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网架结构以其独有的结构特点和安全冗余度，在各类大型建筑中被频繁使用，尤其在车站、展览馆等场所。而整体提升施工技术作为一种成熟可靠的施工工艺，在大跨度钢网架结构施工中得到了广泛应用。但由于人们对建筑美学及功能需求，导致了建筑形式复杂多样性，传统的整体提升无法直接被应用在施工中，需采取其他关键措施来共同完成结构施工。
摘要：本工程中钢网架的自身截面高差较大，需采用分块累积提升的工艺，那么必须将整个网架结构分割成若干单元块后进行累积提升，因此提升阶段的网架结构状态区别于原设计状态，为保证网架安装后，能符合原设计要求，故采用了主动约束拉索的施工工艺，来控制网架的变形，通过拉索约束来模拟出分块网架提升时在原结构中的受力状态，确保网架分块在原设计结构中的状态一致。
1.工程概况
南东火车站的钢屋盖为大跨度正放四角锥焊接球网架结构（最大跨度66米），结构顶标高为47.450m，整个钢网架屋盖由钢管混凝土柱支撑。网架杆件最大规格为Φ351*30mm，焊接球直径最大为900mm，材质均为Q345B。整个屋盖约8万平米，钢屋盖结构中设置了2到伸缩缝，将整个屋盖划分为独立的3段结构，三段结构分别组织施工（A、B、C三个施工分区）。由于施工场地及工期等因素无法采用累积滑移的方案，传统方案更无法实施。因此对施工区段进行切割后采用累积提升的施工方案，将网架结构在候车层结构面上进行拼装，然后通过累积提升工艺将网架结构安装就位。
下图一为该网架结构剖面图。下图二为提升分块划分，将中跨（高跨）与两侧边跨（低跨）切开，把中跨也落到候车层结构层上进行施工，然后单独提升中间跨，使之与两侧结构连接形成原设计截面尺寸，然后整体继续提升。
图二
2.技术可行性分析及措施
（1）结构分析：钢网架采用网架杆件直接焊接在钢柱的侧壁，并非传统球铰支座，致使网架与钢柱的连接节点刚度很大，即钢柱对网架结构有一定的约束作用。同时整个网架结构为一整体，网架在结构支撑柱位置上部有负弯矩，类似于连续梁结构形式。因此中跨网架结构在原设计状态时受到2种外界约束，一是边跨网架在钢柱部位形成的负弯矩对中跨的约束，二是钢柱对中跨网架产生的约束，及时采用SAP2000软件进行模拟核实，该情况在与原设计沟通时得到验证。
（2）技术措施：中跨网架先单独提升时，若不采取措施，跨中挠度势必会很大，无法满足规范验收要求，我们需要采取措施模拟出分块后的中跨网架在原结构中的受力状态。因此我们采取了在网架下部设置一道水平拉索来约束中跨网架的变形和位移，该拉索构造上需具备主动调节拉索内力的能力。实质上是通过拉索约束来模拟分块网架在原结构中的受力状态。下图三为拉索示意。
图三 水平张拉索的示意
3.计算分析及工装设计
（1）确定了采用拉索措施后，就方案可行性做进一步的深化，根据结构特点和前期初步计算结果，以第二分段（即B区）为例，在5对钢柱间布置5道拉索（见图四）。下图五为网架不采用拉索措施时的挠度值，不加拉索单独提升中跨部分，跨中最大下挠347.8mm，大于L/250=66000/250=264mm，不满足《空间网格结构技术规程》要求，挠度太大无法实施。图六为增加拉索后的挠度值，其最大挠度为139mm，这部分挠度可通过结构起拱的方式进行找平弥补，可见拉索的使用能有效控制网架结构的变形。提升工况下水平拉索的最大拉力值为1548KN（见图七）。
（2）根据计算结果，5道拉索的内力各不相同，最大的为1548KN，最小的为806KN。拉索的内力如何控制，如果直接采用钢索与结构固定死，那么拉索在拉力的作用下会伸长变形，起不到预定的约束作用。拉索构造如何实施成为该方案实施最关键的技术。因此水平拉索必须具备主动张拉的能力，同时又要反映拉索的内应力。
由此我们想到采用整体提升时用的穿芯液压千斤顶，将液压千斤顶横置，通过销轴与提升下吊点铰接。拉索采用15根钢绞线，一端通过销轴与一侧对应的提升下吊点铰接，另一端则穿入液压千斤顶内固定。通过液压千斤顶的张拉来施加荷载，同时能通过油表得到拉索的内力大小。拉索构造设计的同时，还需对提升下吊点进行优化设计，使其能满足水平拉索的要求，又能保证竖向提升的要求。在经过计算优化后，明确了各工装构造的详细尺寸及材料要求。图八、图九为拉索张拉端和固定端的细部构造。图十 网架提升下吊点的构造详图。
