某垃圾焚烧发电项目大跨度屋面网架施工技术探析

唐旭，董有顺，童林浪 （长江精工钢结构（集团）股份有限公司，安徽 六安 237161）

0 引言

某垃圾焚烧发电项目垃圾间屋面网架项目位于郑州市中牟县郑庵镇郑油磨村，本项目中垃圾间长100m，宽35m，结构总高度42.7m，垃圾间下部为钢筋混凝土框架结构，上部为钢网架结构，两侧分别为卸料间和焚烧间。

图1 垃圾间结构轴测图及位置

垃圾间钢结构主要为单层钢网架屋面，具有跨度大、建筑高度高等特点，网架坡度3%，一端结构标高为42.7m，另一端为41.5m，

网架结构平面尺寸为100.0m×35.0m，网架一端厚度为2.5m，另一端厚度为1.4m，网架采用正放四角锥网架，节点均采用焊接空心球节点,上弦支承。支座形式为固定球支座。

图2 垃圾间网架轴测图

1 垃圾间钢屋盖施工技术

1.1 垃圾间钢网架安装方案选择

由于垃圾间南北两侧分别为卸料间和焚烧间且混凝土框架结构已施工完毕。

①若利用大型机械站在东西两端进行网架分块吊装，中间部位分块网架至少需要500t履带吊方可施工，吊装机械较大不经济。

②若采用网架累积滑移，需要额外安装滑移梁及滑移轨道，滑移梁及滑移轨道安装困难且安装工期较长。

③若采用高空散拼，高空安装作业多，焊接量大，安全和工期不能保证。

针对现场安装任务重、工期紧的特点，为了经济高效地完成垃圾间的网架安装任务，本施工技术结合焊接球网架及项目特点，首先在本项目的2台20t的双梁桥式桁车上搭设临时固定的支撑架以及用于网架同步卸载的沙箱，然后将屋面网架依次进行地面分块拼装，分块网架地面拼装完成后，接着采用吊机将拼装完成的分块网架吊装至桁车上的支撑架上并且临时固定，然后利用固定在另一端配备有电机同步控制系统装置的卷扬机进行牵引，直至网架分块滑移到设计位置，最后利用支撑架上沙箱进行卸载落位固定。

该施工技术主要优点如下。

①施工效率高，安装方便

网架采用地面分块拼装，然后利用吊机吊装至桁车梁上提前安装完成的支撑架上，利用固定在另一端部配备有电机同步控制系统装置的卷扬机牵引着桁车梁进行滑移，网架滑移至设计位置时利用沙箱进行卸载落位固定，整个流程方便快捷，操作简单，并且网架采用地面分块拼装，拼装效率高。

②施工质量和安全有保证

本施工技术网架采用地面分块拼装，拼装难度低，定位准确，质量有保障；相对高空散拼法，本施工技术高空作业量显著减少，安全有保障。

③经济性显著

本施工技术相较于网架累计滑移法施工，不需要额外安装滑移梁以及滑移轨道，施工技术中使用的支撑架、沙箱均为常用物资材料制作，采购和现场加工均较为方便快捷，故本施工技术施工措施费少，经济性较为显著。

施工技术适用范围：本施工技术可应用于拥有大吨位桁车厂房屋面钢网架或者门刚结构的安装，尤其在厂房两侧长度方向上大型吊装机械无法站位时，本施工技术优势明显。

垃圾间钢网架施工总体思路：

①屋面网架在地面进行分块拼装，用一台16t汽车吊进行配合，同时在地面进行行车上支撑架焊接拼装；

②支撑架拼装完成后利用吊车将支撑架吊装至垃圾间行车梁上并固定，行车使用卷扬机进行牵引，卷扬机固定于另一端的混凝土结构上，行车的两端绑扎上直径φ5钢丝绳，另一端连接卷扬机；

③牵引设备、支撑架安装及分块网架准备完成后，开始使用吊机将分块网架吊装至行车上的支撑架上。

④分块网架在支撑架固定牢固后，使用卷扬机对行车进行牵引，将网架滑移至设计指定位置，并落位至支座上。

⑤按照上述步骤分别对随后分块网架进行安装施工。

1.2 施工前的准备

1.2.1 支撑架准备

①支撑架设计

根据网架单元最重分块以及垃圾池上方双桥式行车梁规格尺寸，提前设计行车梁上的支撑架，支撑架立杆采用口200×4的方钢，腹杆采用口80×5的方钢，上部横杆采用HN250×125×6×9的工字钢。

图3 支撑架轴测图

根据网架支撑点的反力，将相应反力施加到支撑架上，进行支撑架的承载力验算，三种不利工况如下。

正常使用状态：1.0D+1.0L。

图4 三种工况荷载的施加

图5 支撑架挠度验算(最大挠度为6.089mm)

图6 应力比≤1.0,强度满足要求

承载力极限状态：1.3D+1.5L。

②支撑架和行车梁的固定

支撑架和行车梁的固定：支撑架立柱用两块900×300×25钢板配合φ25的螺杆用螺母拧紧，立柱下部和钢板进行焊接固定，角钢也利用φ25的螺杆用螺母拧紧，然后钢板和角钢进行焊接。

图7 立柱和行车梁固定示意

图8 现场支撑架安装

1.2.2 网架整个吊装过程需进行仿真模拟分析

为了确保屋面网架吊装过程质量以及安全，吊装前需采用有限元分析软件（如：midas gen）对整个施工过程进行有限元施工阶段过程模拟分析，确保分块网架在吊装、滑移过程中网架的挠度以及杆件的承载力均在规范范围内。

