大跨度张弦预应力钢结构网壳整体提升施工技术

□文/张俊铎 邓应平 陈立军 张永坡 王岩

大跨度张弦预应力钢结构网壳整体提升施工技术

□文/张俊铎 邓应平 陈立军 张永坡 王岩

文章详细介绍了钢结构整体二步提升的施工技术。该技术解决了现有网架施工周期长，施工现场场地极其狭小，不具备用超大吨位吊车安装的条件，同时避免第2次提升吊挂层后，高空施工作业问题。通过在天津市中心城区轨道交通综合控制中心工程的实际应用，很好的验证了该方法的可行性，为后续类似条件工程提供了借鉴经验。

钢结构；二步提升；大跨度；张弦预应力；网壳

1　工程概况

天津市中心城区轨道交通综合控制中心工程地下1层、地上5层，主体屋面顶标高25.2 m，中间大跨弦支钢网架结构部分顶标高33.6 m。屋面网架上部采用正放四角锥焊接球节点弦支网架，下部安装高钒索和吊挂层。

钢网架东西跨度99 m，南北跨度52.9 m，高度约3.0 m，投影面积约5 000 m2，质量520 t，网架支座高度21 m。焊接球节点，弦杆采用φ102 mm×4.5 mm、φ133 mm×5 mm、φ180 mm×8.0 mm、φ377 mm×25 mm、φ219 mm×10 mm圆管，焊接球分别采用D300 mm×8 mm、D350 mm×10 mm、D400 mm×12 mm、D450 mm×12 mm、D600 mm×18 mm、D650 mm×20 mm等截面的空心球。焊接球总数量为1 159个，杆件共计4 593根。下部吊挂层及高钒锁质量约为100 t，高钒索共计12根，南北向设置4条，东西向设置8条，抗拉强度1 670 MPa。

因现场场地狭小，网架四周有混凝土结构，不具备用超大吨位吊车安装的条件，所以在楼面进行钢网架的拼装焊接，利用计算机控制液压整体提升工艺进行钢网架的提升，高空进行张拉施工。

2　施工技术特点

1）弦支网架的施工工序的确定。有限元软件计算，模拟仿真施工过程，确定施工顺序。

2）在2层和3层之间楼面呈月牙形的中空部位搭设脚手架，脚手架搭设完成后可与4楼楼面形成一个整体，再进行钢网架球节点X、Y坐标的放样，钢网架的拼装焊接。

3）根据有限元软件分析，在3层楼面设置12个提升支架，安装24个提升油缸，作为提升上吊点，网架提升单元下弦球做为下吊点，通过提升支架上安装液压提升器进行提升，见图1。

图1　提升架立面

4）利用液压同步提升系统和整体计算机控制将网架提升单元分二步进行提升，第一步提升1.5 m，安装吊挂层和12道高钒索，第二步整体提升到位。

5）提升到位后，依次安装焊接后补杆，让提升屋盖与周圈混凝土柱形成整体结构，再分批分级进行预应力张拉。

6）张拉后，液压提升系统各吊点同步分级卸压，使网架自重转移至其自身支座。

3　提升工艺

3.1流程

中空部位脚手架搭设→网架楼面拼装→焊接→焊缝检测→提升支架的安装→第一步整体提升1.5 m→吊挂层及高钒索构件安装→第二步整体提升到设计标高→后补杆件安装焊接就位→预应力施加→整体同步分级卸荷→网架整体就位。

3.2网架的提升架布置

通过有限元软件计算和仿真，钢网架提升支架设置12个，均匀分散坐落在3层结构楼板上（框架梁位置），为确保支座稳定，提升支架与其支座采用焊接，其支座与楼面下部有框架部位采用16条膨胀螺栓连接，见图2。

图2　提升架平面布置

3.3网架地面拼装

网架结构的拼装主要在现场提升单元正下方的3层楼面上进行，全部采用散拼焊接。首先设置网架安装可调节支架，其次网格下弦构件支撑胎架定位，然后将一个上弦球以及与之相连的腹杆组装焊接形成正方四角锥，将四角锥以此连接形成一排，排形成面向四周扩散，直至网架全部拼装完毕。

3.4焊缝检测

钢网架地面拼装完成后进行整体安装焊接和几何尺寸检测，焊缝等级为一、二级两种，为保证焊接质量，对所有焊缝进行100%超声波探并形成记录，将不合格的焊缝重新返修，确保焊缝达到100%合格，待焊缝检测完成并维修合格后，进行现场提升支架的安装。

3.5网架提升

1）钢网架楼面拼装完成后，第一次整体提升前，先进行网架预提升，提升高度为200 mm，保证网架各个部位都离开楼面，提升后网架保持静止荷载24 h，以观察网架受力及变形情况。

