超高单层大跨度钢网架特殊施工技术研究

唐开永，曾志斌，杜向浩

（广州市第三建筑工程有限公司广州510050）

近年来随着我国经济快速发展，居民生活条件得到改善，对建筑使用的要求也随之提高，促进了建筑行业的发展。随着施工技术日趋完善，钢结构建筑的楼高日益提高、规模趋向庞大、跨度越来越广，传统钢筋混凝土结构已不能满足普通造型的需要，在这种背景下大跨度钢网架结构应运而生［1］。钢网架结构因其具有轻量化、抗震强、拆装方便和受力合理均匀等优点，在我国的空间建筑结构设计中得到广泛的应用［2］。且钢网架部件可工厂化生产，能在不增加工程预算的前提下保证结构的稳定性，其经济优势相当明显［3］。针对客户不同的需求，还能运用包括圆形、矩形等不同形状的结构［4，5］。但此种异形结构也给建筑施工带来了一定的困难和技术瓶颈，迫使施工企业在管理及施工技术上不断突破创新［6］。

超高层钢网架的施工一般要求有重型起重设备进行辅助［7］，对于项目立地条件不适宜甚至无法使用起重设备的情况，如网架下方布置有大量大型设备时，需要克服施工过程中因大跨度网架的挠度引起的结构稳定性不足的问题［8］，从而确保施工安全。

1 立项背景

广州市某热力电厂项目位于广州市增城区，项目占地总面积达13.3 万m2，总建筑面积53 158.25 m2。其中焚烧车间（12～24轴/B～U轴）钢网架整体施工面积约为4 722 m2，网架结构组成形式为正方形四角锥螺栓球节点结构形式，支承形式均为下弦支承及周边柱点支撑形式（见图1）。

钢网架下方大型设备布置情况复杂，体量大，需通过在大型设备钢框架结构上，布置临时支撑的方式代替大型起重机械整体吊装，该施工过程需要克服大跨度网架挠度对结构稳定性的影响，确保施工安全，此外在不采用大型起重机械的条件下，材料的运输也是工程施工的难点。

2 施工思路

⑴ 结合现场施工条件，在大型起重机械可以覆盖的范围采用整体吊装法安装起步区，在设备钢结构框架上搭设满堂脚手架进行高空散装，其余部位进行悬挑高空散装，其余位置设备钢结构框架梁上搭设矩形钢管作为骨架，满铺花纹钢板并设置网架临时支撑胎架，以已安装的网架为起步区进行悬挑安装。

⑵ 根据网架安装顺序和临时支撑的布置，对工况进行分析，设计临时支撑结构，并分析施工过程中网架挠度的变形和结构稳定性，保证施工安全。

⑶ 在设备框架结构上搭设满堂脚手架操作平台或者搭设矩形钢管骨架满铺花纹钢板，在满足网架施工需求的同时，也作为对下方火电设备的安全防护措施。

⑷ 根据桅杆式起重机的工作原理，利用卷扬机和类桁架结构的支架，设计一种可安装在已施工的网架结构上的组合小型起重设备，并在已架设好的火电设备的空隙，通过卷扬机让单个网架椎体缓慢提升至安装位置，在提升过程中施工人员通过缆风绳控制锥体的行进路线。

图1 项目侧视图Fig.1 Side View of the Project

3 施工流程

3.1 设备框架满堂脚手架平台搭设

3.1.1 脚手架平台设计

为充分利用空间大的功能，在脚手架顶面设置满铺钢网片，在网架安装过程中，下旋球临时支撑在脚手架上部，脚手架钢网片顶面清空，控制荷载不大于270 kg/m2。

从钢网架安装施工方案出发，局部工作面采用扣件式满堂钢管脚手架作为操作平台，为预留网架安装空间，根据网架下弦高度要求，把网架搭设成层状结构，脚手架分层搭设，顶面钢网满铺，脚手架中间设置剪刀撑和水平撑。

