膜構(gòu)知識庫
鋼結(jié)構(gòu)穹頂雙索提升施工技術(shù)
現(xiàn)如今，越來越多屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)體系，而大空間、大跨度的造型使得安裝難度驟增，由于穹頂鋼結(jié)構(gòu)整體提升時受液壓提升系統(tǒng)豎向力的作用，結(jié)構(gòu)發(fā)生彈性變形，在溫度作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生伸縮變形，穹頂結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)對接時高強螺栓無法自由旋入螺栓孔。單榀實腹式弧形鋼梁提升或吊裝時易產(chǎn)生平面外失穩(wěn)，根據(jù)以往的工程施工經(jīng)驗，在寧波羅蒙環(huán)球城商業(yè)地塊室內(nèi)游樂場施工過程中，總結(jié)出一種新型、安全、可靠、經(jīng)濟合理的鋼結(jié)構(gòu)穹頂提升、安裝工法并在實際工程建設(shè)中取得了成功。
● 工程概況
寧波羅蒙環(huán)球城是集休閑、旅游、購物于一體的文化都市綜合體，鋼結(jié)構(gòu)主要包括豎向結(jié)構(gòu)和屋面大跨度鋼結(jié)構(gòu)，其中，豎向結(jié)構(gòu)包括圓管混凝土柱和十字形勁性混凝土組合柱，屋面結(jié)構(gòu)包括35.4m跨、48.4m跨、70.4m跨屋面梁及支撐體系和南北半球體結(jié)構(gòu)。35.4m、48.4m跨的坡屋面為金屬屋面，70.4m跨的拱形屋面為采光幕墻，球體部分為雙曲結(jié)構(gòu)。
● 雙索液壓提升特點
雙索液壓提升有如下特點：
（1）液壓整體提升技術(shù)采用液壓同步提升系統(tǒng)，無需大型機械設(shè)備，節(jié)約了施工成本，而且設(shè)備準備容易，進出場方便，施工不受場地條件的制約；
（2）無需搭設(shè)腳手架，減少了安全風(fēng)險，降低了材料消耗；
（3）通過施工的全程模擬分析，為大跨度弧形結(jié)構(gòu)施工提供了科學(xué)支持。
● 工藝原理
大跨度實腹式弧形鋼梁液壓提升主要原理是：提升結(jié)構(gòu)在安裝位置下方進行整體拼裝，設(shè)置水平張拉裝置和豎向提升裝置，提升時水平張拉裝置隨豎向提升裝置加載而加載，當豎向提升裝置加載到提升單元離地時水平張拉裝置停止加載，提升單元在恒力狀態(tài)下進行提升。為保證提升單元順利就位，當溫度升高時水平張拉裝置加載，當溫度降低時水平張拉裝置卸載；當鋼柱間距偏大時水平張拉裝置加載，當鋼柱間距偏小時水平張拉裝置卸載。每個弧形梁下方的水平張拉裝置都能獨立操作。
● 大跨度實腹式弧形鋼梁液壓提升具體步驟
大跨度實腹式弧形鋼梁液壓提升具體步驟如下（圖1）：
（1）在提升穹頂單元正下方將提升單元通過拼裝胎架8將提升單元拼裝完成；
（2）利用銷軸7將水平吊具3和水平吊籠6安裝到L形耳板1上；
（3）將水平拉索5穿過拼裝胎架8，連接到水平吊具3和水平吊籠6上；
（4）利用銷軸7將垂直吊具2安裝到主結(jié)構(gòu)上；
（5）將垂直拉索4安裝到垂直吊具2上；
（6）試提升時采取逐級加載的方法進行提升，按照設(shè)計荷載水平拉索5先加載5%，垂直拉索4再加載5%，每次加載總是先增加水平拉索5再增加垂直拉索4，加載值按照設(shè)計荷載的5%、10%、20%、30%、40%、60%、80%、100%逐級增加，每級加載之間至少預(yù)留10min的觀察及檢查時間；
（7）當荷載增加到100%時，將整個提升單元脫離拼裝胎架8，離拼裝胎架8的高度為100~200mm；
（8）靜置時間為8~12h，檢查提升裝置及提升單元確認不存在安全隱患的前提下將提升單元提升到離拼裝胎架8約1m的位置靜置，拆除拼裝胎架8；
（9）將提升單元通過垂直拉索4進行提升，當提升單元的鋼梁上翼緣與主結(jié)構(gòu)下翼緣距離50~100mm時停止提升；
（10）利用鋼卷尺及角尺測量主結(jié)構(gòu)與提升單元的間距，若提升單元間隙小于設(shè)計值，通過液壓控制系統(tǒng)收縮水平拉索5使間隙大于或等于設(shè)計值；
（11）當主結(jié)構(gòu)鋼梁上翼緣與提升單元提升到同一位置時，垂直拉索4停止提升；
（12）安裝人員測量主結(jié)構(gòu)與提升單元間的間隙，通過調(diào)節(jié)水平索5使高強螺栓能夠自由地穿入螺栓孔；
（13）將高強螺栓全部安裝完畢后，焊接鋼梁的上下翼緣；
（14）卸載時先拆除垂直拉索，再拆除水平拉索；
（15）整個提升單元提升完成。
圖1 大跨度實腹式弧形鋼梁液壓提升示意圖（單位：mm）
● 操作要點
