异形双曲面悬挑网架无支撑架分块吊装技术研究与应用
0 引言
悬挑式网架被广泛应用于看台挑棚结构,其原因是悬挑网架前端无支撑柱,减少了对观众视线的遮挡,故该结构被大量运用于半封闭式体育场馆。该类型网架安装常用方法为:整体提升法、满堂脚手架施工法、分块吊装法(传统分块吊装法)。本文所介绍的施工方法安装就位过程不使用任何支撑架及满堂脚手架,顺应网架本身的结构受力原理,按网架支座点分块,支座点较少无法形成静定分块单元时,将支座支点与吊车吊点组合受力,静态与动态相结合,将不稳定变为稳定,完成分块单元就位及合龙,安装过程不使用任何支撑架。此方法施工成本低,工期短,对其他专业施工影响小。
1 工程概况
某足球训练基地一期工程———足球场看台挑棚为钢结构网架,由Ⅰ区、Ⅱ区2部分组成,采用大跨度拱形网架结构,足球场效果如图1所示。Ⅰ区网架重约480t,南北最大尺寸为203.22m,东西最大尺寸为45.255m,最大悬挑尺寸为30.315m,最大悬挑点距地面高度为46.47m,网架节点形式为螺栓球、焊接球混合节点,支撑形式为下弦多点支撑。Ⅱ区网架重约470t,南北最大尺寸为187.74m,东西最大尺寸为76m,最大悬挑尺寸为31.76m,最大悬挑点距地面高度为33.5m,网架节点形式为螺栓球、焊接球混合节点,支撑形式为下弦多点支撑。网架以上屋面为铝镁锰金属屋面。
2 分块吊装单元与悬挑散装区划分
划分原则为:分块吊装区需按支座点位置进行网架分块划分,保证第1个吊装单元涵盖的支座点使第1个分块单元就位后为独立稳定的受力结构,其他吊装单元就位时依靠自身涵盖的支座点为不稳定体系,但与前一分块单元空中拼接后形成稳定体系。分区、分块如图2所示。
3 网架分块拼装
3.1 网架地面拼装
先将网架分块吊装单元平铺于地面进行拼装,不考虑网架就位时姿态。
3.2 利用胎架在地面调整网架就位姿态
由于挑棚悬挑网架姿态为前端上仰,故前端支座设置柱帽树叉支撑杆件,此杆件需在分块单元地面拼装时与网架拼装成整体进行吊装,但树叉支撑下方的支座球为实心半球,故支座半球不能与树叉支撑拼装成整体吊装,避免由于半球角度微偏差导致半球与柱顶平面出现间隙。拼装树叉支撑时,需将网架分块调整至就位姿态,这就需要设置定位胎架,胎架高度及平面位置需按网架就位时的坐标点确定,该坐标点从网架三维模型中提取。网架从平放状态到落于定位胎架的过程需用起重机进行吊装落位,落位后姿态如图3所示。
由于支撑点反力点与网架就位后的支座点反力点位置不同,故需对该工况下的网架应力及变形进行验算,若验算不合格,需对变形或应力超标杆件进行补强或换杆处理。由计算结果可知,该工况下网架应力及变形符合要求,不必采取补强或换杆措施。
3.3 网架支座处柱帽支撑杆件拼装
网架完成姿态调整后即可进行树叉支撑杆件拼装,由于支座半球不能与树叉支撑拼装成整体,且此半球需预先放置于柱顶,故为保证树叉支撑的拼装精度,需在支座半球位置设置临时拼装球,此球与树叉杆件只拼装不焊接,为保证树叉支撑在吊离临时拼装球时自由端出现位移变形,需在自由端设置临时拉杆将4根树叉支撑拉结在一起,待网架就位后与支座半球焊接完毕再将此临时拉杆拆除。后端支座球为整球,不受拼装角度限制,地面拼装时可将其与网架拼装成整体进行吊装,但支座球下十字肋板及支座底板需与球分离吊装,网架就位后再将支座球与十字肋板进行焊接,避免支座底板与柱顶出现间隙。支撑杆件拼装如图4所示。
4 分块单元吊装
