重型钢桁架悬空挂载条件下网架整体提升施工技术

张 围，曹 巍，梁思龙，刘 彪

(中国建筑第八工程局有限公司华南分公司，广东 广州 510663)

0 引言

近年来我国支线机场建设正向地级市普及，网架结构既能满足大空间功能需求，极大提升空间利用率，同时控制建筑物高度在合理范围内，而网架提升与钢桁架拼装一直是机场项目施工中的冲突和矛盾点，解决矛盾点是整个机场高效率建造、高质量移交和高水平履约的关键。

1 工程概况

韶关机场航站楼结构2层，屋面网架分高低屋面3片(高屋面居中设置)，高屋面面积为7 560m2，结构最大跨度为36.0m，自身高度3.0m，网架自重289.5t，提升高度19.2m。高低屋面过渡处设计重型钢桁架与钢柱相连，钢桁架长50.1m，高4.85m，2个钢桁架重126t(见图1)。

图1 屋面网架结构

网架与钢桁架施工存在先后互相制约的矛盾，若优先提升网架，则钢桁架拼装操作空间不足，若优先拼装钢桁架，则网架提升受阻，因此处理好二者间的矛盾关系，确保屋面网架施工关键节点高质量、高效率、高水平落地，是机场施工重点。经过团队研究，提出网架提升新思路，综合提升验算、网架分片、分段挂载桁架、多次悬空拼装的施工方式，总结出网架挂载重型钢桁架多次悬空拼装整体提升施工技术。

2 工艺原理

将高低屋面交界处的2个大型钢桁架梁临时挂在网架下，与网架同步提升，通过研究网架挂载重型桁架整体提升时的受力形式和特点，合理加大网架部分焊接球及杆件规格，以满足提升中的承载力需求。通过多次提升悬空拼装，降低措施费用、缩短工期。

3 工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程

钢桁架悬空挂载网架整体提升施工工艺流程如图2所示。

3.2 操作要点

3.2.1网架分块

根据钢框架的情况及高跨网架结构特点，按照网架正投影下楼面不同标高，将网架划分为不同拼装区域。1区网架在首层地面拼装，2区部分在2层楼面拼装，外侧悬挑部分为高空小单元拼装，可缩短提升时间(见图3)。

图3 网架分块示意

高跨网架悬挑部分划分为7块地面拼装单元，拼装完成后用55t履带式起重机进行吊装，每个拼装单元下设置4个临时支撑架，支撑架高度6.37m，如图4所示。拼装单元间的后补杆件采用25t汽车式起重机吊装。不拆除吊装单元的临界支撑架，每次吊装完成后，可拆除中间的支撑架，循环使用。

图4 高跨网架悬挑拼装及临时支撑

3.2.2提升平台及吊点设计

根据各提升阶段提升点荷载值，取提升点最大荷载值验算提升平台受力，确定提升平台用料规格，如表1所示。

表1 提升设备配置

根据提升点布置位置、结构特点及荷载计算结果，将提升点荷载归成6类：①第1类 ④×Ⓕ轴与×Ⓕ轴提升点荷载相同；②第2类 ⑥×Ⓕ轴与⑨×Ⓕ轴提升点荷载相同；③第3类 ⑥×轴、⑨×轴、⑥×轴、⑨×轴提升点荷载相同；④第4类×轴荷载与其他位置均不相同；⑤第5类 ④×轴与×轴提升点荷载相同；⑥第6类 ④×轴位置设置临时支撑架，需单独考虑。综上所述，根据6类荷载的提升点，设置6种规格尺寸的提升平台，如图5所示。

图5 提升平台布置

对不同型号的提升平台进行结构设计，采用有限元仿真分析验算承载力及变形。以提升平台4为例，托梁规格为B300×300×14，分配梁规格为B300×200×14，前立柱规格为P180×12，后立柱、连系杆规格为P140×4，所有临时措施材质均为Q345B。提升平台各杆件间均采用焊接连接，焊缝采用熔透焊缝，焊缝等级为二级，加劲板采用双面角焊缝连接，焊脚尺寸10mm。提升平台4适用于吊点D108，如图6，7所示。

