大跨度钢结构网架安装施工技术实践

陈勇

上海通用建筑工程有限公司 上海 201901

随着国民经济的快速发展以及人民生活水平的日益提高，各种形式各异、功能多样的工业厂房、展览馆、体育场馆、大会堂等建筑物和构筑物，以满足时代的需求。随着建筑结构跨度的增大，传统的平面结构，如梁、架、钢架等大跨度屋盖和承重构件已有许多的问题存在。客观上要求必须用空间网架结构来代替平面结构，使之增加外观时尚、内部空间大、受力均匀、整体重量轻、稳定性和安全性等优点，被越来越多的应用于各类建筑设计中。

1 工程概况

某料场为三心圆拱形筒壳网架结构，支座中心跨度104m、总宽度108.785m；网架拱高31.818m、拱顶中心距离地面34.72m；网架总长度500m，共分为A区(1轴- 14 轴)、B区(15轴-28轴)、 C区(29轴-42轴)、 D区(43-56 轴)四个区段，长度分别为：124.57m、124.26m、124.26m和124.57m；本网架为螺栓球、焊接球混合节点的空间网格体系，屋面檩条采用螺栓连接的主次檩共面的方式，总建筑面积52000m2。

2 本工程特点及难点

2.1 本项目为超大跨度的筒壳网架结构，跨度大、高度高

支座中心跨度104m、网架拱顶中心高34.72m，展开面积平均用钢量50kg/m2，跨度、高度的增加对加工精度、拼装精度、安装措施都提出了更高的要求。可以说本项目在国内网架行业具有一定的挑战性，施工中要求提升机械合理配置，否则后期受吊车作业半径限制、使用人工转移安装将非常困难。

2.2 本项目采用螺栓球、焊接球混合节点、且开口区域焊接球比例高

本项目共有780个焊接球节点，焊接球比例总体计算10.18%、单个开口区18.88%（个别区段33.3%），且焊接球全部位于下弦，位置从支座开始、最高点到第11层（高度27.1m）。这部分安装即需要搭设安装平台，不但保证好焊接节点的空间坐标和平台各向的刚度，而且此平台需要能纵向滑移，一次投入能满足更大范围的施工安装。

2.3 本项目施工期气候条件不利，危险因素多

高空、风雨、酷暑等诸多复杂气象条件使本项目的施工格外危险。对于这些不可抗力的自然因素，做好各种风险分析和措施预案是至关重要的。同时，方案和措施又受制于成本、工期因素，这是最困难的选择。

3 方案选用分析

经过对结构特点的分析，拟定的安装顺序为B—A—C—D，主要的安装方法：

第一阶段：B、C区安装。从B区起步、初始阶段整体吊装，起步单元就位形成稳定体系后吊车配合进行高空散装，完成B、C区安装。

具体步骤：

（1）第一块网架吊装部位选择在17轴～19轴，宽度22.3m(起步拼装宽度窄、网壳侧向刚度小，不稳定不安全；起步拼装宽度宽、长度方向支撑跨度大则长度方向刚度小且总重量大，吊装困难，经过权衡考虑选择两个柱距起步拼装)。

（2）拼装时由A轴开始，支座焊接固定，支座球不焊接，利用支座板的弧形槽做转动铰，埋件一侧焊接耳板，用于穿钢索拉结网架，使弧形槽真正起到转动铰的约束作用。施工人员在地面(较低的高度)拼装拱壳网架，随着拼装长度和拱高的增加，两侧对称布置两台吊车配合跟进提升，保持作业点高度在接近地面的较低的高度。

（3）起步阶段利用的是网壳自身的刚度，随着安装长度的延伸， A轴支座铰节点的受力也会逐渐增大，网壳的水平张力和水平位移也会越来越大，当总拼装长度50m后须在吊点位置增加设置水平张力索，以保证拱壳弦长在控制范围内，同时拼装长度达到2/3时为保证整体拱架的稳定，在靠近A轴一侧1/3的位置，加设两台吊车，保证腰部支撑刚度和拱架的整体稳定。

（4）距B轴4个网格时弦长已非常接近混凝土底座，必须提升至基础支座上方拼装。

（5）四台吊车在4/5和1/3的对称位置就位，B轴线外用小吨位汽车吊辅助散装，这部分必须连续安装直至完成。

（6）高空散装阶段可以用50T 汽车吊，站于网架散装区域前方配合作业。

第二阶段：A、D 区安装。网架安装进行到A、D 区后，将采用高空散装与拼装平台安装相结合的方式进行。

（1）拼装平台采用螺栓节点网架结构作为主体，平台网架顶部作业面宽12m，底层向两端延长各6m以增强平台网架的侧向稳定，平台宽度21.37m分三排布置形成4-2-4共10个支座，支座连接横梁和滑轮托板，单区轨道总长度138.72m完全覆盖A、D区的焊接球区域，平台分为左右两块、间距56.96m，满足两侧各10行下弦焊接球的施工需要。顶部脚手板距离桶壳内弧曲线650mm、最大高度23.1m，上弦位置铺设横向脚手板，网架内挂设爬梯笼。