图八 拉索张拉端的三维示意图 图九 拉索固定端的三维图
图十 提升下吊点的构造详图
图十三 现场实际照片
4.实施工序
拉索的张拉及卸载和提升构件的受力关系甚大，尤其是网架整体离地阶段是最难的，需考虑多种相关因素。张拉和提升过程由计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。
拉索张拉、卸载的工序详述如下：
（1）中跨结构在拼装验收完毕后，安装水平拉索及液压千斤顶，安装整体提升的拉索及液压千斤顶。
（2）油泵适当加载不大于5%，使拉索的钢绞线绷直，再一次检查各部位的情况。
（3）竖向提升器和水平张拉同步实施，提升器加载10%，拉索张拉10%，该比例为模拟计算结果中各点的最大拉力值的10%。及时检测各吊点的水平和竖向位移。
（4）继续加载，每级加载均为10%，每级加载后必须做完整的检查和位移测量工作，确保万无一失。
（5）根据位移监控结果，调整各提升点的提升力和水平拉索的张力，直至整个分块网架脱离胎架。
（6）脱离胎架后，需进行一次详细的测量，根据结果微调网架的整体姿态，使整个分段网架处于水平状态，并比对实际拉力和分析计算的拉力，数值不会绝对相等，但是差值比例会基本一致，若不一致还需进一步调整，并寻找原因。
（7）后续按累积提升的施工工艺继续实施。
（8）卸载：由于钢柱对网架结构也有约束作用，拉索的卸载必须为网架结构到位，且与钢柱按图纸要求连接完毕后才能卸载，采用分级卸载每级为10%。
5.关键设备
水平拉索张拉用的穿芯式液压千斤顶采用2000型（图十四）。动力源采用600型液压泵源系统（图十五），液压泵源系统为液压提升器提供动力，并通过控制器对多台或单台液压提升器进行控制和调整，执行液压同步提升计算机控制系统的指令并反馈数据。
图十五 液压泵
6.质量控制要点
（1）严格把原材料关，按规范要求进行取样复试，保证材料符合设计及规范要求，这是方案能有效实施的基本前提。
（2）制定合理的焊接工艺评定，编制质量控制计划，明确焊接保证措施，确保焊接质量过关。
（3）编制合理的网架拼装方案，确保构件中轴线同心。
（4）对采用的油泵及液压千斤顶进行检查和标定，确保设备处于健康状态。
（5）编制详细的提升监控方案。
（6）严格按照审批后的方案实施，过程中要多监控，风力超过四级停止施工，检查供电路线，确保不出现跳闸等情况，提前了解供电信息，避开停电时段，
（7）特别说明：整个方案编制过程中，必须要和原设计单位进行技术对接，深入熟悉设计意图。
【结语】
采用了该项技术后，整个工程顺利实施，经第三方单位检测，网架结构变形值满足设计和规范要求。本方案的核心为用水平拉索来模拟分块网架在原结构中的受力状态，使其既能满足图纸要求，又能满足累积提升的要求。
（1）节约了工期，由于增加了水平拉索，使得钢网架累积提升得已实施，与传统的高空散拼，分块吊装相比，节约了大量的工期，为车站的按时开通提供了有力保证。
（2）质量效益明显，该技术的实施，使得安装后的网架结构满足原设计意图。
（3）经济效益显著，若不增设水平拉索，仍然采用传统提升工艺，则需在跨中挠度大的位置增加提升点及提升支架，成本巨大，而实施的方案只采用原结构柱作为提升架，增加的拉索费用相比非常少，经济效益显著。
参考文献：
[1]钢结构工程施工规范GB50755-2012
[2]钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001
[3]空间网格结构技术规程JGJ7-2010
[4]建筑施工手册第五版中国建筑工业出版社出版
[5]陈适才等."首都机场大跨网架结构累积提升施工技术的相关问题分析." 工业建筑 40.11（2010）：105-110.
论文作者:路小金
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/16
标签：网架论文; 拉索论文; 结构论文; 挠度论文; 千斤顶论文; 液压论文; 水平论文; 《基层建设》2018年第28期论文;