膜構(gòu)知識(shí)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(shí)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(duì)接時(shí)高強(qiáng)螺栓無法自由旋入螺栓孔。單榀實(shí)腹式弧形鋼梁提升或吊裝時(shí)易產(chǎn)生平面外失穩(wěn)，根據(jù)以往的工程施工經(jīng)驗(yàn)，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(jì)合理的鋼結(jié)構(gòu)穹頂提升、安裝工法并在實(shí)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(diǎn)
雙索液壓提升有如下特點(diǎn)：
（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(jī)械設(shè)備，節(jié)約了施工成本，而且設(shè)備準(zhǔn)備容易，進(jìn)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(xiǎn)，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(shí)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(jìn)行整體拼裝，設(shè)置水平張拉裝置和豎向提升裝置，提升時(shí)水平張拉裝置隨豎向提升裝置加載而加載，當(dāng)豎向提升裝置加載到提升單元離地時(shí)水平張拉裝置停止加載，提升單元在恒力狀態(tài)下進(jìn)行提升。為保證提升單元順利就位，當(dāng)溫度升高時(shí)水平張拉裝置加載，當(dāng)溫度降低時(shí)水平張拉裝置卸載；當(dāng)鋼柱間距偏大時(shí)水平張拉裝置加載，當(dāng)鋼柱間距偏小時(shí)水平張拉裝置卸載。每個(gè)弧形梁下方的水平張拉裝置都能獨(dú)立操作。
● 大跨度實(shí)腹式弧形鋼梁液壓提升具體步驟
大跨度實(shí)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(shí)采取逐級(jí)加載的方法進(jìn)行提升，按照設(shè)計(jì)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(jì)荷載的5%、10%、20%、30%、40%、60%、80%、100%逐級(jí)增加，每級(jí)加載之間至少預(yù)留10min的觀察及檢查時(shí)間；
（7）當(dāng)荷載增加到100%時(shí)，將整個(gè)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(shí)間為8~12h，檢查提升裝置及提升單元確認(rèn)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(jìn)行提升，當(dāng)提升單元的鋼梁上翼緣與主結(jié)構(gòu)下翼緣距離50~100mm時(shí)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(jì)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(jì)值；
（11）當(dāng)主結(jié)構(gòu)鋼梁上翼緣與提升單元提升到同一位置時(shí)，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(qiáng)螺栓能夠自由地穿入螺栓孔；
（13）將高強(qiáng)螺栓全部安裝完畢后，焊接鋼梁的上下翼緣；
（14）卸載時(shí)先拆除垂直拉索，再拆除水平拉索；
（15）整個(gè)提升單元提升完成。
圖1 大跨度實(shí)腹式弧形鋼梁液壓提升示意圖（單位：mm）
● 操作要點(diǎn)
大跨度鋼結(jié)構(gòu)穹頂安裝難點(diǎn)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(diǎn)油壓均衡，結(jié)構(gòu)姿態(tài)調(diào)整，位移同步控制，分級(jí)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(diǎn)，進(jìn)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(diǎn)，確定牛腿的地面位置并做好標(biāo)記。
◆ 吊點(diǎn)設(shè)置
吊點(diǎn)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(diǎn)，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(shí)際狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)的差異，因此在每榀拱形屋架的拱腳均設(shè)置一個(gè)提升點(diǎn)。提升下吊點(diǎn)平面布置見圖2。
圖2 提升單元吊點(diǎn)平面布置圖（單位：mm）
（2）提升上吊點(diǎn)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(diǎn)。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(duì)應(yīng)下吊點(diǎn)相連接。提升上吊點(diǎn)和下吊點(diǎn)布置如圖3所示。
圖3 提升上吊點(diǎn)（左）和提升下吊點(diǎn)（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(diǎn)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(diǎn)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(jì)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(jìn)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(diǎn)設(shè)計(jì)
考慮施工方便并且傳力明確，下吊點(diǎn)及水平拉索節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)設(shè)計(jì)
◆ 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(diǎn)的離地距離，計(jì)算出各吊點(diǎn)的相對(duì)高差，通過液壓提升系統(tǒng)調(diào)整各吊點(diǎn)高度，使屋面網(wǎng)架提升單元達(dá)到水平姿態(tài)；
（2）以調(diào)整后的各吊點(diǎn)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(jì)標(biāo)高附近；
（3）屋面網(wǎng)架提升單元在提升及下降過程中，因?yàn)榭罩凶藨B(tài)調(diào)整和桿件對(duì)口等需要進(jìn)行高度微調(diào)，在微調(diào)開始前，將計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)由自動(dòng)模式切換成手動(dòng)模式，根據(jù)需要對(duì)整個(gè)液壓提升系統(tǒng)中各個(gè)吊點(diǎn)的液壓提升器進(jìn)行同步微動(dòng)調(diào)整（上升或下降），或者對(duì)單臺(tái)液壓提升器進(jìn)行微動(dòng)調(diào)整。微動(dòng)調(diào)整即點(diǎn)動(dòng)調(diào)整精度可以達(dá)到毫米級(jí)，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(jì)位置后暫停，各吊點(diǎn)微調(diào)使主桁架各層弦桿精確提升到達(dá)設(shè)計(jì)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(duì)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(jìn)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(shí)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(shí)腹式型鋼結(jié)構(gòu)，普通吊裝機(jī)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(jī)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(jì)效果顯著，值得推廣和應(yīng)用。