（2）网架安装先从B区延伸到A区，伸缩缝位置通过连接杆件暂时将两区网架连接成一个整体，待A区网架安装出5个轴线、形成绝对稳定的体系后拆除该连接杆件，从而保持A、B区网架的独立。B—C区、C—D区的收缩缝延续同样的安装方法。

（3）网架到达A区后先安装拱顶中央56.96m宽度的螺栓球网架，使其跨越支撑在两侧的拼装平台上，然后利用上弦、周边的螺栓球角度和杆件初定焊接球的位置、测量无误后焊接腹杆、下弦。即该部分形成从弧顶到支座两个班组、两个方向的局面。

4 特别事项

（1）安装走向计划：本项目网架由伸缩缝分为四个单体，总长度500m。主体吊装后分左右两个安装方向、优先突出A区方向，以期尽快完成A区的焊接球拼装后将该拼装平台拆除、转移至D区重新安装，这样轨道、平台都可以最大化得以利用。

（2）设备使用方面：汽车吊是网架安装的主要机械设备，根据作业条件分析，现场将主要使用50t、80t两种型号的吊车，主体吊装时临时租用150t汽车吊进行B轴位的抬升就位。使用履带吊可避免汽车吊支架展开的时间，提高工作效率，同时提高了设备对场地的适应性，届时可根据实际情况予以调整。

（3）场地准备方面：现场施工场地还是网架构件的堆放、分拣、拼装场地，A、D区分布六道轨道基础，土建单位应先平整、压实，表面硬化或铺石子、石粉，同时做好排水措施，否则遇到降雨天气，球节点、杆件等构件极易受到泥浆、沙 土的沾染和水浸，不但增大了清理的难度和工作量，而且污染了螺纹、螺孔对安装也是非常不利的。轨道基础在降雨后应及时观测，发现塌方、沉降须及时回填、支撑，确保轨道的平整、压实。

（4）技术措施方面：为增强起步阶段网架的刚度，应分不同的跨度、阶段对起步范围的网架构件进行演算，演算时先固定构件规格截面，然后按施工的工况支撑条件多次进行，对出现的超应力(或高应力比)杆件可做增大截面处理，此增加截面的杆件整体调整就位后不拆除更换，属永久增加。

（5）工序安排方面：考虑到屋面檩条较重、网架安装后普通吊车无法有效覆盖作业面，故计划将檩条构件滞后于网架主 体一个网格的距离同步进行，主体吊装区域则与网架同步安装，虽然起吊重量有所提高，但檩条安装后结构刚度提高了对整体吊装也是较为有利的。同时网架在拼装、散装过程中可及时穿插油漆涂刷，及时修复安装和吊索对网架油漆造成的损伤，尽可能减少反复进行的高空作业。

5 施工部署

根据网架的结构型式和结构特点，网架施工以14~15、28~29、42~43线伸缩缝为界，划分为四个区域，1~14线为A区、15~28线为B区、29~42线为C区、43~56线为D区。将本工程分为A区、B区、C区、D区四个施工区，其中B区、C区为螺栓球节点，A区 、D区为螺栓球、焊接球混合节点，整体施工顺序为： B-A-C-D，17-19轴整体拼装完成后， A、B两区同时作业，然后逐渐过渡到C-D区。

5.1 划整为零、分区实施

由于工期紧，为保证整个工程各专业施工工期，更加合理的安排施工，确保工程总进度，钢结构安装从B区开始，待主体吊装就位后分A、C两个方向和工作面同步展开。按照总体部署，先施工B区、A区，后施工C区、D区。

5.2 顺序方向、次序分明

确定施工重点，合理组织安排施工顺序和方向，使整个施工紧密衔接，避免资源的无序流动和浪费。

具体方案为： B区、C区网架施工采用整体拼装，形成稳定单元体系后，高空散装安装法。A区、D区伸缩缝处采用整体拼装，形成稳定单元体系后，将采用高空散装与拼装平台安装相结合的方式进行。屋面檩条构件滞后于网架主体一个网格的距离同步进行，采用分设法安装。在确保重点区域的前提下，先施工B区，后施工A区 、C区和D区。B区施工时从17-19/A-B 轴线开始，地面分成四段拼装，吊机配合高空组装，形成稳定单元体系。形成稳定单元体系后两侧(17→A区、19 →C区)可同时用吊机辅佐高空安装。

6 主要施工安装技术要点

6.1 施工流程

材料进场→材料堆放→材料的报验→工序交接→基础复测(轴距、跨度、标高)→四角的拼装→整体拼装→整体吊装→高空散装→杆件、螺栓球补漆及维护。

6.2 吊机选择

网架钢结构根据施工总安排，在网架分段组装最长时，提升考虑选择4台150t汽车吊或履带吊作为主导机械。高空散装阶段考虑使用50t汽车吊，站于网架散装区域前方配合作业。150t吊机作业半径10m，吊臂长30m的工况下，组装后单件最大重量为126t，吊机均能满足所有构件吊装要求。

