1、290超超大大双双曲曲面面屋屋盖盖网网架架分分级级累累积积提提升升施施工工工工法法1 1前前言言随着社会经济水平的不断提高与发展，建筑技术领域得到了飞速的发展，不断涌现出各式各样的建筑结构及类型。大跨度建筑结构已逐步发展成为我国建筑行业的主要方向，如大跨度网架、网壳、立体桁架等空间结构得到了迅速的发展。在形式众多的空间结构中，网架结构是当前发展最快的结构形式之一。超大双曲面屋盖网架分级累积提升施工技术在郑州新郑国际机场二期扩建工程 T2 航站楼的应用，成功的解决了 T2 航站楼整个网架屋盖跨度大、高度高、曲面变化不规则，安装精度要求高等特点。该技术预先设计并安装临时三角格构提升架，然后采用分块2、分级累积液压提升技术完成屋盖网架提升施工，最后完成网架高空合拢及换撑卸载，与整体提升安装法相比受场地限制影响小，可实现立体平行交叉施工，交叉施工作业影响极小，分级累积提升可有效控制网架形变及线型，自创的提升支架大大的节约了材料，提高了施工质量及效率，有效节省工期和成本，创造了良好的社会及经济效益。在此基础上，经过进一步提炼总结，最终形成本工法以郑州新郑国际机场二期扩建工程 T2 航站楼 14.3 万超大双曲钢屋盖为依托，XX科技创新，开展了“超大屋盖网架多单元分块施工技术”、“超大双曲屋盖累积液压提升施工技术”、“超大双曲钢屋盖支撑结构体系转换技术”、“超大双曲屋盖网架线型控制技术”等几个方面3、关键技术创新研究，关键技术经国内外查新未见相关报道，获得国家专利 3 项，获得省级工法 1 项，发表科技论文 1篇，并于 2016 年 1 月 31 日通过河南省住房和城乡建设厅组织科学技术成果鉴定，研究成果达到国际先进水平。2 2工工法法特特点点2.1 临时提升支架经济合理：结合本工程现场条件及力学分析，对大跨度屋盖网架结构进行合理分块分区，并根据屋盖网架分区情况设置三角格构临时提升支架，取代了传统的整体提升脚手架，大大节约了钢材、人力等，经济可靠。2.2 分级累积同步提升控制精确：利用计算机仿真模拟技术对安装过程进行模拟，分析超大曲面屋盖在施工过程中的变形及应力变化，合理布置提升吊点位置，4、同时采用杆件优化加强、累积外扩控制、同步性控制等措施，严格控制线型精度，确保整个安装过程顺利进行。2.3 逆作法加快工程进度：采用先屋盖施工，后八组四叉斜柱支撑结构的逆作法施工工艺，大大减少了屋盖网架提升过程中相互交叉施工影响，加快了工程施工进度。2.4 支撑结构体系转换安全可靠：通过计算分析，确定合拢温度，降低温度对结构的附加应力影响；提出分级等比卸载技术，避免体系转换过程中变形及应力突变问题，使得体系转换过程安全、平稳。3 3适适用用范范围围291本工法适用于大跨度、高精度网架、桁架的提升施工。4 4工艺原理工艺原理本工法针对超大双曲面网架屋盖的曲面形状复杂，安装精度要求高，安装体量大，交5、叉施工多，工程工期紧等特点，通过在施工区域预先设计并安装临时三角格构提升架，并在临时格构支撑架顶和部分原有结构柱顶安装液压提升装置，先将超大双曲屋盖网架分级累积提升至设计位置，再安装施工下部八组四叉斜撑永久支撑体系，最后在高空完成网架合拢及换撑卸载。由于网架杆件拼装全部在地面完成，大大减少了高空原位拼装施工作业量，降低了施工难度，保证了施工质量，加快了施工进度。5 5施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程图 5.1 施工工艺流程图5.2 具体施工流程5.2.1 屋盖网架单元分区主楼区屋盖为钢网架结构，网架形式为正交斜放四角锥网架。屋盖网架整体为双曲面，采用下弦支撑，投6、影面积约为 7.9 万，整体面积大，结合现场施工条间及力学模型分析，分三个提升分区，具体如下表：表 5.2.1-1 提升分区序号序号分区编号分区编号分区面积（万）分区面积（万）分区重量（分区重量（t t）1提升一区2.315142提升二区2.315143提升三区（非城铁影响区域）2.461619提升三区（城铁影响区域）0.84553合计7.95200292图 5.2.1-1 主楼屋盖提升分区示意图5.2.2 提升点布置结合工程屋盖网架整体设计形状，主楼屋盖网架结构内部提升点处，设计了提升支撑架与提升平台进行网架的提升，提升过程形成一个稳定的提升支撑系统，提升支撑架与提升平台作为网架结构安装的临7、时支座，根据受力合理性布置于网架支座与支撑处附近。