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复杂施工场区的大跨度空间网架安装技术

时间:2017-09-08 18:11

北京住总第一开发建设有限企业 吴赞广 田磊

       摘  要 :本文先容了小武基垃圾转运站综合工房一A区网架吊装施工技术。该工程在施工场地狭小、内有建筑物不能破坏的复杂工况下,通过采用起步吊装+高空散装的施工方法,成功的完成了大跨度空间网架安装,总结了一套包含材料拼装、构件吊装、安全防护等方面的成果,可为今后其他类似工程提供参考。

       关键词:大跨度网架,复杂施工环境,临时支撑设置,安全防护

1.工程概述

       本工程名称为小武基垃圾转运站全密闭除臭工程项目。综合工房一为本工程最大的单位工程,结构形式为空间网架结构、门式钢架结构,总建筑面积15178m2,由A、B、C、D四个区组成,其中A区屋面为空间网架结构,最大跨度72m,网架投影面积为7866㎡(15-29/A-L轴),平面尺寸72m*109.25m,支撑为上弦多点支撑,支撑点为钢柱支撑,支座标高为21.6m,网架为三层网架,网架最大高度7.6m,网架杆件(60、75.4、88.5、114、140)材质为Q235B,159材质为Q345B,封板、锥头、套筒材质为Q345B,螺栓球材质为45#钢,高强螺栓材质为40cr。屋面为两面坡形式,周边支撑分布在44个钢柱顶支座上,网架均采用正方四角锥螺栓球网架。

图1 综合工房一A区屋面网架平面布置图

       综合工房一A区屋面网架结构位于原有建筑上侧,网架最高点26.5m,下悬杆标高16.7m,屋面网架与原有建筑东侧水平距离为18.2m,西侧水平距离为3.2m,原有建筑屋脊最高点标高16m,原有建筑与新建屋面网架下悬杆间垂直距离最大处3.04m,最小处0.7m。

图2 综合工房一A区屋面网架与原有建筑物关系图

2.施工难点

      现场场地狭小。综合工房一A区西侧宽度6米、南侧宽度10米、东侧宽度18.2米(新老建筑之间),施工方案选择时需充分考虑现有场地情况,合理确定方案,包括材料码放、吊车站位等。厂区内侧原有建筑物影响材料的垂直运输,吊车出臂角度、原有建筑物与新建建筑之间的缝隙以及临边防护等为施工难点,施工过程中需加强控制。

3.复杂工况下大跨度网架安装

3.1施工方案的确定

      根据以往的施工经验,并紧密结合现场实际,为保证网架顺利安装,项目部技术人员准备了四种方案,经过多轮研讨比选,本着安全第一同时又能够保证施工质量并且经济合理的原则,最终确定第四种方案为最适合本工程的方案,具体如下:第一种方案:塔吊安装(排除原因,场地西侧空间狭小,个别位置立塔以后无法拆除。)第二种方案:滑移法(排除原因,本工程竖向为钢结构(刚度较低),滑移法对竖向结构刚度要求高,其次滑移法需竖向结构整体成型后方可进行。)第三种方案:起步脚手架平台组装+高空散装(排除原因,起步需搭设高大脚手架,架体基础需利用原有建筑,安全隐患较大。)第四种方案:起步吊装+高空散装,为最适合本工程的方案。

3.2施工方法

      在比较几种安装方案后,从经济性、安全性、质量保证及工期进度等因素综合考虑后,我企业决定本工程采用支撑架单元吊装法+高空散装法,其中,27-29/A-L轴网架采用单元吊装法,15-27/A-L轴部分屋面网架采用高空散装法。工艺流程为

图3 工艺流程图

3.2.1起步吊装

       A区屋面网架起步吊装需在竖向钢柱、钢梁结构完成并验收合格后进行。起步吊装屋面网架(27-29/A-L轴)宽度为13米,现场可供拼装的场地是10米,所以拼装采取两步式,一部分在地面完成,一部分在空中完成(网架拼装采用1台25T汽车吊配合人工完成)。地面拼装10米,单片(72m*10m)总重量26吨(按30吨计算),起步吊装选用两台350T+超起吊车将地面拼装好的构件吊装到安装高度(16.8米)28-29轴平面位置,将网架与周边支座及两侧临时支撑固定,吊车不卸载,在空中继续散拼至27轴,与27轴两侧支座及27轴交G轴混凝土柱上临时支撑连接,然后吊车卸载,起步吊装完成。

