大跨度螺栓球型网架结构高空吊装的技术要点探讨

贾 鹏

煤炭工业太原设计研究院集团有限公司 山西 太原 030001

1 引言

随着城市化进程的加快，大型建筑结构在高空吊装过程中的需求越来越多，其中大跨度螺栓球型网架结构具有轻量化、高刚度和高稳定性等优点，在桥梁、体育馆等领域得到广泛应用[1]。由于其体积庞大、重量较大、结构复杂等特点，对于高空吊装技术要点的研究显得尤为重要。

2 结构准备

2.1 结构设计评估

2.1.1 结构强度和稳定性分析

在结构设计评估中，需要进行强度分析，包括对螺栓的承载能力进行计算和评估，以确保其能够支撑整个网架结构的重量。还需要考虑结构在吊装过程中所受到的额外荷载，如风荷载、工人活动等，以保证结构强度满足安全要求。大跨度螺栓球型网架结构在高空吊装过程中，可能会发生摇晃和倾斜等不稳定情况，需要对结构的稳定性进行评估，考虑结构的抗倾覆和抗滑移能力。可以采用数值模拟方法进行分析，通过改变结构参数和吊装过程中的各项条件，找出使结构保持稳定的最佳方案[2]。在高空吊装过程中，需要使用吊车等设备进行操作，需要考虑结构的尺寸和重量，以确保吊装设备可以满足要求，并保证吊装过程中的安全性。还需要考虑施工现场的实际情况，如空间限制、周围环境等，确定适合的吊装方案。螺栓连接是常用的连接方式之一，在高空吊装中，需要注意连接的可靠性和稳定性，可以采用预先拼装的方式，将各个部件提前连接好，并利用螺栓进行固定，以确保连接的牢固性。

2.1.2 材料特性评估

在进行结构设计评估之前，需要对所使用的材料进行特性评估。考虑到大跨度螺栓球型网架结构所承受的巨大荷载和高空环境的特殊条件，必须选择具有高强度、抗腐蚀和耐久性的材料，常见的选择包括钢材等。材料的强度是确定结构安全性的重要因素，为了评估材料的强度，通常会进行拉伸、压缩和弯曲等实验。这些实验能够确定材料的屈服强度、抗拉强度、冲击韧性等参数，通过将这些参数应用于结构设计评估中的力学模型，可以评估结构在高空吊装过程中的受力情况。

2.2 结构预制和组装

2.2.1 结构部件制造

在进行结构部件制造时，需要确保材料的质量符合设计要求。根据结构设计图纸，确定所需的零部件种类和数量，并选用适当的材料进行加工。常见的材料包括钢材等，其选择应考虑到结构的强度、稳定性和耐久性等因素。在制造过程中，需要使用相应的设备和工具进行加工[3]。例如，采用数控切割机对材料进行切割，以确保切割尺寸精确；采用焊接设备进行焊接，确保焊接接头的可靠性和牢固性，还需要进行必要的检测和试验，以验证部件的质量和性能是否满足要求。在制造过程中，需要注重工艺控制。工艺控制包括配料、预处理、加工和后处理等环节，通过制定相应的工艺规程和操作规范，确保加工过程的准确性和可控性。

2.2.2 质量控制和检验

在预制过程中，合格的原材料是保证结构质量的基础。需要对材料进行严格的检验，包括外观、尺寸、力学性能等方面。例如，对于钢材来说，要检查其表面是否有锈蚀、裂纹，尺寸是否符合要求，拉伸强度和屈服强度是否达到标准要求等。通过对材料的全面检验，可以排除不合格材料，避免对高空吊装结构的影响。在组装过程中，对工艺进行严格把控也是十分必要的。每个组装环节都应设定质量控制点，并进行检验。比如，在焊接过程中，要对焊缝进行可视检验或无损检测，确保焊缝的质量合格。还需注意对焊接材料的选择和焊接工艺参数的控制，以保证焊接质量[4]。对于螺栓连接，需要检查螺纹的规格和几何形状，进行扭矩拧紧力和锁紧力的检测，确保连接牢固可靠。结构组装完成后，还需要进行整体的质量检验和安全评估，包括对吊装结构的几何尺寸、表面质量、焊缝质量等进行全面检查。

