大跨度球形网壳的悬挑法安装.doc

大跨度球形网壳的悬挑法安装芜湖天航科技（集团）股份有限公司 叶国平内容提要：本文讨论了海螺集团水泥厂预均化堆场球形网壳结构施工方案的选择，施工工艺的采用。该工程施工时，采用了悬挑法不加辅助支撑进行安装，采用了节点坐标控制法保证支座安装精度，有效地缩短了工期和降低了成本。该工程的顺利竣工，为网壳结构的施工提供了一个有价值的参考方案。关键词：悬挑法安装、节点坐标控制法、球形网壳引言 本文讨论的大跨度网壳安装施工是中国海螺集团水泥厂预均化堆场的大跨度穹顶网壳，为水泥厂搅拌原材料所用，每个水泥厂建3-5座，直径从45m-110m不等。现以直径110m网壳为例讨论安装方法。该网壳为一球冠形网壳结构（图一），网壳跨度大，标高高，结构内部的旋转设备及输送通道均需在结构安装前安装完毕，所以给结构安装造成了较大困难，给施工机械运用、施工周期控制、项目成本控制均带来难度。国内企业安装类似工程，有采用高空散装（满堂红脚手架）法，有整体吊装或拔杆提升安装法，还有采用将球壳分成几瓣地面拼装，再起吊组装。不论采用何种方法，施工周期均需三到四个月，高空散装法、整体吊装或提升成本高，支座安装精度控制困难。将球壳分瓣拼装过程中，现场割杆，换球及返工现象屡有发生，原因是安装过程中安装顺序不合理、局部内应力较大、缺乏有效的安装精度控制手段等原因所造成。经过多个工程实践，我们总结了旋挑法不加辅助支撑安装方法，辅以节点坐标控制法能有效地缩短工期，保证施工质量。1 工程概况： 海螺集团水泥厂预均化堆场采用螺栓球节点网壳，正放四角锥结构，网壳支座处直径为110m，周边32个支座均布，支座标高为1.815m，网壳顶部标高为32.986m，网壳厚度2m，展开面积为：12800m2，网壳局部开门洞和输送皮带廊入口（图一）。 网壳构件规格为：螺栓球最小为BS100，最大为BS240；杆件钢管规格最小为75.53.5，最大为2038；高强螺栓规格最小为M20，最大为M48。2 安装方案的选择2.1网壳结构的常用安装方法：2.1.1满堂红脚手架法： 该方法是在地面搭设满堂脚手架，并在脚手架上铺设跳板或竹篱笆，形成台阶形安装平台，进行高空构件理论位置散装。网壳构件在安装过程中因可以加临时支撑，其受力与理论值相近，施工安全、准确，但施工费用高，周期长。在网架拼装初期，由于脚手架阻碍，支座定位也需辅以节点坐标控制法。2.1.2整体吊装或拔杆提升安装法：该方法是在场地允许的条件下，进行地面整体拼装，然后利用大型吊机或拨杆进行网壳结构整体吊装（图二）。这种安装方法的特点是施工周期较短，但在球壳矢高较大时，对吊装设备、机械使用和吊装方案安全性要求高，而且，施工过程中部分杆件的拉、压性质会发生变化，因此，施工前应进行吊点的施工内力分析，合理地确定吊装点的位置和数量。最理想是在设计时考虑吊点位置。2.1.3悬挑法安装：该方法是先将网壳下部拼装成可承受自重、稳定的结构体系，再在地面将网壳拼成小拼单元（三角锥），用提升设备送往高空进行组装，逐步扩展（图三为截面示意图）。这是一种简单、经济的施工方法，采用节点坐标控制法，安装初期即可方便地将支座一次定位。但是，在网壳未封闭之前，少数构件的施工内力甚至可以达到整体实际计算值的几十倍1，所以，施工阶段应进行内力验算。2.2本网壳安装方法的选择：2.2.1本网壳呈球冠状，满堂脚手架必须搭成阶梯形才能满足使用。