网架分块单元地面拼装完成即可进行分块单元吊装就位,为控制分块单元空中合龙对网架整体安装误差的累积,第1吊装单元应选择中间单元进行吊装,且此单元在网架分块时已设定,保证其涵盖的支座点在就位起重机卸力后为稳定体系。其余吊装单元本身涵盖的支座点不足以构成稳定体系,但在就位过程中辅助以起重机吊点支撑保证其稳定性,就位后与相邻安装单元对接合龙后可形成稳定体系。
为保证网架平稳就位,需采用原位吊装法,即保证分块单元在地面胎架上拼装完毕的姿态,这就需要在吊绳上设置手拉葫芦调整吊绳长度,保证在分块单元从地面提升至落到支座就位过程中,姿态保持不变,如图5所示。
吊装过程由于吊点反力点与网架就位后的支座点反力点位置不同,故需对该工况下的网架应力及变形进行验算,若验算不合格,需对变形或应力超标的杆件进行补强或换杆处理。由计算结果可知,该工况下网架应力及变形符合要求,不必采取补强或换杆措施。
5 分块单元就位调整及空中对接
第1吊装单元吊装就位后,需对该单元的坐标点进行复测微调使实际坐标值最大程度地接近理论坐标值。调整方法为:将分块单元落位后,起重机卸力,然后利用全站仪测量分块单元4个角点球坐标,与理论值比较,对于实际标高大于理论标高的角点,用起重机将网架提起后切削相应位置的支座劲板上端边缘(前端支座为树叉支撑下端边缘),如图6a,6b所示。对于实际标高小于理论标高的角点,将对应位置吊绳上的手拉葫芦收紧直至达到设计标高(见图6c),然后将支座球与支座劲板间的缝隙(前端支座为支座半球与树叉支撑杆件之间的缝隙)利用钢板块进行衬垫(见图6b),然后将手拉葫芦放松,再对该角点坐标进行复测,如果由于网架挠度变形较大,放松手拉葫芦时,该角点标高下降值较大,则需再重复以上操作,将垫块厚度增加,直至吊绳卸力后该角点标高最大程度地接近设计标高。第2吊装单元就位时对坐标点的调整同上,不同之处在于该网架单元与第1块网架未合龙前靠近合龙缝一侧的吊绳始终不能卸力,可适当调整手拉葫芦长度控制网架合龙缝一侧角点标高。第2吊装单元坐标点调整到位后即可安装合龙杆件(空中补缺杆件),安装此杆件时需在空缺下方设置水平安全网,保证施工人员安全操作,如图7所示。其余单元块就位调整对接同第2吊装单元。
分块网架就位后由于未形成整体,网架受力与设计计算网架形成整体后的受力有所不同,故需对分块网架就位时的受力工况进行验算,若验算不合格,需对变形或应力超标杆件进行补强或换杆处理。由计算结果可知,在该工况下网架应力及变形符合要求,不必采取补强或换杆措施。
6 分块吊装单元吊点选择及应力监测
分块单元吊装过程中,吊点对单元体的反力与网架就位后的支座对网架的反力相差较大,故制订吊装方案时,应对吊点对单元体反力产生的应力及变形进行验算,若应力及变形较大则需进行吊点位置调整,直至将吊点调整至最优状态,即应力及变形相对较小状态。若有超应力杆件需进行换杆处理。对应力较大杆件进行应力监测,即在吊点球附近应力较大的杆件上粘贴应力片,在吊装起始提升高度为100~200mm时停顿,对粘贴应力片的杆件应力进行监测,如有超应力杆件立刻将网架放回原位,对超应力杆件进行换杆处理。网架分块单元吊点为4个,如图8所示。应力片粘贴位置如图9所示。
7 结语
采用无支撑架分块吊装技术,网架拼装、焊接的大部分工作在地面完成,大大减少高空作业,利于施工质量的保证、降低施工安全风险,同时相比高空作业,施工效率提高。分块单元吊装就位过程中无需搭设临时支撑架,解决临时支撑架搭设影响下部其他工种作业的问题,同时减少施工费用的投入,节约资源。
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