进度。

2 整体施工流程

2.1 施工区域划分

主体结构网架中间共设置三条伸缩缝，分区之间各自形成独立的稳定受力单元，如图2所示，以3个支座为网架安装单元形成起步基准跨，以从稳定受力单元中间向两侧逐次安装为原则，通过布设关键位移控制点与采取空间位置调整措施，全过程控制网架安装单元起步基准跨和高空悬挑散装的安装成型精度，确保分块对称高空扩散安装的结构与结构设计分析模型受力一致，保障安装质量与安全。

图2 网架起步安装示意图

2.2 安装总体思路

整体工程采用对称分块拼装结合高空散装的施工方法，起步基准跨采用原位旋转高空顶拼施工方法，施工拼装过程中采用了加设增强抗弯刚度保形索原位单元拼装工艺，起步基准跨网架结构成形后，向两侧扩展高空安装采用高空悬挑散装的施工方法。

3 关键技术与施工工艺

原位旋转高空顶拼施工中，端部可旋转支座的构造设计、保形索布设、拼装精度控制工艺流程是重点研究对象，高空悬挑散装施工中，结构成形精度控制是重点研究对象，数值模拟分析、空间定位测量、三维激光扫描是关键技术手段，关键技术与施工工艺阐述如下。

3.1 端部可旋转支座的构造设计

起步基准跨共3个支座球，如图3所示，先将支座板施工完成，支座螺栓球与支座加劲板等处在分离状态，采用Ø 20圆钢2弯曲焊接在支座体底板上，Ø 20圆钢2包围球两侧的螺杆并与其留有5mm左右间隙，将3个支座球能够在支座节点板形成的凹槽内同时自由转动，并采用10t手拉葫芦1将支座螺栓球加强固定在挡土墙上，避免起步基准跨原位旋转过程脱槽。对Ø20圆钢、加劲板等进行承载力与稳定验算。

图3 端部可旋转支座的构造设计

3.2 原位旋转高空顶拼施工方法

起步基准跨为2个柱距，宽度为16m，分三块在地面拼装，拼装完成后吊装并在空中对接合拢形成闭合网架，现场网架拼装机械布置2台50吨汽车吊，4台200吨吊车，1台350吨吊车，其他辅助2台25吨吊车，不同安装时间按需进场。

如图4所示，A、C块网架用各两台50吨吊车逐步抬升拼装，在拼装到10球时设置二组保形索，保形索位置：A块下弦跨度方向从2球～10球，纵向在1排和5排，在拼装到13球时再设置二组保形索，保形索位置：A块下弦跨度方向从2球～13球，拼装过程中50吨汽车吊吊点布设在A块跨度方向上弦的6排，纵向的2、4球。

图4 地面原位旋转拼装示意图

A块、C块地面拼装完成后水平放置，A、C块间距离约6m，确保互不干涉。在A、C块地面拼装的同时，B块也进行地面拼装，为避免吊车高空对接中大臂相碰，B块地面拼装位置较远，准备高空对接时，需将B块移位一次。如图5所示，三块安装单元拼装完成后开始进行合拢准备，A块和C块分别采用2台200t汽车吊原位旋转起吊，B块采用1台350t汽车吊起吊，起吊至既定位置进行高空合拢，网架局部合拢杆件采用高空散装方式补齐。

图5 原位旋转高空顶拼合拢施工示意图

图6 起步基本跨施工完成

图7 高空散装网架施工图

3.3 网架成形过程测量方法

起步基准跨安装单元原位旋转高空顶拼施工全过程进行数值模拟分析与测量技术，特别是原位旋转地面逐段拼装过程中，对保形索的布设进行受力分析，确定了合理的布设位置与预应力值，针对网架结构安装过程的杆件应力与球体空间坐标进行模拟与测量值对比，超出偏差允许值及时采取有效措施纠偏，确保结构成形精度。

在安装过程中，每隔2个网格采用全站仪测量二次，所以安装成形后的网架单元的累计误差能满足规范要求。根据实际需要布设施工控制网，在被检测的网架结构下布设一条基线，对于大跨度网架结构，可布设由多个点组成的一级导线控制网，基线上的基准点施测水准高程，精度不低于三等，以此就保证挠度检测时检测点坐标和高程的统一，根据规范要求，挠度监测点设置在跨中和跨度四等分点处，和起步网架A块与B块对接点处、B块与C块对接点处，共计5处监测点。考虑到螺栓球的球径大小不一致等问题，螺栓球的高程观测值应换算至螺栓球的球心，由螺栓球高程观测值计算出螺栓球球心沉降量，由此计算网架结构轴线的挠度。

3.4 高空悬挑散装施工方法

高空悬挑散装法指的是A、B两侧起步网架合拢形成稳固单元之后，用50t吊车将已经预先组装好的小三角锥单元体吊装到安装高度（地面施工人员4人一组预先拼装小锥单元体，拼装位置应尽可能靠近设计投影位置），吊车缓缓转向安装点位，再由高空安装人员控制杆件向相应的球节点慢慢靠拢，落位后完成空中对接。

本工程分为直线段筒壳和两端的半球形网架，除了起步基准段网架以外，其他部分均采用高空悬挑散装法安装。直线段筒壳的安装顺序从起步网架弧度往两边先装下弦三角锥，到头后再接着安装上弦三角锥，依次循环下去。半球形网架的安装方式与直线段筒壳网架散装基本一致。不同点在于顺序是从半球形下部向上部、由球形一侧向另一侧安装，按此法逐步安装直到形成封闭结构。

在高空散装过程中，安装人员应做到“随装随查”，对安装构件的规格、相邻网架的尺寸以及螺栓是否紧固到位等要素做好复核和记录。同时，地面控制人员对网架的支座轴线、支承面标高、屋脊线，檐口线的位置标高等实时跟踪观测，如发现误差应及时指挥人员纠偏。以此做到“双保险”达到精准施工的目的。

3.5 关键安全措施

本项目工程涉及人员高空安装和多吊车协同工作，同时现场环境相对复杂，需制定严格的安全管理措施。要做好日常的现场安全巡查，有完善的安全报告制度和健全的安全培训体系，并做好重大危险源的分析和应对措施。对称分块拼装结合高空悬挑散装的施工办法，同时具有高处坠落、机械伤害以及物体打击等危险源要素，需在施工安全管理体系的基础上，制定切实有效的安全生产管理措施，达到零重大事故、零违章等安全管理目标。

以高空散装法的吊车施工为例，吊机的吊钩起升、速度须一致，这是确保吊装同步的基本措施，同时应严格遵守以下作业规程：专人指挥吊车吊装；选取有效的指挥信息系统，确保同步起升或下降；吊车起吊及提升过程中均应以慢档、匀速升钩；每次吊装前均应经试吊，检查、调整无误后方可正式开始吊装提升。在吊装作业中，要加派安全管理人员和专职安全工程师进行全程跟踪控制，确保现场人员不进入危险区域，检查安全保护设备的配备情况，从源头上消除人的不安全行为和物的不安全状态，时刻保证现场的施工安全处于有效控制状态。

4 结语

针对大跨度网壳结构施工过程中所面临的施工工艺问题，我司结合已有项目成功经验，针对本项目现场复杂的施工环境，选取了原位旋转高空顶拼施工方法、加设增强抗弯刚度保形索原位单元拼装工艺、高空悬挑散装法等关键施工工艺，科学合理地保证了整个工程的施工进度，满足了施工质量、安全要求。对于类似场地环境复杂工程的实施具有借鉴意义。