收费站钢网架结构雨棚分块整体吊装技术

刘强斌

网架结构雨棚由钢杆件通过节点进行连接，形成空间刚度大、整体性好、组建简单的建构模式。钢网架结构平面布置灵活，能适应不同跨度、不同平面形状、不同功能需要的建筑物，焊接工艺以及安装施工质量可控，适应了建筑工业化的客观要求。通过查找文献发现，很多学者对网架结构受力及设计进行了深入阐述，但缺少对网架结构雨棚分块整体吊装的研究。

本文以深圳市排榜收费站网架结构雨棚施工为背景，通过对网架结构拼装、分块整体吊装的工艺改进，计算验证了整体吊装的可行性，为网架结构雨棚分块整体吊装在施工中的推广及应用提供参考。

1 工程概况

深圳市排榜收费站设计为主线收费站，7进7出共14车道，收费大棚为钢网架结构，外装饰采用玻璃幕墙及铝单板金属幕墙。钢网架的平面尺寸为74.2 m×39.1 m，弦高6.46 m，最大单跨度16.5 m，采用正放四角锥网格型式，螺栓节点形式，下弦支承方式。网架结构雨棚如图1所示。

图1 网架结构雨棚（单位：mm，来源：作者自绘）

钢管采用Q235B钢，螺栓球采用45号钢锻造成型，套筒采用Q235B钢，高强螺栓采用10.9S强度等级；钢龙骨采用薄钢板冷弯成型，材质Q235B；屋面及天花用3.0 mm厚氟碳喷涂铝单板；主龙骨用70 mm×50 mm×4 mm热镀锌钢管，次龙骨用50 mm×50 mm×4 mm热镀锌钢管；立面玻璃幕墙用6+1.14PVB+6钢化夹胶玻璃；主龙骨用80 mm×60 mm×5 mm热镀锌钢管，次龙骨用60 mm×60 mm×5 mm热镀锌钢管。

2 分块整体吊装分析

2.1 网架结构分块

网架结构采用分块形式在地面拼装，采用吊机分块整体起吊的安装方式。施工步骤为：现场与土建交接→锚栓预埋→钢柱安装→钢柱支座安装→尺寸复核→搭设地面简易组拼平台→网架组拼→油漆涂刷→幕墙骨架制作安装→铝板安装→整体吊装拼接→玻璃幕墙安装→马道及梯道安装→竣工验收[1]。网架结构雨棚分块图如图2所示。

图2 网架结构雨棚分块图（单位：mm，来源：作者自绘）

2.2 分块吊装分析

利用空间钢结构软件网架进行建模，分析网架吊装时的受力情况，模型如图3所示。

图3 网架结构受力模型（来源：作者自绘）

根据规范要求输入节点荷载及面荷载，然后运行分析，根据计算分析模型检验结果表明，结构能够满足承载力计算要求，应力比最大值为0.68。模型杆件总体应力比分布图如图4所示。

图4 模型杆件总体应力比分布图（来源：作者自绘）

2.3 起重验算

2.3.1 起重机验算

已知起重机中心距吊点距离20 m，夹角60°，地面距吊臂顶35 m，起重机出臂长度50.6 m，根据实际施工场地、吊装方法、网架重量、吊点及结合汽车吊的吊装要求等情况，选用1台600 t的汽车吊进行吊装作业。根据600 t吊车性能表，可以查到：工作半径为20 m，吊车臂长为50.6 m的工况下，（额定起重量-吊钩自重）×安全系数=（54-0.5）×85%=45.48 t。而在此范围内吊装，其额定最大起重量45.48 t＞42 t，证明回钩卸荷吊车负荷验算安全。因此，可以选用600 t的汽车吊。

2.3.2 钢丝绳的选型和验算

安装设4个吊点，考虑到受力不均匀性按3点计算，根据吊点位置以及钢丝绳长度确定钢丝绳起吊状态下的夹角不小于60°。

单根钢丝绳受力计算公式为：

式中，Q表示总质量，kN；β表示吊装时钢丝绳与构件的角度，°；n表示吊装时钢丝绳的根数。

如果总质量取值为420 kN，钢丝绳与构件的角度为60°，根据钢丝绳受力不均匀的影响因素，n取值为3，将数值带入式（1）中可得到单根钢丝绳受力应为162 kN。选用φ39规格的钢丝绳，单根长度20 m，共4根。查表得知φ39钢丝绳强度为1 850 MPa时，整根钢丝绳破断力为1 040 kN。安全系数K=8，容许拉力173 kN，即173 kN＞162 kN，证明满足要求。