图6 提升平台

图7 提升平台三维示意

相应设置3种类型下吊点，以吊点1为例，由临时加固杆和临时管组成。临时加固杆一端焊接在屋盖结构焊接球上，另一端焊接在临时管上。下吊点加固杆和临时管间均采用焊接连接，焊缝均采用熔透焊缝，焊缝等级二级。加固杆规格为P180×8，P159×6，材料均为Q345B，下吊点1适用于吊点D101～D104，D106，D108，D209，D212，如图8所示。

图8 下吊点示意

3.2.3多次提升悬空拼装及挂载

钢结构提升单元在投影面正下方的地面上拼装为整体，划定钢桁架分段及后装杆件，避免影响提升工作，如图9所示。

图9 竖向桁架分段

在地面拼装高跨1区(2区可同时拼装)提升单元，利用钢柱、格构支架设置提升平台，在提升单元与上吊点对应位置安装提升下吊点临时管和临时吊具，安装液压提升系统，如图10所示。

图10 网架地面拼装示意

调试液压提升系统且确认无异后进行试提，静置12h确认正常后正式提升，将提升单元整体提高5.65m后，暂停提升，在高跨1区网架下方安装竖向桁架，如图11所示。

图11 网架第1次提升示意

将提升单元整体提升至6.500m标高后暂停提升，和高跨2区网架拼装成整体提升单元，如图12所示。

图12 网架第2次提升示意

将提升单元再整体提高5m后，暂停提升，在高跨2区网架下方安装竖向桁架，如图13所示。

图13 网架第3次提升示意

将网架整体提升至设计安装位置，竖向桁架对接完成后，卸载竖向桁架，补装网架部分后装杆件，如图14所示。

图14 网架第4次提升

图15 网架卸载示意

3.2.4提升工况计算

被提升结构及支承结构采用MIDAS/Gen进行仿真计算与分析，节点采用ANSYS进行仿真计算与分析。根据方案制定的流程，对每次提升情况进行建模计算：①第1步 首先对地面拼装范围内第1次网架提升进行布点和仿真计算分析，节点主要分布于轴线相交的钢柱附近，如图16a所示；②第2步 对地面拼装范围内第2次网架提升进行布点和仿真计算分析，节点分布与第1次相同，如图16b所示；③第3步 第2次网架提升后，达到楼面高度的网架和原本在楼面拼装的网架进行整体拼装后再提升，对整体网架提升进行布点和仿真计算分析，节点主要分布于轴线相交的钢柱附近，如图16c所示。软件建模如图17所示。

图16 提升点方案布置

图17 软件建模示意

建立3种工况计算模型，得到位移和应力分布图。由位移和应力分布可知，结构在提升过程中，最大应力比为0.80，满足规范要求。结构悬挑最大变形为76mm，提升点最小间距约31 650mm，变形为跨度的1/416，满足规范1/250的要求，验证网架局部构件加强方案满足提升需求。

4 实施效果

将网架分块，对各垂直投影区域的不同标高楼面进行地面拼装，从最低标高处分块网架开始提升，逐步完成后与各分块网架合龙完成整体提升。避免搭设大量支撑脚手架及高处胎架。

验算网架自身承载力，合理增加相关构件规格，将网架内侧的重型钢桁架梁分段，随同区分块网架同时提升，高处合龙。避免钢桁架梁后期高空散拼，解决两者先后安装的矛盾，加快施工速度，大幅降低成本。

钢桁架与网架同步在地面拼装，先拼装下弦杆与竖直腹杆，该处网架提升至钢桁架拼装高度后，将拼装的下弦杆与竖直腹杆水平滑移至挂载位进行安装。

5 结语

当建筑为网架屋顶，且网架正投影下存在不同标高楼面时，可利用不同标高楼面拼装网架，从低到高、多次提升、高处合龙。

当建筑为网架屋顶，且建筑结构有较大构件，与网架施工顺序冲突时，在充分验算网架提升承载力，合理增加构件规格的情况下，可利用网架挂载构件同步提升。

该技术相比搭设满堂支撑架进行网架一次拼装，可在保证施工质量和安全的前提下，降低措施成本、缩短工期；相比传统先后施工，避免受限空间高处吊装的安全风险，提高施工速度。综合而言，该技术在施工进度、质量、安全方面，均可获得较大效益。