6.3 安装施工具体方法

本项目网架将按照A←-B-→C-→D的方向进行，除材料进场作业准备阶段外，根据其作业特点的不同，安装作业可分为B、C区的主体吊装+高空小单元吊装和A、D区的高空小单元吊装+安装平台混合节点安装两个阶段。

6.3.1 进场作业准备

进场后的材料须分规格型号有计划摆放、螺栓球地面须做防护铺垫并准备足够的场地分类铺开以便于查找。根据安装需要，安装前打开杆件及螺栓球的塑料保护塞，掏出杆件螺栓并上好套筒、顶丝，配好该处的球和杆件，一名队员找准球孔位置，分别对接两根腹杆，用扳手或管钳拧套筒螺栓，接着再有一名队员抱一上弦杆(朝天杆)，另一名队员迅速将螺栓对准相应的球孔，用搬手或管钳将此上弦杆拧紧到位，在拧紧过程中，腹杆队员晃动杆件，以使杆件与球完全拧紧到位。此项工作完毕后，再装另一根上弦杆(翅膀)，找准球孔，拧紧螺栓到位，根据安装计划，将拼好的小单元四角锥摆放整齐。

螺栓拧紧标准：套筒与球端面，套筒与杆件端面无间隙，轻敲套筒无松动即视为拧紧。同时按要求做好材料报审和现场检测、验收工作，做好各种临时支撑上下爬梯等工装准备工作。另外，150t汽车吊站位地基要密实，铺设石子，用震动型压路机反复碾压。

6.3.2 主体吊装

本网架的主体吊装范围为17-19/A-B轴线的一块（图1），该部分网架结构总重量约126t。本项目主体吊装时提升力最大点是第四阶段的主吊点，吊机作业半径10m，吊臂长30m。经查150t汽车吊的作业性能，B轴线主吊位置的允许吊重为40.1t，实际需求力为28.83t，完全可以满足需求。跨中1/3辅助位置仅为满足网架稳定需求，吊机提升里需求小于20t，使用150t汽车吊不只考虑到其起重性能满足要求，更重要的是考虑到型号相同的吊车在吊装配合方面会更协调同步。

图1 第一榀网架吊装示意图

主体吊装部分的结构演算按步骤1-4分阶段进行，吊装采用一台吊车单吊点的作业方法，计算过程中对应力比大于1的为超应力杆件，对出现超应力的个别杆件做加大截面的处理方式。

6.3.3 高空散装

主体吊装就位后网架支座须做定位焊接，随后进入高空散装阶段[2]。

（1）高空散装人员的防护措施

高空散装时，沿网架弧线方向设置轻质高强爬梯，以供人员上下及作业面的转移。考虑网架安装时受工作机械及场 地的影响，无法挂设安全网，计划在靠近钢爬梯部位的1.2 m腹杆处，设置规格为φ10的安全绳，人员行走时，安全带打在安全绳上，到螺栓球节点作业平面处稳定下来，打好安全带。随着散装向前推进，爬梯向前推移。

（2）高空散装具体方法

高空散装的构件是在地面拼装的四角锥小单元，小单元由一个球节点以及相连的四根(三根)杆件组成，单次起吊重量小于500kg。对吊机的要求主要是作业半径和吊臂长，尽可能减少吊车移动的次数。高空散装阶段计划使用50t汽车吊，站于网架散装区域前方配合作业。高空散装时，从中间向两端按一格拼装，且两端对称安装，以防止悬挑尺寸过大对网架挠度造成影响(图2)。

图2 吊装过程效果图

7 结语

本工程跨度大、拱度高，安装过程中需重点考虑危险源 防护措施、结构本体安全、地耐力承载以及螺栓球本身的质量等诸多因素。通过本工程施工安装的全程跟踪及监控，以下几点值得今后类似工程借鉴和考量：

第一段起步跨在施工中全部为地面作业，克服了高空拼装可能带来的高空坠落、物体打击等不利因素； 通过设计深化解决了网架本体在安装过程中的结构安全、稳定(如焊接球修改为螺栓球),不仅降低了高空作业难度，而且达到工期优化、降本增效的目的；安装过程中对施工场地的预处理(除起步段外)要求不高，可以减少一部分施工措施成本。

总之，网架结构在大跨度结构中运用越来越广泛,随着国内基础设施建设、工业化、城镇化建设的需要,大量建筑物的建设为大跨度及空间网架钢结构的发展提供了机遇[3]。本工程网架结构的安装技术对大型工业储料厂房来说：不仅降低了大跨度网架结构在空间上施工难度，而且消除了施工过程中的诸多安全隐患，在国内大型网架安装方 面具有一定的指导性。但网架结构在投入营运后的维护、维修等方面仍值得深思。