脚手架钢管规格选择φ48×3.2，Q235A，立杆间距0.5 m×0.5 m，水平杆之间距离为0.9 m，满堂脚手架周边和中间、由支撑面至操作顶面连续设置剪刀撑，剪刀撑与地面倾角大于45°小于60°为宜，中间剪刀撑每隔4 排设置，间距不超过6 m，水平剪刀撑按每4步设置一道，立杆底部设扫地杆。

3.1.2 支撑机电设备框架承载力验算

搭设前对机电设备框架基础进行现场实测，确定脚手架的落地杆位置，对竖向立杆下部没有钢梁的位置采用架设200×100×8 的矩形钢管作为脚手架立杆的基础。

机电设备上部搭设临时支架作为网架的起步平台，机电设备顶部标高为45 m，主要由H750×250×10×16型钢组成，采用在该钢梁上部搭设临时支架作为网架的起步措施，需对设备框架进行结构复核。

脚手架自重为40 kg/m³，4.7 m 高脚手架作为恒荷载（0工况）1.9 kN/m2输入。

脚手架上面堆载及施工人员一起控制在200 kg/m2内，该部分按活荷载（工况1）2 kN/m2输入。经验算，该设备钢梁完全可以承受上部脚手架及网架的荷载。

3.1.3 脚手架平台连接节点设计

为了增加脚手架操作平台的整体稳定性，在脚手架4 个角部采用φ140 钢管与相邻桁架结构连接，如图2所示。

图2 脚手架立面布置Fig.2 Elevation of Scaffold

3.2 临时支撑设计

钢网架采用整体吊装起步架和高空散装组合的施工方法，考虑到安装过程中网架的内力重分布是一个连续不断的过程，将会导致整体结构稳定性的降低，支座安装到位前可能会引起较大的挠度变形，影响施工质量。需要额外加设临时支撑作为支点，保证网架安装过程中的稳定性以及克服挠度变形。

3.2.1 起步架临时支撑

⑴ 起步架临时支撑结构设计

起步架的临时支撑胎架采用单排框架的形式，立柱采用φ219×10 圆管，连系梁及斜撑均采用10 号槽钢，支撑横梁则采用32号槽钢。

⑵ 起步架临时支撑结构复核

网架起步区重量为17 t，及自重170 kN，按7 个支撑点计算，每个分配的支撑点为170/7=24.286 kN，在加上散装过程中，网架的累加力取15 kN，即PZ=25 kN+15 kN=40 kN。

通过建模计算分析并在施工前按照规范进行检验，表明结构能够满足承载力计算要求，应力比最大值为0.10。

经验算，起步架临时支撑可以承受起步网架及散装过程中的施工荷载。

3.2.2 网架下弦球临时支撑

本工程采用下弦球临时支撑门架作为临时支撑点，下弦球临时支撑主要是采用32号槽钢焊接成门式架，并固定在机电设备框架或钢结构桁架梁上，对网架进行临时支撑。根据初步计算，最不利荷载情况出现在起步架安装阶段设置的网架下弦球临时支撑节点。网架起步区重量为17 t，及自重170 kN，按7 个支撑点计算，每个分配的支撑点为170/7=24.286 kN，再加上散装过程中，网架的累加力取15 kN，即PZ=25 kN+15 kN=40 kN。验算荷载如下：Px=0 kN，Py=0 kN，Pz=-40.0 kN，Mx=0 kN·m，My=0 kN·m，Mz=0 kN·m。

经验算，临时爬杆高空散装完全能满足网架吊装中的施工荷载。

3.3 网架施工

焚烧车间网架（12-24 轴/B-U 轴）网架跨度46.1 m、长度约为95 m。采用在机电原有设备框架上端搭临时操作设平台+在渣坑南侧进行起步架拼装（安全网铺设）+利用现场250 t履带吊将起步架整体吊装+组合小型起重设备高空悬挑散装。网架挠度的克服采用在火电设备框架或钢结构桁架梁上搭设支点，用来临时支撑网架。作业流程为：原有设备框架铺设矩形钢管作为脚手架支点→搭设局部满堂脚手架→材料分类安装准备→搭设网架临时支点→高空散装。

