丁 建，劉新星，鄭 征，馮艷剛，夏 可，謝梓宇，劉英麒

(1.北京建工建筑產(chǎn)業(yè)化投資建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100000； 2.中建交通建設(shè)集團有限公司，北京 100071)

1 工程概況

湄洲灣港秀嶼港區(qū)石門澳作業(yè)區(qū)11號泊位工程即干煤棚、硫酸銨棚工程項目為全封閉式形式，其中干煤棚為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，硫酸銨棚為鋼桁架結(jié)構(gòu)。1，2號干煤棚為拱棚網(wǎng)架(2棟形式一致)，采用正放四角錐弧形面螺栓球節(jié)點結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外弦均為剛性支撐，外弦采用雙向支座落在下部混凝土柱上，外弦柱頂標高為2.000m，內(nèi)弦采用單向支座落在下部混凝土柱上，內(nèi)弦柱頂標高約為3.750m，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)頂標高為42.913m，平面尺寸為328.5m×117.5m(長×寬)，網(wǎng)架厚4.4m，如圖1所示。屋面主、次檁條分別采用C型鋼和Z型鋼，配φ10拉條支撐和局部φ32×2.5套管聯(lián)系。馬道采用[8作為主梁，配 ∟30×3 角鐵加腋，上面鋪設(shè)3mm厚花紋鋼板，欄桿采用方鋼□40×1.5。鋼管采用Q355B鋼，可采用直縫電焊鋼管或無縫鋼管，如圖1所示。

圖1 石門澳作業(yè)區(qū)1，2號干煤棚

2 施工方案選擇

2.1 整體提升方案

整體提升法是將結(jié)構(gòu)起步架在地面拼裝完成，選擇合適的受力吊點，再由液壓起重設(shè)備將結(jié)構(gòu)整體垂直提升至設(shè)計標高的施工方法，能較好地保證結(jié)構(gòu)安裝精度。

本項目采用整體提升法的限制條件為：①平面尺寸為328.5m×117.5m(長×寬)，網(wǎng)架厚度4.4m；起步架長達117.5m，整體提升法對于起步架安裝造價偏高。②整體提升法由于準備工作時間較長，工藝相對復雜，提升前須加固才能保證結(jié)構(gòu)不變形。

鑒于以上原因，本工程未采用整體提升法。

2.2 滿堂支撐方案

采用滿堂支撐搭設(shè)安裝平臺也是本項目的備選方案之一。計劃利用起步架位置搭設(shè)滿堂腳手架+鋼柱作為主支撐，其他位置搭設(shè)滿堂腳手架作為操作平臺。這種方案的優(yōu)點是安全可靠、施工方便。

本項目采用滿堂腳手架安裝方案的限制條件為：①由于本工程網(wǎng)殼高度達42m，且本工程為雙曲網(wǎng)殼，腳手架搭設(shè)難度較大；②由于腳手架搭設(shè)和拆除周期較長，采用該方案成本偏高。

鑒于以上原因，本工程未采用滿堂腳手架安裝方案。

2.3 起步架無支撐安裝方案

此工藝首先進行起步跨網(wǎng)架安裝，采用地面延伸吊裝法安裝軸間單條塊5個柱距(3個上弦網(wǎng)格、4個下弦網(wǎng)格)作為網(wǎng)架起步跨，共分5步安裝完成(安裝過程詳見2.5.3節(jié))。采用該施工工藝可節(jié)約大量人力、物力，大幅度提高施工速度，故本工程采用起步架無支撐方案。

2.4 工藝流程

工藝流程為：圖紙深化設(shè)計→安裝前準備工作→鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安裝。

2.5 工藝操作要點

2.5.1圖紙深化設(shè)計

利用BIM建模技術(shù)將圖紙中螺栓球鉆孔位置進行優(yōu)化，優(yōu)化為一種或幾種螺栓孔尺寸，減少螺栓孔鉆孔型號和數(shù)量誤差，保證鉆孔位置準確。

2.5.2安裝前準備工作

1)安裝前應(yīng)對網(wǎng)架支座的軸線與標高進行驗線檢查，網(wǎng)架軸線、標高位置必須符合設(shè)計要求和有關(guān)標準的規(guī)定。