       选择起步吊装吊车时,需考虑构件重量、吊装距离、安装高度、是否抗臂等,同时要考虑安全系数,还要现场踏勘吊车站位场地(现场地为混凝土路面),确保满足承载力要求。

图4 QAY350A汽车吊作业范围图(主臂长度80m)

 

表1 QAY350A主臂+超起工况起重性能表主臂长度80米

支腿全伸       纵向×横向:8.93米×8.53米     全配重(105T)工况

工作幅度

(表中起重量单位:T 臂长、幅度单位m)

m

59.8

64.8

69.8

74.8

80

12

38.5

30.5

 

 

 

14

38.0

29.5

25.2

 

 

16

37.5

28.5

24.2

25.5

21.7

18

37.0

27.5

23.2

25.5

21.0

20

36.5

26.6

22.2

25.0

19.6

22

36.0

25.6

21.4

24.5

19.1

24

35.5

24.6

20.4

24.0

18.5

26

31.3

23.7

19.9

23.5

17.9

28

28.4

22.7

19.5

23.0

17.3

30

25.1

21.6

18.9

22.5

16.8

32

23.2

20.9

18.2

21.0

16.2

34

20.7

19.5

17.6

19.2

15.6

36

18.6

18.0

17.1

17.5

15.0

38

16.6

16.2

16.0

16.2

14.4

40

14.9

14.5

14.6

14.2

13.9

42

13.4

12.9

13.5

13.0

13.4

44

12.0

11.7

12.0

11.5

12.0

46

11.0

10.8

10.9

10.4

10.6

48

9.2

9.3

9.8

9.7

9.6

50

8.2

8.3

8.9

6.5

8.8

52

7.6

7.8

8.0

7.6

7.9

54

7.0

7.1

7.2

6.6

7.1

56

 

6.3

6.3

5.9

6.2

58

 

5.8

5.5

5.2

5.4

60

 

5.0

4.9

4.6

4.8

62

 

 

4.2

3.8

4.1

64

 

 

3.5

3.3

3.6

66

 

 

 

2.8

3.2

68

 

 

 

2.2

2.8

70

 

 

 

 

2.4

主臂组合

012222

112222

122222

222222

333333

倍率

4

3

3

3

2

吊钩重量

1.15T

 

 

0.6T

 

表2 起步吊装吊车选择

汽车吊

构件重量(t)

工作半径(m)

工作臂长m)

起重性能(t)

安全系数

能否满足要求

西侧350T+超起

13T

30m

59.8m

25.1*0.8=20.8

25.1/13=1.97

东侧350T+超起

17T

28m

59.8m

28.4*0.8=22.72

28.4/17=1.67

      网架吊点选择:网架吊装时,钢丝绳用U形卡环绑扎在螺栓和球相对较大球节点位置处(即靠近网架支座点网架受力较大位置,吊点位置靠近支座点接近于网架安装自然受力状态,不易产生别杆件受力变形),每台吊车吊四球节点(附图)。

      根据起步吊装吊点反力图,最大反力为47.2KN,考虑钢丝绳与吊点成45度夹角,选用直径26钢丝绳做吊索(66.76KN小于75KN(500*26*26/4.5))。

图5 起步吊装吊点反力图

起吊过程中,起步跨杆件无超应力杆件,应力比<1。

 

图6 起步吊装阶段起步跨各杆件应力比

起吊过程中,两台吊车须统一指挥,步调一致。

图7 网架起步吊装图

3.2.2高空散装

      综合工房一A区剩余(15-27/A-L轴)屋面网架采用高空散装法进行安装。高空散装指的是在已安装的网架上向前延伸,先在地面上按图纸拼装成一个个小椎体(单个椎体0.25T),用汽车吊(25T)做提升工具将其提升到需安装高度,然后安排几名队员迅速把各自的杆件拧入到各自的节点螺栓球孔内。一个小单元拼装结束后,用同样的方法再安装下一个小单元,如此反复安装,形成一座完整的网架。 在安装的过程中,各个部门、工种分工明确,地面上有人负责配置材料、运输、拼装小单元等,流水作业,有条不紊。