2.3.3 卸扣的选型和验算

已知单个吊点最大受力为105 kN，选用4个安全负荷为300 kN的“D”型索具卡环，即300 kN＞105 kN，能够满足要求。

2.3.4 吊车支腿地基承载力验算

吊车96 t，配重165 t，吊重（网架重）42 t，总重为G=96+165+42=303 t，其下设承压钢板面积为S=2.5×2.5=6.25 m2。考虑受力的不均衡性，支腿最大受力为G÷4÷S×1.5=181.8 kN/m2。现场施工路面已经做了路基处理，地基承载力应大于200 kN/m2，每个支腿下方的地基承载181.8 kN/m2≤200 kN/m2，满足要求。

3 网架结构雨棚安装

3.1 安装难点及解决措施

网架结构雨棚安装的难点及解决措施如下。

（1）本网架工程共设15个钢架支撑点，钢柱的预埋件精度将直接影响到钢网架的施工质量，因此预埋螺栓的安装精度要求非常高。如何保证预埋螺栓的精确就位预埋是本工程的难点之一[2]。解决措施为精确放线定位，通过全站仪和水平仪严格控制预埋件的轴线、标高。

（2）本工程钢网架面积相对不大，弦高比较高，结合现场安装高度不高的实际情况，将采用地面拼装、部分装饰安装后整体吊装的方式进行安装。如何保证钢网架的精确定位、安装质量和安全吊装也是本工程的最大难点。解决措施为合理布置施工顺序，增加网架稳定性，减少空中散件安装，而采用合适型号的吊机也是安全吊装的关键。

3.2 安装步骤

（1）钢柱安装。排榜收费站大棚由15条圆管柱组成，圆管柱规格为φ630×14，钢柱通过12组M45×1 570规格的预埋螺栓固定于承台基础，通过柱底调节螺母调整好钢柱的垂直度，标高复核后柱底进行二次灌浆，准备上部网架的安装工作[3]。

（2）网架结构分块吊装。排榜收费站的网架按立柱受力分布，在验算满足吊装要求的工况下，共分6片吊点根据受力中心点设置，确保原网架受力体系不发生大的改变，吊装时采用捆绑式的四点吊装，安装步骤如下。

吊机在靠左幅选择好站位，安装横向第二排的①号网架，分片面积为33×21=693 m2，单片重量约51.22 t，起吊作业半径23.61 m，就位安装半径20.22 m。吊机在原位继续安装端侧②号网架，分片面积20.59×21=432.39 m2，单片重量约42 t，起吊作业半径19.83 m，就位安装半径23.84 m。

吊机移位靠右幅，选好站位安装端侧③号网架，分片面积为20.59×21=432.39 m2，单片重量约42 t，起吊作业半径19.83 m，就位安装半径23.84 m。吊机移位到对面位置，按以上步骤依照④、⑤、⑥的顺序分别吊装。

3.4 安装质量保证

本工程网架为弧形，安装精度要求高，施工前要进行技术准备，包括钢网架制作人员的技术培训。施工中精选理论水平高、业务素质强的专业管理人员组织施工，并严格执行检验程序，严格管理[4]。网架安装精度要求如下：钢管杆件成品长度允许偏差±1 mm；杆件轴线不平直度L/1 000，且不大于5 mm；钢网架的总拼与安装满足规范要求[5]。钢网架结构安装允许偏差如表1所示。

表1 钢网架结构安装允许偏差

4 结语

深圳市排榜收费站网架结构雨棚采用分块整体吊装的施工方案，减少了支架搭设等工艺，在保证安全施工的同时，也加快了施工进度，在施工过程中应注意2点。一是拼装时，网架杆件尺寸超出规范要求偏长或偏短，安装时硬靠管钳拧紧，会造成该杆件或其他相邻杆件的弯曲。安装时仔细核对尺寸和规格，发现不容易拧紧时不得强行用管钳拧紧。二是吊装前应进行详细的验算，合理选择钢丝绳、卸扣等吊装材料，并按照吊装高度与距离布置吊机站位、吊点位置等，保证吊装安全。