2)采取整體吊裝或局部吊裝時，應(yīng)對提升和吊裝設(shè)備進行全面檢查并做好試吊工作。

2.5.3鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安裝

支座臨時固定措施：網(wǎng)架起步時一端放在柱頂支座上(將支座球放入雙向支座內(nèi)，不要焊接固定，臨時固定可在x軸方向采用同材質(zhì)的20mm厚鋼板切割一個弧形的抱箍將球帶住，保證球可在支座內(nèi)轉(zhuǎn)動但不會在另一端提升時將球帶出支座，將鋼板抱箍焊接在x-z平面上的支座加勁板上，鋼板抱箍與球之間留一點間隙以便球可在x-z平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，臨時固定鋼板抱箍，如圖2所示)。

圖2 支座鉸接做法示意

起步跨網(wǎng)架從x軸方向在地面延伸安裝，共分成5步完成。

第1步：吊裝塊1。先在地面拼裝9個下弦網(wǎng)格(橫向即跨度方向9個下弦網(wǎng)格及9個上弦網(wǎng)格、縱向4個下弦網(wǎng)格及3個上弦網(wǎng)格)，面積約739m2，最大提升質(zhì)量約31t，用2臺50t汽車式起重機吊至柱頂安裝位置，一端放在地面上，如圖3a所示。

第2步：吊裝塊2。改用2臺100t汽車式起重機提起網(wǎng)架地面一端(高度約為1個網(wǎng)架厚度)，在地面拼裝1個網(wǎng)格(橫向即跨度方向1個網(wǎng)格)，起重機在原位不動繼續(xù)提升，每提升1次拼裝1個網(wǎng)格，共拼裝8個網(wǎng)格(橫向即跨度方向8個網(wǎng)格)，面積約1 396m2，最大提升質(zhì)量約59t，如圖3b所示。

第2步吊裝塊精度控制措施為：①在地面沿橫向(網(wǎng)架跨度)放樣劃線(下弦球心軸線)以控制外輪廓，拼裝時復核大樣，從而保證網(wǎng)架拼裝不偏移；②沿橫向逐一拼裝網(wǎng)格，每拼裝完1個網(wǎng)格進行相應(yīng)長度測量，保證吊裝塊2與圖紙17個網(wǎng)格尺寸相符，如不符，停止拼裝并逐一檢查復核桿件及螺栓球拼裝尺寸；③沿縱向測量網(wǎng)格長度，保證吊裝塊2上、下弦合計長度與圖紙相符，如不符，停止拼裝并逐一檢查復核桿件及螺栓球拼裝尺寸；④在設(shè)計圖紙上確認尺寸后預先在第17個網(wǎng)格相應(yīng)落位地面位置放樣控制下弦球點，以形成二次復核，保證精度。

第3步：吊裝塊3。改用2臺200t(站位在中部)及2臺100t(站位在端部)汽車式起重機提起網(wǎng)架地面一端，在地面拼裝1個網(wǎng)格(橫向即跨度方向1個網(wǎng)格)，起重機在原位不動繼續(xù)提升，每提升1次拼裝1個網(wǎng)格，共拼裝7個網(wǎng)格(橫向即跨度方向7個網(wǎng)格)，面積約1 970m2，最大提升質(zhì)量約83t，如圖3c所示。

為避免網(wǎng)架張開引起桿件變形，在吊裝塊3安裝完成后可采取如下措施進行加固：在起步架起始端第1個下弦球與第24個下弦球間用5t倒鏈和6×37-20-1 850MPa鋼絲繩拉2道張緊繩(在縱向兩端各拉2根)，松緊程度以張緊繩剛剛繃緊為宜。

