简析屋盖网架工程施工方案——整体顶升技术

江庆滨

0 引言

网架结构是以多根杆件按照一定规律组合而成的网格状高次超静定结构。这种结构在第二次世界大战之前就在欧洲出现，而真正大规模应用则是在战后。当时，网架结构以其工厂制作、现场安装、施工方便、节约劳力等优点在不少场合取代了钢筋混凝土结构。首先网架能起空间作用，其刚度和整体性优于一般平面结构，且具有优异的抗震特性；其次，网架结构制作安装比较方便，可进行定型化工业化的施工。

在我国，第一个网架结构是1964 年用于上海师范学院球类馆的屋盖上，这个以角钢焊成31.5m×40.5m 大小的网架，掀起了中国空间结构发展史上新的一页。经过二十多年的发展，网架结构已遍布全国各地，成为屋盖结构的一种主要形式。

由于网架结构的施工比一般平面结构复杂，因此它在拼装成整体之前还不能起空间作用，所以网架在大跨度体育馆逐渐推广之后，在施工中曾采用了多样的安装技术方法，并创造了一系列具有中国特色的安装技术。如上海体育馆就地拼装、整体起吊、高空移位安装方法，20 世纪70 年代出现了分条制作，高空滑移拼装，就地拼装、整体提升等安装方法。这些方法的改进与创新，对进一步在大、中跨度屋盖上推广应用网架起到了有力的推动作用。20 世纪80 年代，唐山经受地震灾害重建时，考虑到网架有优于一般平面结构的抗震性能。在唐山齿轮厂联合厂房、唐山机车车辆厂、客车总装车间等工程中都采用了上万平方米的网架结构。进入20 世纪90 年代，工业厂房中大面积的网架结构更是屡见不鲜，其规模也迅速增大。

随着我国的发展和技术的进步，我国在大跨度网架安装施工中采用了多种安装方法，并创造了一些具有世界先进水平的安装技术，网架安装技术大致可分为整体吊装法、整体提升法、整体顶升法、高空滑移法、高空散装法，分块安装法等几种。在当代网架安装工程中，整体顶升法较其他技术方法就综合性能方面而言，是最具创新性、实用性、经济性、安全快捷的方法之一，并得到了广泛应用和推广，且取得了较好的社会效益和经济效益，现以新疆准东五彩湾北二电厂1 号2 号机组主厂房配套工程-汽车卸煤沟屋盖网架安装工程为案例，简析网架整体顶升技术在实际工程中的成功应用，为以后类似相关工程施工及安装方法创新提供宝贵的经验和借鉴意义。

1 工程概况

图1 汽车卸煤沟平面布置示意图

2 方案概述

本屋盖平板网架工程跨度大且场地平整、宽阔，采用整体顶升方法较其他施工方法更经济实用，网架、檩托安装等绝大部分工作都可以在地面完成，可以更好地保证工程安全和质量。

总体安装思路：该工程结构形式为螺栓球节点平板网架，结构变厚度找坡，安装采用地面拼装整体顶升施工方案。网架地面拼装时，与柱相碰位置杆件暂不拼装，然后将顶升设备按照方案指定位置安装到位，顶升点设置在网架上弦节点。先试顶升，经对地基变形及网架变形情况检测无误后，再整体顶升，直至顶升至设计高度。然后将未拼装杆件进行安装（称之为封边、封柱头），安装紧固后卸载。

3 施工技术参数及工况分析

3.1 技术参数

顶升架为格构式支撑架，截面立柱轴线尺寸1m×1m，设计承重量72t/组；顶升液压油缸顶升速度0.77m/15min，行程770mm/次，承载能力50t，自锁压力80t，工作时配位移传感器；采用电脑控制（设定一个最大高低差值）确保顶升同步；采用25t 汽车吊，即可满足施工要求。

3.2 工况分析

（1）反力验算：本工程共设置28 个顶升点，利用MST 进行分析验算，反力图如图2 所示。

图2 顶升点反力图（单位kN）

（2）顶升点对应千斤顶型号（50t）及负载率，满足顶升要求。

4 顶升前准备工作

（1）顶升设备基础：600mm 厚级配碎石夯实平整，地基承载力应≥120kPa，上面铺设2000mm×2000mm×20mm 厚钢板，将顶升架放置在钢板上，并与钢板连接，可用顶升架底部的调节螺栓微调，使顶升架保持垂直。

（2）地锚制备：地锚为在一个宽0.8m、深1.5m 的坑内埋置并缠绕缆风绳（其两端露出地面采用花篮螺丝连接）的φ114×6mm 的钢管，并用素土填埋夯实整平。

（3）关键设备：主控电脑、液压站、电箱、液压油缸（千斤顶）、顶升架。

“ 哪儿有什么绑架。”教授低着头说道，“那个叫杰克的男孩儿现在很好，就住在我后来租的公寓里，和我们的学校只有一街之隔。”

5 整体顶升施工方法

5.1 工艺流程

网架拼装支撑点安装→网架地面拼装→顶升架安装→试顶升→正式顶升→补装杆件→卸载。

首先试顶升（宜早晨进行），启动泵站使千斤顶同步上升100mm，停止顶升放置12h，根据各点沉降情况，及时调整支撑点标高，使顶升点处在设计的高差上，保证顶升架安全，检查网架无弯曲。然后同步顶升100mm，测量各顶升点是否同步上升。再次检查高压油管、数据线是否正常，确认一切正常后方可进入正式顶升。