结合工程现场条件，提升平台利用混凝土柱设置，临时吊点提升平台利用临时三角格构支撑架设置，临时三角格构支撑架其中高度最大为 36m。1 混凝土柱顶设置的提升平台形式主要有两种，独立斜柱柱顶提升平台一，独立圆柱柱顶设置提升平台二，两种提升平台具体详见下图：图 5.2.2-1 提升平台一图 5.2.2-2 提升平台二2932 临时三角格构支撑架顶设置提升平台三，具体详见下图：图 5.2.2-3 提升平台三3 三个提升区提升平台统计如下：表 5.2.2-1 提升平台分类统计表序号序号分区编号分区编号提升平台一（红）提升平台一（红）提升平台二（蓝）提升平8、台二（蓝）提升平台三（黑）提升平台三（黑）1提升一区66102提升二区66103提升三区8/14合计201234图 5.2.2-4 提升吊点示意图5.2.3 网架分级累积提升屋盖网架整体呈为双曲造型，东西方向最大高差约 4.5m，南北高差约 1.5m，因此为了降低拼装294高度，每个提升区域划分为 5 个提升外扩单元，分级累积提升，逐渐外扩拼装成整体，然后整体提升到位，具体分级累积提升示意图如下：图 5.2.3-1 提升外扩单元划分示意图图 5.2.3-2 提升外扩单元划分剖面示意图液压同步提升操作要点如下：1 采用液压提升整体同步提升网架结构，通过调节系统压力和流量，严格控制起动的加速度和29、95制动加速度，使其接近于零以至于可以忽略不计，保证提升过程中网架结构和临时支撑结构的稳定性。2 临时支撑平台各吊点处的液压提升系统伸缸压力应缓慢分级增加，依次为 20%、40、60、80；在确认各部分无异常的情况下，可继续加载到 90、95、100，直至网架单元全部脱离拼装胎架。3 采用传感监测和计算机集中控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、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。图 5.2.3-3 电脑液压控制图4 工程现场由于临时三肢格构式支撑架布置较多，为保证结构的整体稳定性，在实际施工中，格构式支撑架采用水平桁架相连形成整体，来增加整10、体稳定性，水平桁架布置图如下：图 5.2.3-4 水平桁架布置图2965 由于网架结构为分区分块提升，导致部分杆件无法在就位之前安装。因此，网架中间及端部分段在组拼时、提升之前通过加设临时支撑结构、加固构件/板件，临时改变永久结构的受力体系，达到控制局部变形和改善局部应力状态的目的，保证网架结构在提升安装过程的稳定性和安全。6 通过预先分析计算得到的网架结构整体提升过程中各吊点提升反力数值，在液压同步提升系统中，对每台液压提升器的最大提升力进行相应设定。液压提升系统自动采取溢流卸载，使得该吊点提升反力控制在设定值之内，以防止出现各吊点提升反力分布严重不均，造成对永久结构及临时设施的破坏。7 网11、架提升一定高度进行外扩拼装时，网架提升单元四周拉设揽风绳，保证网架结构在暂停提升时的稳定性。图 5.2.3-5 网架空中悬停揽风绳拉设示意图5.2.4 四叉斜撑安装主楼 7.9 万网架屋盖下部有八组四叉柱支撑，四叉柱由铸钢节点和四根锥形管组成，单个四叉柱支撑屋盖网架面积为 54m45m。