2.2.3 结构组装准备

施工人员需要对螺栓球型网架结构的各个部件进行仔细检查，包括检查螺栓、钢板、钢梁等组成部分是否完好无损，并确认每个零件的数量和规格是否与设计要求相符。如果发现任何问题或缺陷，将及时修复或更换。施工人员按照设计方案，将各个部件进行预装。根据结构图纸，按照一定的顺序依次安装各个部件，确保每个部件的位置和角度准确无误，从而帮助施工人员熟悉整个结构的组装过程，提前发现并解决可能出现的问题[5]。完成预装后，施工人员要进行结构调试，检查各个连接点的紧固情况，确保每个螺栓都正确地固定，还要检查结构的垂直度、水平度和平面度，以确保整个网架结构的几何尺寸符合设计要求。

3 吊装计划

3.1 吊装方案制定

吊装方案的制定，要考虑结构的特点。大跨度螺栓球型网架结构通常由各个零部件组成，并且具有较高的重量和体积。在制定吊装方案时，必须准确计算每个零部件的重量和重心位置，以确定合适的起吊点和吊装设备。吊装方案的制定，要考虑工作环境的限制。大跨度螺栓球型网架结构通常需要在高空进行吊装，这就要求吊装方案必须考虑到风力、气温等因素对吊装过程的影响[6]。为了确保吊装的安全性，必须制定相应的防护措施，并在吊装过程中密切监测天气变化，及时调整吊装计划。吊装方案的制定，还要考虑吊装设备的选择和使用。在制定吊装方案时，必须根据工程的要求和实际情况选择合适的起重机械，并确保其具备足够的承载能力和稳定性，也要考虑吊装设备的布置和操作方式，以确保吊装过程中的安全和效率。

3.2 吊装计算和模拟

根据大跨度螺栓球型网架结构的重量和形状，需要选择适当的起重机械，并确保其起重能力足够满足结构的重量要求。通过吊装计算，可以确定吊装过程中所需的吊装设备的选择和使用。吊装施工中，需要计算起重机械的吊装半径和高度，并根据吊装过程中的动态载荷来确定对结构的影响。吊装模拟是通过计算机辅助设计软件进行的，可以准确地模拟吊装过程中的各种因素和细节。通过模拟，可以确定吊装过程中可能出现的问题，并采取相应的措施进行预防和解决。

3.3 风险评估和控制

3.3.1 安全风险识别

高空吊装本身就有一定的风险，吊装设备可能会故障，导致结构物失去平衡并可能坠落。工作人员需要悬挂在空中操作，如果没有适当的保护措施，则可能受伤。大跨度螺栓球型网架结构具有复杂的设计和施工要求，任何一个环节出现问题，都可能导致结构失去稳定性。例如，如果螺栓连接不牢固或材料质量不过关，结构就有可能在吊装过程中出现松动或断裂的风险。在高风速、恶劣气候或雷暴天气下进行高空吊装是非常危险的，风力可能会影响吊装设备的稳定性，甚至将结构物吹离原来的位置。

3.3.2 风险管理策略

定期检查和维护设备，并进行必要的修理和更换，能够确保吊装作业的顺利进行，避免意外事故的发生。在吊装作业前，应对设备进行全面的检查，检查设备的各个部分是否完好无损、使用是否正常，并且设备是否符合相关标准和规定。如发现设备存在问题，应及时进行修理或更换，确保设备的安全性和可靠性。维护包括设备的清洁、润滑、紧固以及调整等工作。清洁可以排除设备表面的污垢和积尘，使设备保持干净整洁；润滑可以减少设备的磨损，降低摩擦力，确保设备正常运行；紧固可以确保设备连接处牢固可靠，避免因螺栓松动而导致设备故障；调整可以根据实际需求调整设备的工作状态，以达到最佳效果。当设备出现故障时，应立即停止使用，由专业维修人员进行维修。对于已经严重损坏或到达使用寿命的设备，则需要及时更换，以确保吊装作业的安全性和高效性。要仔细检查螺栓连接是否牢固，材料是否符合规定，并确保结构的稳定性，以防止在高空吊装过程中出现问题。螺栓连接是构成结构的重要组成部分，如螺栓松动或无法承受正常负荷，将直接影响结构的稳定性。在安装螺栓之前，必须确保每个螺栓都被正确地固定，并使用适当的扭矩力进行拧紧。还应定期检查螺栓是否松动，以及是否需要重新拧紧。在选择材料时，必须严格遵循相关标准和规定，并确保所选材料能够承受设计要求下的负荷和环境条件。在材料的采购和使用过程中，必须进行必要的检查和测试，以确保其质量符合要求。在开始施工前，掌握可靠的天气预报信息，如果预计工作期间会有恶劣的天气条件，例如大风、暴雨或雷电活动，应该谨慎施工，这种情况停工往往是最好的选择。如果施工过程中，天气突然变坏，例如，突然刮起大风或下起暴雨，应该确保工作人员迅速离开高空作业区域，到达安全地带。还要采取必要的防护措施，例如，加固吊装设备或加强结构的稳定性，可以利用遮挡物保护设备，以减轻强风或暴雨的影响。