大跨度鋼結(jié)構(gòu)穹頂安裝難點在于確保提升過程安全以及鋼梁不產(chǎn)生變形。為確保穹頂屋架提升單元及主樓結(jié)構(gòu)提升過程的平穩(wěn)、安全，根據(jù)穹頂屋架提升單元的特性，采用“雙索應(yīng)用，吊點油壓均衡，結(jié)構(gòu)姿態(tài)調(diào)整，位移同步控制，分級卸載就位”的同步提升和卸載落位控制策略。
◆ 支撐胎架定位
依據(jù)穹頂鋼梁分段位置以及圓管柱、箱形梁的牛腿投影點，進行穹頂弧形梁拼裝和支撐胎架定位。從圓管柱牛腿及連接管柱箱形梁牛腿用線墜向下投點，確定牛腿的地面位置并做好標記。
◆ 吊點設(shè)置
吊點設(shè)置如下：
（1）采用液壓同步提升大跨度穹頂結(jié)構(gòu)，需要合理設(shè)置提升吊點，確保原結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力水平在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，盡量減小提升過程中實際狀態(tài)與設(shè)計狀態(tài)的差異，因此在每榀拱形屋架的拱腳均設(shè)置一個提升點。提升下吊點平面布置見圖2。
圖2 提升單元吊點平面布置圖（單位：mm）
（2）提升上吊點設(shè)置：利用已安裝到位的鋼柱及鋼梁牛腿設(shè)置提升支架，提升支架頂放置液壓提升器作為提升上吊點。提升支架采用型鋼制作并與主結(jié)構(gòu)焊接連接，焊接采用角焊縫，焊縫高度不小于12mm。液壓提升器通過提升專用鋼絞線與屋面鋼結(jié)構(gòu)整體提升單元上的對應(yīng)下吊點相連接。提升上吊點和下吊點布置如圖3所示。
圖3 提升上吊點（左）和提升下吊點（右）（單位：mm）
◆ 鋼梁水平張拉措施
提升過程中，弧形鋼梁兩端處于自由狀態(tài)，其自重產(chǎn)生的水平分力很大，為防止提升過程中鋼梁向吊點外伸出并伸長變形，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提升過程中需在吊點位置鋼梁底部增設(shè)水平張拉措施，防止其變形，滿足設(shè)計及提升工藝要求。鋼梁底部水平拉索張拉采用液壓提升器及鋼絞線進行張拉，具體措施如圖4所示。
圖4 鋼梁水平張拉措施
◆ 提升節(jié)點設(shè)計
考慮施工方便并且傳力明確，下吊點及水平拉索節(jié)點采用雙L形耳板統(tǒng)一設(shè)置，L形耳板上部連接提升下節(jié)點吊具，L形耳板水平端連接水平張拉索的吊籠（提升器）及吊具（地錨，見圖5）。
圖5 提升節(jié)點設(shè)計
◆ 姿態(tài)檢測調(diào)整
姿態(tài)檢測調(diào)整有如下措施：
（1）用測量儀器檢測各吊點的離地距離，計算出各吊點的相對高差，通過液壓提升系統(tǒng)調(diào)整各吊點高度，使屋面網(wǎng)架提升單元達到水平姿態(tài)；
（2）以調(diào)整后的各吊點高度為新的起始位置，復(fù)位位移傳感器，在屋面網(wǎng)架提升單元整體提升過程中保持該姿態(tài)直至提升到設(shè)計標高附近；
（3）屋面網(wǎng)架提升單元在提升及下降過程中，因為空中姿態(tài)調(diào)整和桿件對口等需要進行高度微調(diào)，在微調(diào)開始前，將計算機同步控制系統(tǒng)由自動模式切換成手動模式，根據(jù)需要對整個液壓提升系統(tǒng)中各個吊點的液壓提升器進行同步微動調(diào)整（上升或下降），或者對單臺液壓提升器進行微動調(diào)整。微動調(diào)整即點動調(diào)整精度可以達到毫米級，完全可以滿足屋面網(wǎng)架提升單元安裝的精度需要。
◆ 提升就位
提升就位措施如下：
（1）屋面網(wǎng)架提升單元提升至設(shè)計位置后暫停，各吊點微調(diào)使主桁架各層弦桿精確提升到達設(shè)計位置，液壓提升系統(tǒng)暫停工作，保持屋面網(wǎng)架提升單元的空中姿態(tài)，主桁架各層弦桿與端部分段之間對口焊接固定，安裝斜腹桿后裝分段使其與兩端已裝分段結(jié)構(gòu)形成整體穩(wěn)定受力體系；
（2）液壓提升系統(tǒng)同步卸載至鋼絞線完全松弛，進行屋面網(wǎng)架提升單元的后續(xù)高空安裝，拆除液壓提升系統(tǒng)及相關(guān)臨時措施，完成屋面網(wǎng)架提升單元的整體提升、安裝。
● 結(jié) 語
現(xiàn)全國各地大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑物及構(gòu)筑物如雨后春筍般拔地而起、遍地開花，這些大跨度建筑物及構(gòu)筑物大多采用造型復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)及實腹式型鋼結(jié)構(gòu)，普通吊裝機具無法滿足施工要求，給施工帶來諸多難題，雙索提升技術(shù)能解決一般施工機具無法解決的吊裝變形、溫差變形、平面外失穩(wěn)等難題且經(jīng)濟效果顯著，值得推廣和應(yīng)用。