图 5.2.4-1 四叉斜撑示意图1 铸钢节点安装单个铸钢件节点重量约有 37t，其安装步骤如下：履带吊将构件吊装至楼面运输小车上采用动力卷扬机牵引，移动到指定位置铸钢节点锥形管297铸钢件使用支撑架提升结构提起调整铸钢件位置，使铸钢件准确入位2 锥形管安装锥形管的长度为 23.9m32.5m 不等，重量为 312、5.2t50.8t 不等，安装采用三机联吊技术，在距离重心约 3m 位置（下端）设置一个吊点，在距离重心以上 1.5m 和 3.5m 位置（上端）设置两个吊点，上端两个吊点的吊机分别站在锥管柱的两侧，具体吊机平面站位如下图：图 5.2.4-2 三机联吊吊机站位示意图5.2.5 网架高空合拢根据现场施工顺序和施工方向，主楼网架屋盖主要有 3 条合拢线施工，实际合拢线约 250m。图 5.2.5-1 网架屋盖合拢线示意图298网架合拢施工操作要点如下：1 合拢温度网架属于空间网格结构，杆件节点多，网架合拢需在网架设计的平均使用温度下进行，应减少温差等带来的温度变形。结合工程所在当地的施工时间段的历13、年平均温度，因此网壳的合拢温度宜在 1020之间，并选择在夜间施工，日出前全部合拢施工完毕。2 坐标矫正合拢前需整个网架合拢线上的每个球进行重新测量，确定出每个球安装的三维坐标；并将实际测量的合拢线上每个球节点的三维坐标与设计的三维坐标进行核对，利用千斤顶等进行标高矫正施工，保证两边网架挠度一致；网壳各球节点根据测量数据矫正后，再对合拢施工温度下对合拢线上每个球进行测量，测出每个球节点的三维坐标值。3 杆件下料根据矫正后测量出的各球节点的三维坐标值和设计值进行对比；计算出每个杆件的合拢施工时的长度，并根据设计杆件编号与设计值对比。对于个别杆件误差超过规范，在不影响杆件的质量前提下，在现场进行加14、工，根据合拢时的杆件长度进行杆件加工。4 合拢施工在设计温度下，安排多名焊工和焊机在规定的时间和温度下同时施工，将整个网壳在整条合拢线上同时合拢。图 5.2.5-2 网架合拢带示意图5.2.6 支撑体系转换及卸载主楼网架屋盖分由于为三个提升区域，其中提升一区和提升二区同时提升施工，网架提升到位后进行下部四叉斜撑和柱顶支撑的安装，柱顶支撑完成后，每个区域即形成稳定的结构体系，提升一区和提升二区即开始卸载，其中提升一区和二区部分提升点下部支撑不能安装，需要提升三区（包括城铁影响区域）提升到位后进行一区和三区、二区和三区之间后补杆件的安装，下部四叉斜撑的安装，然后在进行提升三区的卸载，整个卸载至完整15、的结构受力体系形成体系转换，最后拆除临时支撑体系。本工程支撑体系卸载采用分区、分级同步等比与等距离相结合的卸载方式进行，具体支撑体系转换及卸载流程如下：合拢带杆件299第一步 提升二区网架与混凝土柱顶支座连接完成后，对柱顶吊点进行卸载第二步 提升二区四叉斜撑安装到位，二区与三区合拢位置网架合拢完毕，对非四叉斜撑支撑点附近提升点进行卸载第三步 提升二区四叉斜撑处四个吊顶进行同步卸载第四步 保留合拢位置 5 个提升吊点，在提升三区卸载过程中进行卸载第五步 提升一区与提升二区相同卸载方法第六步 提升三区与柱顶支座连接完成后，对混凝土柱上提升吊点进行卸载第七步 提升三区四叉斜撑安装到位，合拢位置网架合16、拢完毕，对非四叉斜撑支撑点附近提升点进行卸载第八步 提升二区四叉斜撑处四个吊顶进行同步卸载300第九步 对临时支撑体系拆除完毕5.3 劳动力组织表 5.3 劳动力组织序号序号工种工种人数人数主要工作内容主要工作内容7 7 月月8 8 月月9 9 月月1管理人员252520负责现场施工管理2提升人员304040负责网架提升3焊工200200168负责现场焊接施工4起重工484848负责现场吊装施工5测量工121212负责网架拼装定位施工6涂装工606060负责杆件外侧油漆涂刷施工7维修电工676负责现场施工用电8探伤检验564负责探伤检测9安装技工80120120负责网架杆件拼装施工10普工1017、0160160负责现场杆件及节点球搬运11后勤人员888负责后勤管理12总计6146155766 6材料与设备材料与设备6.1 材料要求表 6.1 材料材质一览表编号编号名称名称材质材质编号编号名称名称材质材质1铸钢节点GM-20Mn55柱顶连接件Q345B2锥形管Q345GJC6高强螺栓10.9 