现场网架跨度比较大，大吨位的吊车无法满足吊装要求，采取组合小型起重设备高空悬挑散装。即在网架上方安装一个状如鸟喙的类桁架结构支架，在支架中布置一台卷扬机，具体位置要根据现场设备的安装情况，找相应较开阔的地方设置，在网架安装位置固定，在已安装好的设备空隙，让网架锥体单元缓慢上升到安装位置，并用揽风绳控制网架锥体的行进路线，不与已安装好的设备发生碰撞（见图3）。

起步网架吊点采用6×37 双股麻芯钢丝绳，其中所选用钢丝绳的工程直径为28 mm，吊装时，钢丝绳与钢网架的夹角应不小于60°，卡环采用8 t卡环。

本施工方法主要在机电设备上部搭设临时支架作为网架的起步平台，机电设备顶部标高为45 m，采用在该钢梁上部搭设临时支架作为网架的起步措施，起步网架安装完成后，利用在设备钢梁上部临时搭建的满堂脚手架作为施工平台进行高空散装。

图3 临时支撑搭设示意图Fig.3 Erection Diagram of Temporary Support Flame

焚烧车间网架2 号炉网架安装，本区域采用在1 号炉网架安装完毕的基础上，以此区域网架作为起点+临时爬杆高空散装施工安装。网架挠度的克服采用在机电原有设备上搭设支点，由于顶部钢梁部分间距较大，我方先在钢梁与钢梁之间采用200×100×8 的矩形钢管作为花纹钢板的骨架，骨架间距3 m，再在矩形管上部铺设3 m×6 m×3 mm 厚花纹钢板用来临时支撑网架。

网架起步区重量为17 t，及自重170 kN，按7个支撑点计算，每个分配的支撑点为170 kN/7=24.286 kN，加上散装过程中，网架的累加力取15 kN，即PZ=25 kN+15 kN=40 kN。验算荷载如下：Px=0.0 kN，Py=0.0 kN，Pz=-40.0 kN，Mx=0 kN·m，My=0 kN·m，Mz=0 kN·m。

根据建模计算分析检验结果表明，设计的该结构能够满足承载力计算要求，设计验算结果如表1所示。

3.4 安全防护及安全通道

网架施工过程的安全防护措施及安全通道，网架施工人员佩戴好安全带后，由地面已安装好的格构柱上安装的上下爬梯攀爬至桁架顶部（上下通道布置安全绳），攀爬过程中佩戴好安全带，安全带与已安装完毕的制锁器固定好，攀爬至桁架顶部后，再由桁架上部的安全通道行至网架施工区域；锅炉本体上端施工时，施工人员从锅炉自身楼梯上攀爬到锅炉顶部再通过脚手架本身的斜梯上脚手架平台。施工人员在网架上方移动时，佩戴的安全带悬挂于网架上部拉设的生命线上。

表1 设计验算Tab.1 Design Checking

4 讨论

通过利用设备钢结构框架作为临时操作平台及临时支撑胎架的基础框架，并在操作平台上满铺脚手板或在设备框架上方满铺花纹钢板的方式，有效地解决了网架安装施工场地受限和火电设备成品保护的问题［9］。利用设备框架和钢结构桁架梁作为受力基础设计临时支撑，能有效控制网架安装过程中的稳定性和挠度变形，保证施工安全和施工质量，与前人的研究结果相印证［10］。通过设计组合小型起重设备，解决不能使用大型起重机械情况下的垂直运输问题［11］。该技术的应用能有效地适应大型焚烧发电厂屋盖网架的安装施工，施工安全得到保障，降低了施工难度，保证了网架的网架节点、杆件的位置准确性，确保挠度值不超出允许范围。