图9 网架分块吊装计算模型

1.2.3 网架拼装场地准备及支撑面复核

网架拼装场地用碎石铺垫，并且夯实平整。

网架支座下的预埋件和螺栓尺寸、大小以及位置需根据土建的有关记录进行复测，确保预埋件和螺栓的相关设计参数准确。

1.3 屋面网架利用桁车分块滑移施工

结合本项目垃圾间网架及项目特点，具体安装流程如下表。

1.4 分块网架施工仿真模拟分析

由于拼装、滑移过程中结构受力与设计状态时有所差别。一方面，边界支撑条件和结构受力体系可能不同；另一方面整个结构体系是个逐步建立的过程，存在结构转换，部分杆件受力特性可能发生改变，因此需要对施工过程中的若干关键工况进行施工阶段过程仿真模拟分析计算，对可能发生的不利因素进行提前预警。主要分析的内容：分块网架吊装分析；分块网架滑移分析；支撑架承载力验算；分块网架施工模拟计算分析采用midasGen2019有限元分析软件进行计算分析。

屋面网架安装流程表

图10 分块网架示意

图11 分块滑移方向示意

施工过程中需要计算分析的内容包括：

①吊装过程分块网架的承载力以及变形；

②滑移过程分块网架的承载力以及变形；

③落入支座过程中分块网架的承载力以及变形。

边界条件：约束支撑点的水平及竖向位移。

荷载工况：恒荷载D、结构自重由软件自动生成，考虑1.35倍的自重系数。

荷载组合：COMB，1.35D（承载能力）；BZZH，1.0D（使用状态）。

1.4.1 分块网架吊装验算分析

图12 分块网架起吊最大位移及最大应力比

通过对垃圾间十二片分块网架吊装进行分析，可以看出：结构位移值最大的为第十二块网架起吊过程，其最大位移为10.674mm，挠跨比10.674/10950=1/1026＜1/125；结构最大应力比为第八块网架起吊过程，最大应力比均不超过0.81，计算结果表明十二块网架的起吊过程中，网架均能满足现场施工安装强度和刚度的要求。

1.4.2 分块网架上支撑架验算分析

图13 分块网架上支撑架最大位移及最大应力比

通过对垃圾间十二片分块网架上支撑架进行分析，可以看出：结构位移值最大的为第一块网架起吊过程，其最大位移为2.560mm，挠跨比2.560/10950=1/4277＜1/125；结构最大应力比为第六块网架起吊过程，最大应力比均不超过0.65，计算结果表明十一块网架的上支撑架滑移过程中，网架均能满足现场施工安装强度和刚度的要求。

1.4.3 分块网架卸载落入支座验算分析

通过对垃圾间十二片分块网架上支撑架进行分析，可以看出：结构位移值最大的为第一块网架落入支座时，其最大位移为30.395mm，挠跨比30.395/35750=1/1176.18＜1/125；结构最大应力比为第三、四块网架落入支座过程中，最大应力比均不超过0.59，计算结果表明十二块网架落入支座过程中，网架均能满足现场施工安装强度和刚度的要求。

1.4.4 总结

由此可见网架在整个分块吊装，上支撑架滑移以及卸载落入支座的过程中结构的强度和刚度均满足施工要求。

1.5 屋面网架利用桁车进行分块网架滑移安装监测技术

本工程网架结构高度高，跨度较大，分块网架地面拼装完成后在网架球节点上粘贴反射贴片，采用全站仪通过对施工过程网架结构的重点和关键部位的竖向位移和水平位移进行监测，与该部位实际位置设计值及有限元软件模拟值进行比较，及时发现偏差，并采取相应措施进行调整，确保结构施工过程的安全、可靠。变形监测频率：分块网架试吊装时监测并记录，分块网架落入支撑架时监测并记录，分块网架落入支座时监测并记录。整个屋面网架结构施工完成后，进行屋面施工过程中，在结构上部增加荷载后监测记录每次变化值。

1.6 屋面网架利用桁车进行分块网架滑移注意事项

①为了确保屋面网架吊装过程质量以及安全，吊装前需采用有限元分析软件（如：midas gen）对整个施工过程进行有限元施工阶段过程模拟分析，确保分块网架在吊装、滑移过程中网架的挠度以及杆件的承载力均在规范范围内。

②网架分块吊装至支撑架上后，网架悬停30分钟左右，确定网架分块没有异样变形后，吊机再松开吊钩，开始进行滑移。

③网架分块在支撑架上固定完毕后开始进行滑移，网架滑移过程中速度不宜太快，保证滑移速度不超过0.5m/min。

2 结语

本工程垃圾池钢屋盖网架跨度为35.75m，网架支座标高为41.50m，两端分别为卸料间和焚烧间且混凝土框架结构及设备已经大部分作业完成，这样造成了大型机械无法站在两侧进行分块吊装，若采用累积滑移施工需要增加额外的轨道梁等构件，本工程垃圾间网架结构施工能够顺利实施，得益于巧妙地利用垃圾间内的桁车梁，在桁车梁上搭设支撑架，以支撑架作为分块网架滑移的载体，从而实现分块网架安装到位。本文从现场施工条件、结构形式、施工安全、经济、工期等方面对施工方案进行了详细的编制，为以后类似的工程的施工方案提供借鉴和参考。