2）持荷24 h后，网架无明显变形后，则进行网架第一步正式提升，提升至距楼面1.5 m处停止提升进行吊挂层及高钒索构件的安装。

3）吊挂层及高钒索安装完成，进行网架的第二步整体提升，提升高度距3层楼面13.5 m处停止提升，安装焊接后补杆件与周圈混凝土连接成整体。

4）网架后补杆件安装焊接后，进行网架拉索的预应力张拉施工。

3.6预应力张拉

1）根据设计提供的拉索预应力值，进行施工仿真计算，张拉力最大为2 400 t左右，采用2个1 500 t千斤顶、油泵及张拉工装等设备。

2）预应力钢索张拉采用双控，以索力控制为主、变形控制为辅。

3）张拉分2级，每次同步对称张拉2根拉索，先张拉横向拉索，再张拉纵向拉索。

4）第2级张拉时，油泵启动供油正常后，开始加压，当压力达到钢索设计拉力时，超张拉5%，然后停止加压，完成预应力钢索张拉。张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5 min。

5）采用油压传感器监测钢索拉力的索力值，采用全站仪监测钢网壳变形值，保证施工完成后的索力、网壳变形值与设计单位所要求相吻合。

6）位移变形值监控预警值为理论变形的±10%且不超过±5 mm，索力监控预警值为理论值的±5%。

3.7卸荷

拉索最后一次张拉达到恒荷载设计值，液压提升系统各吊点同步分级卸压，使网架自重转移至其自身支座；再进行网架的卸载，拆掉所有临时提升支架，网架安装完成。

3.8检测

检测基准点为首层地面±0.000，相当于大沽高程5.2 m，共布置26个检测点，检测点布设于网架球体底部中心位置，共测量两次。测量结果：经观测值和设计值比对，恒荷载下挠值最大为-48 mm，最小为-6 mm，符合设计和规范要求。

4　提升原理及控制系统

4.1提升原理

超大型构件液压同步提升原理见图3。

图3　提升原理

4.2液压设备

液压提升承重设备主要采用穿芯式YS-SJ型液压提升器，YS-PP-11型液压泵源系统为液压提升器提供动力并通过就地控制器对多台或单台液压提升器进行控制和调整，执行液压同步提升计算机控制系统的指令并反馈数据。

4.3YS-CS-01型计算机同步控制及传感检测系统

液压同步提升施工技术采用传感监测和计算机集中控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。计算机同步控制及传感检测系统人机操作界面见图4。

图4　液压同步提升计算机控制系统人机界面

5　提升过程中的稳定性控制

5.1网架自身稳定性控制

采用液压提升整体同步提升网架结构，与用卷扬机或吊机吊装不同，可通过调节系统压力和流量，严格控制起动的加速度和制动加速度，使其接近于零以至于可以忽略不计，保证提升过程中网架结构和临时支撑结构的稳定性。

5.2网架自身稳定力的控制

通过对整体提升过程各种工况的网架结构进行分析，对提升安装过程中的结构变形、应力状态进行预先调整控制。

5.3液压提升力的控制

通过预先分析计算得到的网架结构整体提升过程中各吊点提升反力数值，在液压同步提升系统中，依据计算数据对每台液压提升器的最大提升力进行相应设定。

5.4空中停留的稳定性控制

由于本工程网架的提升工艺为分块累积提升，为保证网架结构在暂停提升时的稳定性，主要从以下几个方面考虑。

1）液压提升器自身独有的机械和液压自锁装置，保证了网架单元在整体提升过程中能够长时间的在空中停留。

2）网架单元提升离地之前，应在其立柱附近，将水平限位所需的钢丝绳、卸扣和导链等预先挂好，方便随时使用。

5.5提升过程同步控制措施

在正式提升之前液压提升系统设备进行充分的调试，液压同步提升通过计算机控制各提升点同步，电脑控制界面实时显示有各吊点的最大高差数据，以确保其在整个提升过程中能够将同步精度控制在预先设定的安全范围之内。

6　结语

弦支网架钢结构施工经方案优化，原来的“满堂红脚手架高空散拼”调整为现在的“计算机控制整体提升，高空分级张拉”的施工方法，从而降低了措施费的投入，减少施工风险，节省资金过百万元，经济效益显著，施工完成后，经实际测量均符合设计及规范的要求。

□邓应平、陈立军、张永坡、王岩/天津三建建筑工程有限公司。

TU391

C

1008-3197（2016）03-01-03

2016-04-26

张俊铎/男，高级工程师，天津三建建筑工程有限公司，从事工程技术管理工作。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.03.001