? 广州财富天地网架穹顶的整体提升施工技术*梁炳堃1，2 赵晓彬3 燕乐纬4 刘 芳2 (1. 湖南农业大学， 长沙 410128; 2. 广州市建筑集团有限公司， 广州 510060;3. 广州市第三建筑工程有限公司， 广州 510050； 4. 广州大学土木工程学院， 广州 510006) 摘 要：广州财富天地广场穹顶采用网壳结构，形式复杂、跨度较大。结合该网壳穹顶的结构形式特点以及现场的施工情况，在数值分析的基础上，确定了“地面拼装、整体提升、就位封边”的施工方案。从吊装设备制作与组合、卷扬机安装、同步控制系统的安装调试、主要吊索具的受力验算、安全提升应急措施等方面介绍穹顶钢网壳结构整体提升的施工技术要点。经实际检测：提升过程中最大不同步偏差仅为46 mm，远小于控制目标(100 mm),网架安装质量良好。 关键词：钢结构； 网架穹顶； 整体提升； 施工技术 1 工程概况广州财富天地广场为钢筋混凝土框架结构，地下2层，地上5层，建筑高度27.1 m，规划总建筑面积约263 673 m2。钢结构设计使用年限为50年，建筑安全等级为二级。在本项目钢结构工程中，中庭穹顶网架位于建筑物4个区十字通道中央穹顶上方，网壳平面直径为92 m，标高24.900 m，周边多点支承，网壳弓高为12 m，网架总重为560 kN。由于其跨度大、重量重、结构易变形，钢网架安装区域无法使用大型吊装机械，如图1所示。 2 施工方案选择目前，常用的大跨度钢结构安装施工技术包括高空散装、整体吊装和整体提升[1 - 2]。高空散装法需搭设“满堂红”脚手架，搭设和拆除工期较长，成本较高，难以保证工程进度和控制成本[3]。整体吊装法一般需使用多台起重机械协同完成吊装，需要解决多机抬吊的同步控制问题[4 - 5]。此外，整体吊装法起吊重量有限，往往难以满足大跨度结构的吊装要求[6 - 8]。采用整体提升法时，大部分工作可以在地面完成[9]，多个提升动力系统可以形成多点、多面流水作业，加快施工进度[10 - 11]。提升过程可以采用中央处理程序控制同步提升高度，自动化程度高，安全性好[12]。  图1 穹顶网架提升示意 综合考虑质量、工期、经济以及本工程特点等因素，决定采用“地面拼装、局部整体吊装、就位封边”的施工方案。提升过程中焊接钢网架及吊点的受力、变形经同济大学3D3S软件验算满足JGJ 276—2012《建筑施工起重吊装安全技术规范》要求。 提升动力系统的布置，采用屋顶做钢结构吊装支架，加挂滑轮组8套，以5 t电动卷扬机作为主动力进行整体吊装，并根据现场情况增加辅助动力设备。采用的主要机具设备见表1，施工工艺流程如图2所示。 表1 提升机具设备明细  序号机具名称性能规格1吊装主绳?21 5(6×37+1)(长3200m)2吊点角度绳?26 5(6×37+1)(长600m)3电动卷扬机5t(8台)4滑轮组4轮32t(8套)5导向滑轮单轮10t(16个) 注：电动卷扬机可调变速，采用变速卷扬机档位专用开关；另有专用同步控制器、配电柜、辅助设备。  图2 施工工艺流程 3 总体实施方案3.1 提升系统设计与制作 3.1.1 吊点的选定 结合工程实际并采用计算机分析网壳吊点受力情况，在保证吊装安全的情况下，选定吊点位置，具体分布如图3所示。  图3 网壳吊点平面示意 3.1.2 吊点支撑架设计 本工程中吊点支撑架设置在下部钢筋混凝土结构圈梁上，为了便于现场运输和安装，8个支撑架采用网架结构形式，在组装好的支撑架上部搭设滑轮组小平台，选定合适位置用于穿钢丝绳以固定滑轮。提升支架如图4、图5所示。  图4 H型钢三角形支架  注：Rx、Ry、Rz为支座反力，kN。 图5 钢桁架结构示意 3.1.3 吊具组装 将滑轮组穿入主绳。全部就绪后用20 t吊车把滑轮组吊在已经放好线的位置，用钢丝绳固定，并将8套滑轮组分别从支撑架上翻下，卡固在支撑架上，并在吊点位置卡固角度绳，以使各吊点均衡受力。 首先，将定滑轮用相应的钢丝绳固定在吊装支撑上，动滑轮固定在网架吊点位置；然后，将网架起吊用的主钢丝绳一端固定在定滑轮上，另一端全部穿过滑轮组(含定、动滑轮)，再通过固定于地面的导向滑轮固定到卷扬机上。本方案用土设备、土方法解决了钢网壳的整体提升问题，安全经济，是本工程施工的一个亮点。提升示意如图6所示。  图6 网壳提升示意 3.1.4 主要吊索具选用及验算 本工程为穹顶网架，沿穹顶圆周方向布置8个提升吊点，每个吊点均采用一组2×4滑轮组，由卷扬机牵拉完成整体提升。 网架整体提升重量为560 kN,单个起吊点的理论重量为560/8=70 kN。考虑到现场施工条件，为提高安全储备、确保施工安全，对每个吊点的装置(主要的起重支撑钢架、地脚固定螺栓和起重滑轮组等)设计时，起重荷载Q均按250 kN来取值，即Q=250 kN。 本工程中滑轮跑绳拉力P=19.75 kN。起吊钢丝绳采用φ21.5(6×37+1)，钢丝绳破断拉力为270 kN。 