三角锥焊接球网架楼面拼装与整体提升技术

赵建华，李 东，何 旭，孔 辉

（中建科工集团有限公司 深圳 518054）

1 工程概况

大跨度钢结构整体提升技术是指将构件和节点在地面或适当的位置组装成整体，然后采用多台提升机械将结构整体提升至设计位置的安装工艺。目前，整体提升机械多采用由计算机控制的液压提升器［1］。液压同步提升技术广泛应用于大跨度网格结构、大跨度桥式连廊钢结构的安装，已成功应用于广州新机场飞机维修库［2］、武汉保利文化广场空中连廊等工程施工中［3］。

深圳机场卫星厅项目为一个机场卫星厅公共交通建筑，项目工程总建筑面积23.5万m2，建筑高度27.65 m，卫星厅南北长516.5 m，东西长561.5 m，主体结构采用钢筋混凝土钢框结构，主楼、指廊屋顶为大跨度钢桁架+钢网架结构，主楼最大跨度为105.0 m，指廊跨度为35.0 m。

深圳机场卫星厅中央指廊左段及右段的钢屋盖内部为焊接球网架结构，主要由三角锥双层网架和天窗单层网架组成。网架跨度约80.0 m，网架截面高度为3.0～5.5 m，网架节点采用热压成型焊接空心球。此部分采用提升方式进行安装施工，屋盖网架结构提升区分成A2-1区和A3-1区，两区结构呈左右对称分布。

以A2-1区为例，架屋盖结构投影面积6 413 m²，中心最大安装高度为+27.5 m，横向跨度约104.5 m，纵向跨度约193.6 m，网架中心上下弦最大高差约5 242 mm。

网架结构为三角锥焊接球网架单元，上设置檩托檩条，下弦上部设置马道结构。网架杆件均为圆管，材质均为Q345B，最大截面为φ400 mm×20 mm，共16种规格，合计3 990根；焊接球为加肋焊接球，材质均为Q345B，最大直径为700 mm，壁厚为25 mm，共6种规格，合计1 359个。

单区网架提升总重约593 t，网架弦杆、腹杆重量约401 t，下部马道重量约40 t，焊接球约重116 t。焊接球网架结构如图1所示。

图1 焊接球网架结构示意图Fig.1 Schematic Diagram of Welded Spherical Grid Structural

2 安装概述

整体提升法在大跨度钢结构工程中应用比较广泛，其施工技术已经很成熟，有利于控制施工过程中的安全；整体提升法能够大幅度减少施工过程中的临时措施用量，在控制施工成本方面具有很大的优势；液压提升设备自重和体积都比较小，承载能力比较强，在狭小的空间特别适用［4］。

本工程中央指廊网架结构在其投影面正下方的3层楼板面上先拼装形成整体，同时根据计算要求合理布设提升胎架，利用提升胎架设置提升平台（上吊点），在上吊点对应位置的屋盖网架焊接球上安装提升临时吊具（下吊点），上下吊点间通过专用底锚和专用钢绞线连接。利用液压同步提升系统将钢结构提升单元整体提升至设计安装位置，然后安装网架与周边桁架之间的嵌补杆件，形成整体，完成屋盖网架提升，最后拆除临时提升措施。

因A2-1区与A3-1区的结构相同，以A2-1区为例阐述提升的思路，如图2所示，A2-1区将屋盖根据结构特点及楼板轮廓分为5个拼装单元，其中区域A2-1a在3层楼板（+8.650 m）拼装，区域A2-1b、区域A2-1c、区域A2-1d、区域A2-1e在5层楼板（+17.750 m）支设胎架，进行原位拼装。

图2 提升分区示意Fig.2 Lifting Zone Diagram

A2-1a拼装区通过“累积提升”的方法实现整体提升就位；A2-1a区在3层楼板（+8.650 m）提升至设计标高后，嵌补提升区与四周倒三角桁架间的杆件，使A2-1区形成整体，完成提升施工。最后先进行提升区卸载，再进行吊装区卸载。提升分区示意如图2所示，A2-1区提升工况示意如图3所示。

图3 提升工况示意Fig.3 Lifting Condition Schematic（mm）

3 网架提升施工流程

屋盖钢结构提升具体提升工艺流程如图4所示。

图4 提升流程Fig.4 Lifting Process

4 网架深化与杆件置换

网架整体提升过程中，同步控制要求高，如果各个提升点不同步，网架易发生变形，还会由于变形的差异引起水平力偏移，甚至导致失稳，因此在提升过程中对各提升点的动作同步、高度偏差等控制要求均较高。所以，本工程需先通过施工模拟计算分析，获得网架提升过程中各工况下各提升点提升反力，再计算出安全范围内的不同步工况下提升反力［5］。