5.2 具体施工步骤

（1）根据顶升点距地基高度，安装顶升架及顶升油缸，顶点调整到适宜高度，启动泵站使千斤顶活塞同步上升100mm，检查网架和顶升架的变形情况。

（2）静置一定时间，检查无异常后，将网架顶升至一定高度，先安装方钢斜撑，然后再顶升至设计高度，顶升过程中随高度的增加，在顶升架四个边角上设置缆风绳（共8 道），每道缆风绳上设置一个5t 倒链，以防止大风及顶升基础沉降造成网架水平位移，与地面的地锚可靠连接。

（3）将未装杆件补齐，网架安装完成。

（4）同步卸载千斤顶，每10mm 为一行程，每卸载一行程，检查网架的变形情况，无异常方可将千斤顶按照行程脱离支撑球体，然后利用吊车将顶升架拆除。

5.3 顶升卸载程序

轴线调整到位，卸载过程需观察主构件的位置及其它状况，确保安全的前提下，同步卸载。

针对不同结构和支承情况，确定合理的卸载顺序和正确的卸载措施，确保网架安全落位至关重要。网架卸载过程在卸载过程中，逐渐过渡到设计状态，其网架结构会发生较大的内力重分布。因此，网架卸载工作必须是网架缓慢协同空间受力的过程。本工程顶升点的设计挠度基本一致，采用同步卸载方法。即28 个千斤顶同步降落，每次同步降落10mm，观察网架及顶升设备是否有异常现象。如一切正常再进行第二个10mm 的降落。直至千斤顶与被顶升球节点脱离。在卸载过程中，必须严格控制循环卸载时的每一级高程控制精度，设置测量控制点，监测卸载全过程，并与计算结果对照，实行信息化施工管理。为此，要遵循以下原则：变形协调、卸载均衡；由中间向两端，中心对称分级卸载；分区分阶段按比例下降。

6 顶升检测与控制措施

6.1 检测内容及要求

（1）重点监测内容：顶升架连接；地基、架体的沉降、垂直度情况；施工过程有无超载；顶升架、网架杆件变形情况。

（2）过程检查内容要求：①检查网架下弦节点是否在其投影线上，如偏差大于20mm，需调整后再顶升；②检查油缸底部的高度，保证其基本在同一水平位置，正负偏差不得超过20mm；③检查液压顶升是否有超载情况，如有超载必须停止顶升，查明原因并解决问题后方可顶升；④检查地基变形情况，如果变形过大需停止顶升，查明原因并解决问题后方可顶升；⑤检查网架杆件变形情况，如出现杆件弯曲，必须采取加固或更换措施后，方能继续顶升。

6.2 主要控制措施

顶升架缆风绳固定：设置缆风绳Φ24 钢丝绳，缆风绳最终水平角度约为30°～60°，在网架顶升过程中缆风绳始终处于张紧状态，同时还要保持顶升支撑架四个方向与地锚缆风绳的平衡。

网架缆风绳设置：为防止网架在顶升过程中受风力影响，确保网架在顶升过程中的稳定性，应在网架长、短向各设置3道缆风绳。缆风绳一端固定在网架下弦球节点上，另一端通过倒链固定在砼柱脚位置。缆风绳始终处于绷紧状态，并在网架顶升过程中缓慢释放。为防止网架在顶升过程中摆动过大，顶升前应在网架四周设置四个监测控制点，并将四个控制点投影到地面上，每个监测点分别布置一台经纬仪，在经纬仪视线范围内的网架相应位置设置标尺（线锤或铅垂仪），顶升过程通过经纬仪（铅垂仪）观测标尺（线锤）的水平移动距离，发现水平位移，即刻通知指挥人员停止顶升，通过钢丝绳与手拉葫芦将网架调整至原投影位置，使网架恢复垂直状态后，方可继续顶升。水平移动距离的最大限值为顶升高度的0.4%。

7 计算书及验算

7.1 顶升架基础地基承载力验算

已知条件：内力标准值：Fk=273kN；顶升架重量60kN，地基承载力特征值fak=120kp（碎石垫层地基承载力以第三方检测数据为准，为了计算方便此处以120KP 进行计算）；顶升架底部垫2000mm×2000mm 钢板；

验算持力层基底承载力为：

满足《建筑地基基础设计规范》公式要求。其公式为：

7.2 网架顶升架计算

顶升架经MST 仿真验算分析，顶升点最大反力Rz=273KN，顶升架设计承载能力720KN。本工程顶升架承载能力满足要求。

7.3 网架顶升点验算

网架顶升前应对网架进行验算，验算尽可能采用原始设计程序，计算时仅考虑网架自重和风荷载。检验是否出现超应力杆件及顶升过程中的挠度是否在规范允许范围内。否则，应调整顶升位置、超应力杆件截面或增加顶升点，直至满足要求为止。本工程共用28 组顶升支架进行顶升，采用MST 软件进行验算，验算无超应力杆件，满足要求。

7.4 网架缆风绳计算

按照9 级风计算缆风绳的反力，反力的合力为519.2kN，缆风绳共设置24 根，网架的每个边各设置6 根，按照6 根缆风绳同时受力来抵抗风荷载，缆风绳的安全系数选用3.5 倍，选择6×37 系列钢丝绳，钢丝绳的换算系数为0.82，则所需钢丝绳的破断拉力为

根据钢丝绳的力学性能表，选择公称抗拉强度为1 700MPa，直径为26mm 的钢丝绳，实际破断拉力为426.5kN＞369.4kN，满足要求。

8 结语

网架整体顶升技术在本工程施工中得到了成功应用，实现了零安全事故、提质保量、降低施工成本、文明施工的预期目标，并得到了业主、监理的一致好评，取得较大的经济效益和社会效益。整体顶升技术属于新兴的施工技术，与传统的施工技术相比，安装更精确，工程质量更好，安全更有保证，施工效率更高，具有很高的推广价值。