大跨度网壳结构悬臂拼装施工技术

【摘要】河北旭阳焦化有限公司南煤场全封闭项目屋面为大跨度网壳结构，跨度大，結构高度高，生产和施工同时进行。工程采用了搭设临时支撑架，悬臂安装法，保证了拼装精度，节约了工期，降低了成本。对施工过程及临时支撑架进行了计算分析，对网壳变形进行周密的监测，确保了拼装质量和安全。

【关键词】大跨度网壳;悬臂拼装;模拟分析计算;变形监测

1、工程概况

河北旭阳焦化有限公司南煤场全封闭项目为大跨度网壳结构，建筑面积81260m2，北侧最大跨度230m，南侧最大跨度167.8m，长度408m，结构高度46.98m。网架支撑在钢筋混凝土柱上，采用下弦节点支撑形式，钢筋混凝土柱顶标高为+1.350m。

结构为柱面网壳，因场地原因采用非煤棚常用的三心柱面网壳，平面投影为直角梯形，局部带折角，沿纵向其中一侧切边。

网壳采用螺栓球节点，局部为焊接球节点，杆件材料为Q235B，螺栓球材料为45#钢，整个网壳共由10417个球节点和40898根杆件组成。

图1 网壳结构三维图

2、方案选择

2.1分条分块法：在地面拼装，安装有保证，但网壳整体为弧形，在拼装时弧度高度不易控制，且费用较高。

2.2顶升法：网壳在地面拼装，操作方便，安全风险小;施工效率高;但措施多，成本高，施工技术较复杂。

2.3提升法：网壳在地面拼装，操作方便，安全风险小;施工效率高;但措施多，成本高，施工技术较复杂。

2.4悬臂安装法：措施少，技术难度低，不影响网壳下部通行，成本低;但需要详细的计算依据，现场管理要求严格。

以上几种安装方法从施工、成本、质量、安全综合分析后，优选悬臂安装法。

3、施工难点及对策

3.1建筑高度高，跨度大，安装时容易产生变形。

对策：采用小单元安装并利用Midas有限元软件进行施工过程模拟分析，在易变形区域进行临时支撑，形成稳定体系后将支撑拆除。

3.2杆件和球数量多：总杆件共计40898件，10417个球;球最大直径700mm，杆最大直径为377mm，安装时容易混淆使用位置，导致安装出错。

对策：每根杆件上打钢印号，组装时、焊接后检查，喷涂油漆后核对钢印号，准确无误后用油性记号笔进行返号。

3.3施工场地复杂、狭小，甲方要求不能停产。

对策：将网架分成十八个独立单元，加工完成一个单元再进行下一个单元的加工。分批打包发运，避免现场杆件散乱，造成安装困难。

3.4施工过程监测是施工中的重点内容。

对策：施工中对网架结构的变形进行实时监测，及时与施工模拟数据进行核比对，如是异常及时采取措施，确保结构施工期安全，保证结构与原设计相符。

4、安装过程模拟分析计算

采用Midas GEN有限元软件对安装过程模拟分析，分阶段计算杆件的应力和平面内、外的稳定性，计算网壳安装阶段的结构变形。

施工过程模拟分析结构表明：采用悬臂法安装过程中网壳杆件的应力和稳定性满足要求，网壳的变形超过预设的限制条件，需要设置临时支撑。

1轴-23轴需要设置15个支撑点，24轴-47轴需要设置14个支撑点。

临时支撑架设置后再次进行各阶段的应力和变形复核计算，保证满足规范要求。

5、安装工艺

5.1施工段划分：以变形缝为界，划分为两个施工段，1-23轴为一施工段，24-47轴为另一施工段，从两端向中间安装。

5.2工艺流程：

5.2.1由山墙作为起步段开始安装，逐步向高度方向和侧向安装。同时洞口位置及山墙支座内侧设置钢管临时支撑。

5.2.2安装至15m和35m高度时分别设置一层缆风绳，每层缆风绳两侧各5道。安装山墙到设计高时，由两侧向中间呈阶梯形逐步安装。

5.2.3安装到施工模拟分析要求设置支撑架的位置，利用吊车安装支撑架，支撑架的四个立柱顶点分别支撑网壳角锥的四个节点，安装过程中定期测量网壳的挠度值。

5.2.4拼装到焊接球中柱位置时，分两段吊装;安装支撑架，安装网壳，拆除前面已完成网壳部分的支撑架，继续按此步骤安装网壳单元，直到网壳安装完成。

5.3网架安装的质量控制

5.3.1严格检查螺栓球、锥头、封板、螺栓、杆件等构配件的材质单、合格证、检测报告，保证原材料、构配件的质量。

5.3.2起步段安装精度直接影响网壳的安装质量，起步段安装允许偏差控制在允许偏差的一半。

5.3.3对每个球节点进行检查，保证螺栓拧紧到位，节点拧紧后套筒与螺栓球接触面不得有间隙。

5.3.4严格控制网壳拼装精度，节点中心偏移不大于2mm，弦杆长度和锥体高度大于±2mm，支座中心偏移L/3000，且不大于 30.0，超过偏差及时调整。

5.4变形（挠度）监测

挠度直接影响结构质量和安全，作为重点控制的内容，每一榀网格结构合龙后监测网壳的挠度，空载挠度控制在L/800之内。

根据计算在网壳挠度值最大的一排中心球上贴棱镜贴片，安装时贴好。每安装一跨用全站仪进行一次测量，如在设计值内，继续安装，如超出规定值，制定措施后再继续安装。

在悬臂安装过程中随时监测网壳挠度，尤其是在有临时支撑的部位，支撑卸载前后必须进行监测，随时掌控挠度变化，并保证在允许范围之内。整体卸载完毕后再进行挠度监测，掌控整体挠度数据。

结语：

河北旭阳焦化有限公司南煤场全封闭项目大跨度网壳结构悬臂施工方法的顺利实施，解决了大跨度、空间结构、边生产边施工的难题，取得了良好的经济效益和社会效益，为同类工程的施工提供了理论依据和宝贵的实践经验。

参考文献：

[1]中华人民共和国建设部.钢结构工程施工质量验收规范：GB50205-2001[S].北京：中国标准出版社，2001.

[2]中华人民共和国建设部.钢结构焊接规范：GB50661-2011[S].北京：中国标准出版社，2011.

[3]中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册[M].北京：中国计划出版社，2002.

[4]中华人民共和国建设部.大跨度储煤结构——设计与施工[M].罗尧治著.中国电力出版社2007.

作者简介：

刘乔利，河北建设集团股份有限公司，河北保定。