4 安全措施

4.1 人员培训和认证

对于参与高空吊装的人员，必须进行专门的培训，包括对于螺栓球型网架结构及其拆卸、安装和吊装流程的全面了解。参与人员需要了解网架结构的设计和施工原理，以及吊装过程中可能出现的问题和应急处理措施，熟悉相关的吊装设备和工具的使用方法，以及操作规范和安全操作程序。高空吊装属于特殊施工岗位，需要参与人员获得相应上岗资质。资质认证的过程包括理论考试和实际操作考核两个方面，理论考试主要测试参与人员对于螺栓球型网架结构和吊装过程的理解程度，以及对安全措施的掌握情况。实际操作考核则是通过模拟真实场景来测试参与人员的操作技能和应急处理能力。

4.2 通信和信号系统

建立通信和信号系统，可以确保施工人员之间的有效沟通，以及对吊装操作进行准确的指导。在这个系统中，应配置无线对讲机或者其他形式的通信设备，使得各个吊装工区之间能够相互联系。通过通信设备，施工人员可以及时传递重要信息，如吊装计划、操作指导等，可以避免误解或者误操作，提高沟通效率。在高空吊装过程中，信号指挥系统可以确保吊装操作的准确性和安全性。系统由专门的信号员来负责，通过手势、信号灯或者其他信号设备向吊装机械操作员传达指令，与吊装机械操作员进行高效、安全的协作。

4.3 紧急救援计划

4.3.1 紧急情况响应计划

紧急救援计划，需要明确各类紧急情况的定义和等级划分。不同类型的紧急情况可能会有不同的处理方式和优先级，需要将自然灾害、设备故障、人员意外伤亡等的具体情况，划分为一级、二级等紧急程度。当发生紧急情况时，需要迅速采取行动，防止事态扩大。在紧急救援计划中应明确行动的先后顺序、各级别应急响应负责人的职责和权限、紧急情况的报告流程等，还需要明确与相关部门（如消防、医疗等）的联系方式和合作机制。

4.3.2 救援设备准备

配备专业的救援团队，由经过专门训练和资质认证的救援人员组成，熟悉各种救援技巧和操作流程。在紧急情况下，能够迅速采取行动，保证被困人员的安全。准备一些常用的救援设备，比如，救援绳索、救生器材、救生网等，这些设备应经过严格的测试和检验，确保其质量和使用效果。采用一些高科技救援设备，比如，无人机、遥控器操控装置等，能够在短时间内到达事故现场并进行救援操作，并为救援人员提供全方位的视角和信息，提高救援效率。

5 吊装执行

通常情况下，应从小件部件开始吊装，逐渐进行组装。这样可以减轻吊装设备的负荷，提高施工效率。对于较大而复杂的构件，需要预先制定详细的拆解和吊装方案。在吊装过程中，要根据结构的特点合理设置吊点，并采取适当的控制措施，如使用吊索等，以保证结构的平衡和稳定。还需要经常检查吊装设备的运行状态，及时调整和修复。吊装完成后，需要进行验收和检测工作。对于大跨度螺栓球型网架结构，应进行相关的力学性能测试和结构安全评估，确保吊装过程没有引起结构的变形和损坏，并满足设计要求。

6 吊装后维护

定期进行结构的外观检查，以确保其表面没有明显的破损、缺陷或腐蚀现象。特别是对于处于高空吊装工程中的结构，可能会受到风、雨、雪等恶劣天气的影响，需要更加重视结构的表面保护，并及时采取修复措施。由于长期的使用等原因，螺栓可能会出现松动的情况，应对结构的连接螺栓进行定期检查和紧固。对于大跨度螺栓球型网架结构的涂层材料，应定期进行检查和修复。涂层可以提供结构的防腐、防锈功能，但长期暴露在室外环境中，涂层可能会受到紫外线、酸雨等因素的侵蚀。需要定期检查涂层的状况，并进行补漆修复，以延长结构的使用寿命。

7 结束语

本文通过对大跨度螺栓球型网架结构高空吊装的技术要点进行探讨，总结了结构准备、吊装计划、安全措施、吊装执行和吊装后维护等内容。由于每个工程的具体情况不同，实施吊装时还需结合实际情况进行细致的分析和调整，以确保吊装过程的成功完成。