被提升结构在施工过程中的正式提升阶段其力学性能和设计阶段的受力状态不完全相同，结构的一部分杆件在此阶段中可能会发生内力增幅很大甚至变号、应力比超限等对结构安全不利的状况，为了防止被提升结构在整体提升施工过程中发生杆件挠度过大、杆件应力过大甚至结构失稳、杆件破坏等危险情况，进而影响结构的后续使用要求，因此需要对结构的提升过程进行验算，以确保结构各杆件在提升施工过程中不会发生破坏，对于那些超出了强度与刚度设计值的杆件，必须对这部分杆件进行替换，再重新开始验算［6］。

通过BIM技术对网架整体建模以后［7］，依据施工过程模拟计算网架提升流程，采用有限元软件MIDAS对网架整体稳定等受力性能进行校核，如图5～图7所示［8］。

图5 提升点反应表Fig.5 Reaction Table of Lifting Point（k N）

图6 提升工况变形Fig.6 Lifting Condition Deformation

图7 施工全过程应力比（存在89根杆件需置换）Fig.7 Stress Ratio of the Whole Construction Process

提升工况分析中，网架的杆件应力比控制在0.85以内。根据《空间网格计结构计算规程：JGJ 7—2010》［9］，受拉杆件长细比小于300（支座附近小于250），受压杆件长细比小于180。不满足上述条件的杆件需要进行置换。根据计算结果可知，位于网架提升点附近共有89根杆件需进行置换加强。

5 网架拼装

5.1 网架拼装措施

网架设计标高27.500 m，网架在拼装过程中考虑到焊接操作，拼装最低点高度取离楼板面600 mm，8.650 m楼板拼装最高点8.146 m，累计提升10.557 m，达到设计标高。

屋盖网架拼装施工时，采用圆管用于支撑网架焊接球下部。每个拼装区域内，最短支撑措施高度定为0.6 m，其余焊接球根据该焊接球相对坐标进行计算其绝对坐标，并布置措施。焊接球就位复测后，吊装各连接杆件。圆管支撑示意如图8、图9所示。

图8 圆管支撑示意图Fig.8 Schematic Diagram of Tube Support（mm）

图9 现场拼装Fig.9 Assemble on Site

5.2 网架拼装顺序

施工顺序主要分3步：①安装下弦球，连接下弦杆；②按照1个上弦球连接2根腹杆的方法先进行拼装；③吊装拼装完成的上弦球，与放线的点初步就位对中，临时固定第三根腹杆校正，校正完成后进行焊接，如图10所示。

图10 安装顺序Fig.10 Installation Sequence

然后按此方法依次安装，待多个网架单元拼接完成后，重复上述流程将网架单元拼接为整体。在网架拼接时，为确保下弦杆不发生位移，应遵循下弦杆、上线球、腹杆、上弦杆的焊接顺序，降低焊接应力对下弦杆的影响［10］。

6 屋盖网架提升设备及措施

6.1 关键技术和设备

⑴超大型构件液压同步提升施工技术；

⑵TLJ-2000型液压提升器5组，额定提升能力为200 t，如图11所示；

图11 TLJ-2000型液压同步提升器Fig.11 TLJ-2000 Type Hydraulic Synchronous Hoist

⑶TL-HPS-60型液压泵源系统，额定功率为60kW（见图12）；

图12 TL-HPS-60型液压泵源系统Fig.12 TL-HPS-60 Hydraulic Pump Source System

⑷TLC-1.3型计算机同步控制及传感检测系统。

6.2 提升器选型

A2-1区一共布置5个门式提升点。提升点平面布置如图13所示。

图13 门式提升点平面布置Fig.13 Gate Lifting Point Layout

根据结构受力情况配置提升设备，主要配置TLJ-2000型液压提升器，TLJ-2000型液压提升器额定提升能力为200 t，最多可配置12根钢绞线，钢绞线规格为1×7-17.8 mm，根据《重型结构和设备整体提升技术规范：GB 51162—2016》规定，提升器安全系数为1.25，钢绞线安全系数为2.0。设备配置需满足上述要求。

6.3 提升技术措施设计

A2-1区5个提升点采用门式提升架如图14所示，门式提升架顶部设置顶部提升梁如图15以及顶部提升吊具如图16所示。整体安装后如图17所示。

图14 门式提升胎架详图Fig.14 Detail View of Door Lift Tire Frame（mm）

图15 门式提升架顶部提升梁Fig.15 Top Lifting Beam of Gantry Hoist Frame（mm）

图16 提升吊具Fig.16 Ascension Sling（mm）

图17 整体实物Fig.17 The Whole Object

7 结语

该机场项目焊接球网架已经全部提升到位，工期和质量均很好的满足了工程要求，为后续屋面、机电等单位施工顺利开展提供了强有力的保障。

本施工方法广泛适用于空间网架结构，尤其适用于大跨度结构且现场场地复杂条件下的网架安装。针对复杂曲面网架造型，结构跨度大，现场场地狭小（吊机行走困难）等条件，此方法采用楼面拼装，避免了对施工场地的占用同时极大的减少了高空作业量，保证了施工质量和工期要求，同时整体提升技术，避免了大量临时措施和大型吊机的使用，降低工程成本。

本工程的成功实践，可为其他类似结构的施工提供借鉴。