这样，不仅人力、物力耗用过多，而且施工周期长；况且，网壳下部的预均化设备必须先行安装，其高度接近网壳下弦，输送皮带廊要入内（图四），并与脚手架杆件发生干涉，因此，利用满堂脚手架方法不可取。2.2.2由于本网壳实际展开面积12800 m2，直径110 m。这种大跨度、大面积的网壳结构进行整体吊装，或将球壳分成几瓣地面拼装，再起吊组装。目前起重条件不允许，而且，先行安装设备之后，也无法实施拔杆提升法安装。2.2.3根据以上条件限制，我们经过多种施工方案比较，在初期采用悬挑法加辅助支撑安装，最后简化成采用悬挑法不加辅助支撑安装。2.3施工方案及可行性分析：2.3.1选用悬挑法安装，能保证网壳内部设备的先行安装、调试， 输送皮带廊先行安装进入网壳内部。2.3.2在网壳内搭设一圈6m左右径向宽度的脚手架（图四），便于网壳支座就位，便于网壳未形成封闭结构前，临时承受结构自重。2.3.3节点坐标控制法。在网壳施工场内架设经纬仪、水准仪，用其观测球节点X、Y、Z坐标，将之与其理论位置（理论位置图四可在网架设计软件的设计模型中查得）比较，及时找出支座误差，采用葫芦、千斤顶拉、顶的办法消除误差，以便保证支座安装精度。同时监测安装挠度，防止施工内力过大，引起结构变形。我们称此法为“节点坐标控制法”。2.3.4在网壳搭出下部三层网格形成能承受自重结构后，部分操作工在网壳腹杆上绑捆木跳板，系安全带进行整体组装，部分操作工在地面将杆、球拼成三角锥，用自制的卷扬工装及旋转吊臂将三角锥吊到安装位置。组装从一点向两边周向安装，最后交于一点形成一圈即组装完一层网格。第二层再从一点开始逐步向两边周向安装（见图四、图五）。2.3.5网壳在下部2/3高度范围内，自重形成的水平分力较小，图五每圈合拢较为方便，逐渐向上安装时，水平分力加大，开始采用手动葫芦利用下部稳定结构，在合拢处向外拉开杆、球，校正节点位置，以便网格合拢。2.3.6安装过程中，我们未采用加辅助的方法来防止网壳下挠。这是因为一方面网壳高度较大，辅助支撑本身的刚性、稳定要求较高；另一方面，我们在设计软件中模拟施工工况进行了多层受力分析，结论是网壳本身刚度较大，不需要另加支撑来控制网壳在自重作用下的变形。采用上述方法，我们仅用60天的时间就完成了网壳的现场安装，有效地保证了工期和节约了施工成本。在后续的三心网壳等几十座网壳安装中我们也采用了该施工方法，取得了良好的经济效益和社会效益。3 结语和建议3.1.1用网架结构设计软件确定特征球节点（一般对称选择4-6点）的理论空间坐标，辅以经纬仪、水准仪等测量工具，控制大跨度网壳的安装精度，是一条行之有效的方法。当然，能够采用全站仪代替经纬仪、水准仪测量精度会更高。3.1.2大跨网壳安装过程中，是否加辅助支撑，取决于网壳本身的刚度，如果已封闭的网壳结构本身刚度不足，就必须加设辅助支撑，一般均匀加设三处。这样才能减小网壳形变，达到控制内力峰值的目的。3.1.3由于网壳安装到顶部进行封顶时，构件自重产生的水平分力相对增大，构件安装难度很大，如果网壳高度不大，理想的方案是在网壳中心处搭设一个相对稳定的简易操作平台，以便于施工人员操作和网壳构件组装困难时利用千斤顶操作。当网壳高度较大时，可以在顶部以下2-3圈处均匀加设三个辅助支撑减小挠度。3.1.4适用范围。悬挑法安装球形网壳适用于各种直径的稳定结构。当球壳开口过大，刚度不足时，可临时加封口杆件将开口封闭，待安装后拆除。最理想是在网壳设计时，考虑