本工程中[P]=54 kN>P=19.75 kN。故选用φ21.5(6×37+1)钢丝绳作为主起吊绳是安全的。 本工程选用5 t慢速电动卷扬机，牵引力大于钢丝绳滑轮跑绳拉力，并有足够安全储备，满足提升要求。 3.2 卷扬机安装 1)将卷扬机牢固安装于选定位置，安装时要保证卷扬机筒的中心对准导向滑轮，避免吊装时速度不同。 2)卷扬机底盘要求平整，不允许倾斜，卷扬机后部用钢丝绳牢固地锚固在混凝土柱根部或用φ20的化学锚栓植于混凝土地面并连接固定。 3)钢支架及滑轮组的组装。钢支架采用H钢架焊接组成，前端采用两组滑轮组(4个滑轮车)，一根主(跑)绳φ21.5的钢丝绳，后端用八字形风缆绳固定。滑轮组穿绳是在地面进行，其顺序是与钢支撑对接→滑车绑扎→穿绳，按照滑轮组的要求人工穿绳。滑轮组展开的结构如图7所示。  图7 滑轮组展开结构 3.3 下吊点设置 在下吊点设置时，尽量使网架在吊装时的受力状态接近就位后的使用状态，因此整体吊装时的吊点设置在网架球节点上，采用捆绑的方式，如图8所示，捆绑时在吊点焊接球及与吊绳相交的杆件上加垫木块或者麻布，防止对成品构件造成损坏。  图8 吊点捆绑示意 4 提升施工过程及质量控制经分析，本工程网壳提升过程中各吊点的同步性对网壳施工安全的影响很大。为节省造价，提升动力设备采用卷扬机和滑轮组，同步性监测控制则主要依靠同步控制器和人工通讯。 4.1 提升步骤及过程控制 在网壳结构提升前，应由提升同步控制专业人员对系统进行安装和多次测试，确保提升系统的灵敏度和可靠性。并进行提升前的技术与安全交底，锚固各活动点并卡牢，做好吊具、提升系统的检查和试提升准备工作。 另外，在网壳结构的提升过程中，其偏移和倾斜均会对支撑架和网壳自身的受力状态有一定程度的影响。因此，在提升过程中应尽量保证提升的同步性。具体的提升安装步骤和控制措施如下： 1)试提升。网架离开组装平台300 m为第一阶段，测量各吊点标高并调整到一致。持荷2 h，现场应认真检查支撑架的受力情况、提升用的倒链受力是否均匀、连接卡扣是否有松动现象等，在确保各受力点“万无一失”后，方可正式提升。 2)正式提升。网架正式提升以50 cm为一个提升步，随时检查网架以及支撑架的受力状况，并随时进行调整。具体应符合以下步骤和要求： a. 由吊装总指挥发出正式起吊信号，同步控制台操作人员启动控制开关，提升开始。各个吊点提升要同步，提升速度为100 mm/min。提升至目标高度后(就位标高+400 mm)，将牵引绳与导向滑轮卡固，卷筒与卷扬机用插锁锁固。 b. 网架提升时要做到平衡提升，相邻两吊点相对高差允许值为支撑架吊点间距的1/400且不大于100 mm。具体措施如下：在每一组支撑架下设置刻度，并在网架上悬挂线锤，在网架的适宜位置悬挂钢卷尺，以控制网架提升的同步性。网架在提升到设计标高后，将所有吊点组锁死，防止在高空对接中吊点松动。 3)网架吊装就位后，进行网架初调以保证尽量接近设计要求，初调后方能进行下道工序的安装及焊接。 4)网架的高空对接和支座部分安装。利用原脚手架及塔吊进行高空散装，顺序由支座向两边分布进行。网架整体焊接结束后，对网架后续杆件节点进行打磨补漆。 5)周边封边构件安装完成后，先将卷扬机主绳收紧，打开底部锁卡，同步徐徐下降，同时倒链配合，使网架准确就位。完成后即可依次拆除吊装设备。 至此，完成整个提升安装工作。 4.2 安全提升应急措施 为确保网壳提升顺利进行，制定了总控制方案。提升安装中应提前关注天气预报，遇雨、大风和大雾天气停止施工。每次提升前对系统认真检查，并预演两次，保证操作系统正常工作。为防止提升用卷扬机出现故障，除加强检查措施外，另配备1台同等型号的卷扬机和相应长的钢绞线备用，并针对工程实际制定提升应急预案措施。 4.2.1 网架提升不同步 处理措施：锁定其他卷扬机，调整1台或几台卷扬机，同时注意观测吊点标高。预防措施：对卷扬机操作人员进行培训、使用同一型号卷扬机、采用多项同步控制措施。 4.2.2 钢丝绳损坏 处理措施：紧急临时固定，并及时进行更换。预防措施：系统安装前对原钢筋丝绳进行检查、保养；新钢丝绳应有合格证及检验报告；钢丝绳保证足够的安全系数；保证钢丝绳行走路线通畅，并且不与尖锐物接触。 4.2.3 卷扬机故障 处理措施：将跑绳固定后，更换卷扬机。预防措施：卷扬机进场后进行检查、维修和保养，并进行测试，确保运行正常。备用1～2台同等型号卷扬机。 4.2.4 突发暴雨、大风 处理措施：立即停止提升，将卷扬机进行锁定。雨后全面检查正常后，恢复整体提升。预防措施：提前关注天气预报；与气象台联系，确保提升工期内天气情况满足要求。 4.2.5 网架出现异常响声 处理措施：对出现异常部位进行检查，确认无误后，继续提升，否则进行加固处理。预防措施：深化设计时考虑吊装过程，对部分杆件进行替换或进行加固。 4.2.6 高空坠物 处理措施：进行详细排查。