第3步吊裝塊精度控制措施為：①在地面沿橫向(網(wǎng)架跨度)放樣劃線(下弦球心軸線)以控制外輪廓，拼裝時復核大樣，從而保證網(wǎng)架拼裝不偏移；②沿橫向逐一拼裝網(wǎng)格，每拼裝完1個網(wǎng)格進行相應(yīng)長度測量，保證吊裝塊3與圖紙24個網(wǎng)格尺寸相符，如不符，停止拼裝并逐一檢查復核桿件及螺栓球拼裝尺寸；③沿縱向測量網(wǎng)格長度，保證吊裝塊3上、下弦合計長度與圖紙相符，如不符，停止拼裝并逐一檢查復核桿件及螺栓球拼裝尺寸；④在設(shè)計圖紙上確認自重狀態(tài)下第1球與第24球間距后，利用鋼絲繩控制吊裝塊3網(wǎng)格架相應(yīng)尺寸，結(jié)合鋼卷尺測量復核；⑤在設(shè)計圖紙上確認尺寸后預先在第24個網(wǎng)格相應(yīng)落位地面位置放樣控制下弦球點，以形成二次復核，保證精度。

第4步：吊裝塊4。改用2臺250t(站位在中部)及2臺100t(站位在端部)汽車式起重機提起網(wǎng)架地面一端，在地面拼裝1個網(wǎng)格(橫向即跨度方向1個網(wǎng)格)，起重機在原位不動繼續(xù)提升，每提升1次拼裝1個網(wǎng)格，共拼裝6個網(wǎng)格(橫向即跨度方向6個網(wǎng)格)，面積約2 463m2，最大提升質(zhì)量約104t，如圖3d所示。

為避免網(wǎng)架張開引起桿件變形，在吊裝塊4安裝完成后可采取如下措施進行加固：在起步架起始端第1個下弦球與第30個下弦球間用5t倒鏈和6× 37-20-1 850MPa 鋼絲繩拉2道張緊繩(在縱向兩端各拉2根)，松緊程度以張緊繩剛剛繃緊為宜。

第4步吊裝塊精度控制措施為：①在地面沿橫向(網(wǎng)架跨度)放樣劃線(下弦球心軸線)以控制外輪廓，拼裝時復核大樣，從而保證網(wǎng)架拼裝不偏移；②沿橫向逐一拼裝網(wǎng)格，每拼裝完1個網(wǎng)格進行相應(yīng)長度測量，保證吊裝塊4與圖紙30個網(wǎng)格尺寸相符，如不符，停止拼裝并逐一檢查復核桿件及螺栓球拼裝尺寸；③沿縱向測量網(wǎng)格長度，保證吊裝塊4上、下弦合計長度與圖紙相符，如不符，停止拼裝并逐一檢查復核桿件及螺栓球拼裝尺寸；④為保證網(wǎng)格架穩(wěn)定，吊裝塊3鋼絲繩控制線(第1球與第24球)保持穩(wěn)定不放張；⑤在設(shè)計圖紙上確認自重狀態(tài)下第1球與第30球間距后，利用鋼絲繩控制吊裝塊4網(wǎng)格架相應(yīng)尺寸，結(jié)合鋼卷尺測量復核；⑥在設(shè)計圖紙上確認尺寸后預先在第30個網(wǎng)格相應(yīng)落位地面位置放樣控制下弦球點，以形成二次復核，保證精度。

為避免網(wǎng)架張開引起桿件變形，在吊裝塊5安裝完成后可采取如下措施進行加固：在起步架起始端第1個下弦球與第36個下弦球間用5t倒鏈和6×37-20-1 850MPa鋼絲繩拉2道張緊繩(在縱向兩端各拉2根)，松緊程度以張緊繩剛剛繃緊為宜。

3 施工測量工藝

在起步跨網(wǎng)架全部拼裝完成后，采用2臺汽車式起重機在中部、2臺汽車式起重機在端部將起步跨網(wǎng)架的地面一端提升至軸支座上(吊裝塊5)。支座球入位時施工人員用纜風繩配合起重機擺正到柱頂支座設(shè)計位置，落柱后進行就位計算。

在起步跨網(wǎng)架就位后，4臺起重機仍固定不松繩，在網(wǎng)架支座的軸線及標高調(diào)整至符合設(shè)計及規(guī)范要求后將支座球與支座焊接固定。特別注意起步跨網(wǎng)架的定位精度，因其影響后續(xù)網(wǎng)架的安裝精度，落位后需進行應(yīng)力及撓度變化驗算。

在被測量的鋼網(wǎng)架下選取有代表性的下弦軸線，測量軸線下弦螺栓球球心的沉降量。根據(jù) GB 50205—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準》的規(guī)定，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)需測量下弦螺栓球球心高度，使用工(器)具包括水準儀、鋼卷尺。