级3弦杆、腹杆Q345B/Q235B7普通螺栓8.8 级4螺栓球Q345B8杆件涂料防火、防腐6.2 机具设备表 6.2 机具设备一览表编号编号名称名称型号规格型号规格数量数量用途用途1250t 履带吊SCC25001吊装 8 个铸钢节点225t 汽车吊QY256吊装及安装 32 根锥形管3013平18、板车30t2运输杆件4直流电焊机ZX7-40040网架杆件焊接5交流焊机CPXS-500180网架杆件焊接6角向砂轮机JB1193-7120网架杆件打磨、切割6液压千斤顶-80网架顶升7激光经纬仪JP-1A4网架测量定位8全站仪GTS-6022网架测量定位9电动卷扬机/16辅助吊装10液压提升器/60网架提升11液压泵源系统65kW5 台提供网架提升动力12计算机控制系统32 通道2 套液压电脑控制13专用钢绞线17.80mm15Km网架提升钢绞线14传感器锚具、行程、油压26 套网架提升液压传感15对讲机摩托罗拉10 台现场对讲通话7 7质量控制质量控制7.0.1 符合相关 空间网格结构技术19、规程（JGJ7-2010）、钢网架焊接空心球节点（JG/T11-2009）、钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）、钢结构超声波探伤及质量分级法 JG/T203-2007相关规定。7.0.2 原材加工质量控制表 7.0.2-1 原材加工允许偏差表编号编号项项 目目允许偏差允许偏差检验方法检验方法1构件段弦长2.0用 30 米钢卷尺2构件段矢高1.5用粉线与钢卷尺3截面边长2.0用钢卷尺4截面对角线差值3.0用钢卷尺7.0.3 网架拼装质量控制表 7.0.3-1 网架拼装允许偏差表编号编号项项 目目允许偏差允许偏差检验方法检验方法1起拱偏差3.0用 30 米钢卷尺2对口错边误差220、.0用粉线与钢卷尺3弯曲矢高L1/1000，且不应大于 5.0用钢卷尺4构件轴线与施工轴线的偏差3全站仪7.0.4 焊缝质量控制施工中全焊透的一、二级焊缝均采用超声波无损检测，超声波不能对内部缺陷作出判断时，采302用射线探伤。焊缝检测标准如下：表 7.0.4-1 网架焊缝质量等级及缺陷分级表编号编号焊缝质量等级焊缝质量等级一级一级二级二级1内部缺陷超声波探伤评定等级IIIII检验等级B 级B 级探伤比例100202内部缺陷射线探伤评定等级IIIII检验等级AB 级AB 级探伤比例1 00208 8安全措施安全措施8.0.1 作业人员进入施工现场时首先进行安全培训，并进行书面安全交底。进入施工21、现场时必须佩带好安全用具，安全帽戴好并系好帽带；不得穿拖鞋、短裤及宽松衣物进入施工现场。8.0.2 所有设备用电及配电柜应安装漏电保护装置，插座插头应完好无损，电源线不得破皮漏电并张贴安全用标识，严禁无电工操作证人员进行电工作业。8.0.3 高空施工作业人员必须遵守建筑施工高处作业安全技术规范的有关规定，必须系安全带并应穿防滑鞋。8.0.4 施工场区域须挂警示牌，并配备足够的灭火器材。8.0.5 各工种进行上下立体作业时，不准在同一垂直方向操作，下层作业的范围位置必须在上层作业高度可能坠落的半径范围之外，并设置安全防护标志。8.0.6 建立健全安全保障体系及紧急情况下应急预案与快速反应机制，确22、保整个施工过程安全有序进行。9 9环保措施环保措施9.0.1 严格遵守国家的环境管理体系要求及使用指南（GB/T24001）等国家和地方有关施工环境管理规定。9.0.2 现场进行使用机械操作施工应采取措施，并错开时间，尽量将噪声大的工序安排在早 6 点晚 10 点的时间段。9.0.3 在焊接过程中，产生的废钢水、钢渣等废弃物，需在焊接挂篮下部铺设脚手板进行收集，防止从高空坠落，最后统一打包清理出施工场区。9.0.4 施工垃圾集中堆放在指定的地方，每个施工区设置一个垃圾堆放点，每天将垃圾分捡装袋清运，绝对严禁随意抛撒。禁止在现场焚烧各种废弃物。