预防措施：网架外围拉设安全网；清理网架结构，确保无其他杂物。 4.2.7 突发停电 处理措施：卷扬机具备停电自锁功能。应查明原因，紧急抢修。全面检查正常后恢复整体提升。预防措施：确定提升日期后，及时与业主及相关部门联系，保证提升时不断电。 4.3 安装精度及质量控制 根据现行GB 50205—2012《钢结构工程施工质量验收规范》，本工程制定了质量控制目标，即本工程网壳的制作及安装允许误差不超过表2的要求。 如上所述，工程的提升施工方案根据实际情况精心选择了机具设备，制定了严密的同步控制措施，经实际检测，提升过程中最大不同步偏差仅为46 mm，远小于控制目标100 mm。网壳安装完成后进行检测，结果为：沿直径方向最大长度偏差 8 mm、最大支座偏移5 mm，完全实现了施工质量目标，验证了本工程方案的可行性和合理性。 表2 制作安装允许偏差 mm  部位项目允许偏差地面拼装焊接节点与钢管位移1 0矢高L1/1000且不大于5 0铸钢节点垂直度偏差每1m不大于7桁架跨度+5 0，-10 0高空拼装钢架节点偏移±5 0钢架长度±20 0桁架轴线错位横向桁架5 0纵向桁架3 0支座偏移纵向总长度30 0L/2000，且不大于30，不小于-30 注：L1为网架拼装长度；L为网架跨度；纵向为沿半径方向。 5 结束语本文对广州财富中心网壳穹顶整体提升施工技术进行了分析和讨论，结果表明： 1)对于结构形式复杂、跨度大的高空钢网壳穹顶结构的安装施工，整体提升是一种安全有效的施工方法。提升过程所需的绝大部分工作都在平台上进行，施工安全有较高保障。 2)采用网架结构作为提升上吊点的支撑架，不但受力可靠，而且便于支撑架现场水平和垂直运输，安装方便。 3)根据结构特点，本项目所提出的“地面拼装、整体提升、就位封边”施工方案采用卷扬机和人工信号通信，通过土设备、土方法解决了高空网架穹顶的整体提升安装问题，不但降低了工程成本，而且大大降低了高空及悬挑作业的工程量和安全风险，提高了施工效率，可为今后类似工程的施工组织设计、方案实施和施工过程监控提供参考。 参考文献： [1] 完海鹰，钟文龙，陈克军，等. 大跨度高空连体钢结构整体提升施工控制技术[J].合肥工业大学学报，2014，37(8)：971 - 975. 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Considering the characteristics of the structure and site construction situation of the grid dome, the construction solution was determined as assembling in ground, integral lifting, and sealing sides based on numerical analysis. This paper introduced the key points of the integral lifting of the grid dome in terms of design and combination of the lifting equipment, installation of the hoist, installation and debugging of the synchronous control system, stress checking of the main sling, and the safety measures in lifting emergency. Through the actual testing, the non - synchronism deviation was 46 mm, which was much less than control objective (100 mm) in the lifting process .The grid dome was lifted and installed with good construction quality. KEY WORDS：steel structure； grid dome； integral lifting； construction technology *国家自然科学基金项目(51408140,51378135)；高等学校博士学科点专项科研基金项目(20134410120005)。 第一作者：梁炳堃，男，1994年出生，本科生。 收稿日期：2015 - 07 - 31 DOI：10.13206/j.gjg201509019 电子信箱：279928576@qq.com |
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