 

图8 高空散装吊车平立面布置图

3.2.3临时支撑设置

      经过计算和验算,在起步跨下弦球节点处设置三个临时支撑点。因网架跨度较大,在每安装完一个柱距后,按此方法设三个临时支撑点,在安装的过程中可以避免网架下挠,两侧位置采用网球支撑架,中间部位因位于原混凝土楼板上侧,经过计算和现场勘测,利用原有混凝土柱头架设千斤顶做临时支撑。两侧共4个(两组)临时支架交替使用,直至网架安装完成。临时支撑设置位置均根据工况动态计算得出,设置临时支撑位置网球下反力与临时支撑承载力均经过计算,确保临时支撑能够承受住所支撑位置的荷载。

图9 临时支撑设置立面图

图10 柱头临时支撑大样图

图11 临时支撑支点反力图

 

3.2.4网架施工高处作业防护措施

       本工程网架施工过程中高处作业的主要防护措施包括两个阶段:起步吊装阶段和高空散装阶段。综合工房一A区网架位于原有建筑上侧,屋面网架与原有建筑之间东侧水平距离为18.2m,西侧水平距离为3.2m。高空防护重点集中在屋面网架与原有建筑之间。

      起步吊装阶段安全防护需预先在起步拼装跨下侧挂安全网,起步安装时工人需挂好安全带,确保高处作业安全。

      高空散装阶段为确保施工安全,在原有厂房与新建结构中间悬空部位挂安全网,安全网沿网架安装方向(跨度方向)下弦杆件方向悬挂,采用钢丝绳做悬挂骨架,安全网需悬挂双层,间距不大于10米,同时安全网沿网架拼装方向需超出作业区6米。

      另外,网架高空散装时,作业人员会借助原有屋面作业,因原有屋面部分为彩钢屋面,作业时原屋面上禁止堆载,同时采用大芯板对原有屋面进行防护。原有屋面四周临边部位需搭设1.5米高护身栏并悬挂密目网。安装工人需佩戴双保险的安全带,随走随挂(两根保险绳交替使用)在生命线上,达到施工安全的目的。

     图12高处作业安全防护布置图

3.2.5施工监测

      网架安装过程中需对竖向钢结构持续监测,尤其需加强监测钢柱的垂直度以及柱顶的水平位移。

      网架校正:为确保网架上下弦杆件的安装质量,每安装两个柱距的网架后,应用经纬仪检查一次上下弦杆的轴线偏差。杆件轴线偏差较大的,应重新调整网格尺寸,确保网架纵向轴线与横向轴线满足设计要求。

      本工程跨度大,单体建筑较长,如果安装挠度控制相差很大,网架将无法正常连接。 因此安装过程中安装精度控制非常重要, 挠度控制就是安装精度的一个主要控制目标。为保证网架整体尺寸,必须严格控制网架杆件尺寸精度和节点球的加工精度,杆件的尺寸正负差要尽可能为零,即杆件的正负偏差的数值要一样。为了在网架安装中随时监控网架节点的挠度及安装精度,施工时可在网架下面设置几个测量参考点,结合本工程屋面网架平面布置及现场条件,本工程可利用原有建筑屋面架设仪器进行检测控制。

图13网架挠度观测点布置图

4.结束语

       小武基垃圾转运站全密闭除臭工程综合工房一A区屋面网架施工,通过方案的精心选择,以及现场严密的施工组织,自2017年3月17日至2017年4月20日,历时1个月左右,最终72米大跨度网架在复杂施工厂区得以顺利安装,满足了施工质量、安全、进度要求,得到了建设单位和监理的一致认可,为企业带来了良好的社会信誉。

      本工程施工方案的选择紧密结合现场,住一企业以及项目部人员对网架施工全程参与,达到了培养技术骨干、锻炼技术队伍的目的;本工程方案的选择过程、起步吊装、临时支撑设置、以及安全防护措施,可以为类似场地狭小、环境复杂的区域进行大跨度网架安装提供一定的参考。

参考文献

[1] 张智飞.大跨度网架安装施工组织探讨.能源电力.2095-2066(2015)32-0043-02

[2] 张学刚、韩志勇.大跨度钢网架安装工艺和质量关键点防控.2011(11)

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