1010效益分析效益分析10.0.1 社会效益超大双23、曲面屋盖网架分级累积提升施工工法的研究和应用，解决了大跨度大面积空间网架的整体提升问题，实现了钢网架屋盖的拼装、焊接及油漆等主要施工内容可在楼面的拼装胎架上进行，大大减少了高空作业量，施工质量易于控制；部分提升吊点利用永久结构设置，加之液压同步提升303动荷载极小，设备设施体积、重量小，倒运和安装方便，施工成本利于控制；液压提升作业绝对时间较短，施工总体工期利于控制。同时有效的控制了网架双曲面线型效果，为后续的幕墙、屋面板及大吊顶施工提供了良好的基层。本工法可广泛适用于大跨度、高精度网架、桁架的提升施工，为同行业类似工程施工提供了很好的指导作用及借鉴意义。10.0.2 经济效益本工程主楼 7.24、9 万双曲面屋盖网架，通过多单元分块分级累积提升施工技术，模拟施工方向，采用先屋盖网架提升施工，后八组四叉斜柱支撑结构的逆作法施工工艺，大大减少了屋盖网架提升过程中相互立体交叉施工影响，实现多平面平行施工，大大加快了施工速度，原本 90d 的总工期，最终提前 7d 完成了任务，得业主奖励 20 万。本工程施工采用三角格构式临时提升架取代了整体提升脚手架，大大的节约了钢材用量，同时通过支撑体系转换技术，有效减少了钢结构杆件损耗，通过杆件替换，达到同步提升。共计节约钢材用量 380t,约 76 万元。综上所述，节约工期 7d，取得经济效益达 96 万元。1111应用实例应用实例11.0.1 应用实25、例工程名称：郑州新郑国际机场二期扩建工程 T2 航站楼工程。工程地点：河南省郑州市结构形式：正交斜放四角锥网架钢结构施工时间：2014 年 7 月 1 日2014 年 9 月 30 日实物工程量：主楼钢结构屋盖整体造型为双曲面，总投影面积约 7.9 万，屋盖最高点标高约为 39.65m，最低点标高约为 33.45m，主要包括屋盖网架和下部支撑体系，网架形式为正交斜放四角锥网架，网架的节点形式为焊接球和螺栓球，其中螺栓球数量约占总节点数量的 75%；下部支撑结构为八组四叉斜撑。屋盖网架杆件最大规格为：45025。四叉斜撑为变截面圆管，截面规格为：160095042。网架总用钢量约为 5200t，26、四叉斜撑总用钢量约为 1300t。11.0.2 应用效果新郑机场二期扩建工程 T2 航站楼工程主楼双曲面屋盖网架跨度大、高度高，建筑美观效果，难度非常大，钢结构网架拼装精度要求高，选择合理的安装分区及安装方法非常关键；下部四叉斜撑锥钢管柱的安装是在屋盖网架提升到位后进行，上下必须同时与已定的铸钢节点连接，安装精度要求高，难度大；在整个提升过程中，大部分的提升点采用的临时提升架，高度达 27m，为减少网架提升到位后网架杆件的补缺量，采用何种形式的临时提升架确保提升架的强度、稳定性满足施工要求是难点；钢网架自重作用下结构的变形大，结构支撑体系换撑过程中，拆撑不当会造成结构和支撑架的破坏，为了使换撑27、过程平稳安全，需要分步、分级卸载，因此卸载顺序选择与控制是本工程施工控制关键。超大双曲屋盖网架分级累积提升施工工法有效解决了曲面形状复杂，安装精度要求高，建筑美观要求高、体量大，工程工期紧构件加工难、整体提升就位难，结构拆撑卸载难等问题，同时也丰富了在大跨度网架施工领域的施工经验.网架的施工完成为各专业施工提供了工作面，也节省了大量的时间，确保了 T2 航站楼工程 2015 年底按时投入使用，受到了建设单位、监理单位和社会各界的一致好评。30411.0.2-1 网架节点球定位11.0.2-2 临时三角格构提升支架30511.0.2-3 网架楼面整体拼装11.0.2-4 网架分区分块液压提升30611.0.2-5 网架多单元分级累积液压提升11.0.2-6 网架液压提升电脑控制系统30711.0.2-7 网架高空合拢11.0.2-8 四叉斜撑铸钢节点导轨滑移运输30811.0.2-9 四叉斜撑锥形管“三机联吊”安装11.0.2-10 网架换撑卸载30911.0.2-11 网架安装完成11.0.2-12 主楼四层离岗大厅及网架屋面成型图