空間網(wǎng)架工程撓度最大允許值為短向跨度的1/250，本項目網(wǎng)架跨度為117.5m，撓度允許值為470mm。網(wǎng)架安裝時注意檢查撓度，其值不大于現(xiàn)荷載條件下的撓度計算值的1.15倍，即540.5mm。

4 結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測

4.1 監(jiān)測點設(shè)置

為保證安裝精度，在1，2號干煤棚短柱位置均設(shè)置了監(jiān)測點(每個煤棚共計48個)，在安裝過程中用全站儀實時監(jiān)測其標高及坐標位置變化。

4.2 檢測數(shù)據(jù)分析

1)由于起步架施工時進行了預起拱(起步架跨中預起拱400mm)，鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后未出現(xiàn)下?lián)稀?/p>

2)網(wǎng)殼鋼構(gòu)件全部安裝焊接完成后，結(jié)構(gòu)變形相對于初始狀態(tài)下?lián)现翟?mm以內(nèi)，安裝精度很高。

3)網(wǎng)架安裝完成后，所有監(jiān)測點水平坐標及標高基本無明顯變化。

4)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體施工完畢后，監(jiān)測點最大下?lián)现?網(wǎng)架中間相對于理論標高)在10mm以內(nèi)，滿足設(shè)計要求。

5 施工過程中關(guān)鍵問題的應(yīng)對措施

5.1 內(nèi)外排支座拉力及應(yīng)力應(yīng)對措施

因本工程采用的是點式支撐方式(支座豎向剛度很強)，內(nèi)外短柱上部結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生聯(lián)系，當網(wǎng)殼架架構(gòu)吊裝緩慢下落擱置于短柱支座上時，短柱的豎向變形位移可忽略不計，因內(nèi)外排短柱基礎(chǔ)同為一個承臺且有連系梁互為三角形拉結(jié)，在受力過程中內(nèi)外短柱支座與基礎(chǔ)共同工作，此時也考慮內(nèi)外短柱支座x和y向彈性約束方式；本工程采用的是彈性氯丁橡膠支座(75mm×900mm×900mm(厚×長×寬))，通過氯丁橡膠支座滿足等效彈簧剛度來解決網(wǎng)架內(nèi)外支座的應(yīng)力變化和變形要求，此時支座的彈性和短柱的剛度為疊加受力；由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件雙曲部位長短不一，長網(wǎng)殼桿件的端部會產(chǎn)生負彎矩，雙曲轉(zhuǎn)角部位會產(chǎn)生拉力，因此此處支座設(shè)計為鋼筋混凝土連系梁(簡支梁)，把內(nèi)外短柱拉結(jié)成為正三角形支座形式；這樣既能防止網(wǎng)殼架的應(yīng)力和拉力變化所產(chǎn)生的變形和滑動，同時也具有足夠的結(jié)構(gòu)約束力。

5.2 支座焊接球制作轉(zhuǎn)動問題應(yīng)對措施

除上面提到的鋼板抱箍加固防止螺栓球位移轉(zhuǎn)動外，支座設(shè)置了氯丁橡膠支座，平板式氯丁橡膠支座有很好的彈性和抗剪抗變形功能，本工程螺栓孔設(shè)置為橢圓形孔，約束一個方向的位移和滑動應(yīng)變，釋放另一個方向滑動位置，如圖4所示。因此，可有效實現(xiàn)網(wǎng)架節(jié)點在支座中的轉(zhuǎn)動要求；同時，本工程支座采用的是雙面弧形壓力支座，在內(nèi)外短柱柱頂和網(wǎng)殼架水平方向相耦合支座可沿著弧面上下、左右轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動性能良好有效。

圖4 氯丁橡膠支座螺栓孔示意

6 結(jié)語

本工程結(jié)合現(xiàn)場實際情況，通過合理的施工工藝分析及模擬計算，采用高空散拼方法進行大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工，與傳統(tǒng)施工工藝相比，節(jié)約了大量人力、物力，大幅度提高了施工速度，實現(xiàn)了施工過程有序可控、成本低、質(zhì)量優(yōu)的目標，可為類似工程項目提供可靠施工經(jīng)驗。