一种大跨度弧形网壳结构多机合力空中翻转施工方法与流程

本发明涉及一种大跨度弧形网壳结构多机合力空中翻转施工方法，属于房建施工钢结构工程领域。

背景技术：

目前，国内大跨度椭圆球面网壳结构建筑很少，其中的大跨度弧形网壳结构施工是一大难点，现有的施工方法是采用满堂架操作平台空中散拼安装施工方法，将弧形网壳结构在支架上立向焊接成型，而后吊装，这种施工方法在施工时对场地平整度和场所宽度要求很高，且需要搭建大量的支架，以清镇市体育训练基地攀岩馆施工为例，两个大跨度弧形桁架的主桁架施工时，至少需要搭设跨度46m、宽3.4m、矢高9m的支架结构，施工成本极高，需要搭建大量支架结构，施工效率低，且需要高空作业，存在极大的安全隐患，亟需加以解决。

技术实现要素：

本发明提供一种大跨度弧形网壳结构多机合力空中翻转施工方法，以解决目前大跨度网壳结构施工成本极高，施工效率低，且安全隐患大的问题。

为解决上述问题，拟采用这样一种大跨度弧形网壳结构多机合力空中翻转施工方法，具体方法如下：

将大跨度弧形网壳结构屋面分解为单块大跨度弧形主桁架结构，采用地面平躺焊接制作，通过软件建立施工现场平面坐标系，将主桁架杆件焊接制作平面图导入坐标系中，编制各节点坐标，导出各杆件节点坐标数据，使用全站仪放样主桁架杆件节点坐标，焊接拼装工作人员根据节点放样坐标，将主桁架杆件在地面平躺装焊接制作，制作完成后进行焊缝质量质量验收；

再采用两台吊车同时吊装大跨度主桁架结构的两侧，将其起吊至离地面一定高度的空中，根据地面指挥人员观察桁架结构起吊高度、桁架结构变形检测、吊车工作状态和风力变化检测，指挥两台吊车分别起吊、降落的操作，使主桁架结构在空中由平躺翻转至直立状态，而后吊装至指定位置安装即可。

所述两台吊车分别吊装大跨度弧形网壳结构的相对两侧，每侧至少设置两个吊点，吊点的选取需经过受力合理性验算，翻转的可行性需进行翻转模拟仿真验证，主要验证荷载组合为：(1)1.20恒载+1.40活载工况1；(2)1.35恒载+1.40x0.70活载工况1，吊点位置的选取根据大跨度弧形网壳结构的具体情况而定，以跨度46m、宽3.4m、矢高9m、地面平躺的大跨度弧形主桁架为例，两台吊车分别分别吊设于大跨度弧形主桁架的上下两侧，每侧各有两个吊点，上侧的两个吊点分别距两端5-12米，下侧的两个吊点分别距两端10-20米；

与现有技术相比，本发明所述方法施工方便快捷，能够在现场快速实施，大幅降低了大跨度弧形主桁架的现场焊接制作难度，其翻转立身吊放采用双机抬吊、空中翻转回直、多机合力抬吊安装的方法，对场地平整度和场所宽度要求低，且操作过程较简单，施工成本低，效率高，相关安全技术措施到位，可以确保施工安全，提高了大跨度弧形主桁架加工质量，优化了大跨度弧形主桁架制作、整体吊装施工资源配置，创造了良好的经济效益，总结形成的关键技术在清镇体育训练基地项目攀岩馆钢结构屋面安装成功应用，为今后类似大跨度弧形桁架、施工困难、安全风险系数较大、施工工期紧张等施工条件建设提供了参考和借鉴，具有重要的现实意义。

以清镇市体育训练基地攀岩馆施工为例，本项目攀岩馆屋面为跨度弧形钢结构网架屋面，上下网壳结构通过大跨度弧形钢结构连接，弧形主桁架矢高9m、跨度46.2m、宽3.4m，吊装重量达48.72吨，大跨度弧形主桁架的安装成为本工程的关键工序：

1)从施工时间上分析：本工程若采用满堂架操作平台空中散拼安装施工方法，搭设满堂支撑架的时间较长，空中散拼焊接施工进度较慢，增加焊缝检测难度，为保证施工质量，须加长焊缝检测时间，增加项目部管服经费支出，相比采用满堂架操作平台空中散拼安装施工方法，本发明所述方法能够大幅缩短大跨度弧形主桁架制安施工工期，减少制作安装成本投入，单块大跨度弧形主桁架地面平躺焊接可实现杆件13日焊接完成，焊接重总量48.72t，焊接缝总长度1463m，平均每日完成3.75t，平均每日完成焊缝112.53m，主桁架整体吊装空中多机接力合吊的施工方法，可实现主桁架4小时的吊装安装就位，由传统的满堂支撑架空中散装焊接安装施工工艺的完成1.5t/日至3.75t/日、焊缝完成长度完成37.51m/日至112.53m/日(大跨度弧形主桁架钢结构空中翻转、多机合力抬吊安装方法)，节约工期2个月，加快了施工进度。对比传统施工方法(满堂架操作平台空中散拼安装施工方法)，则共节约91.34万元。

2)从材料使用上分析：满堂架操作平台空中散拼安装施工方法，每段大跨度弧形主桁架施工时需满堂架搭设体量为2031.36m³，整个网架结构共2个施工段，共节约满堂架搭设体量4062.72m³，按12.6元/m³计算，采用无胎架地面焊接拼装施工方法则共节约搭设费用51190.27元。

附图说明

图1是本发明所述攀岩馆屋面钢结构示意图；

图2是实施例所述下部cd或上部ab管桁架翻转前吊装示意图；

图3是实施例所述下部cd或上部ab管桁架翻转过程中的吊装示意图；

图4是实施例所述下部cd或上部ab管桁架翻转直立后的吊装示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照附图对本发明作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

以清镇市体育训练基地攀岩馆施工为例，本项目攀岩馆屋面为钢结构，其余均为框架结构，攀岩馆屋面钢结构：造型为两个半开口的球面网壳，分为上部壳体，中部管桁架，下部壳体三部分，长轴跨度为46.2m，矢高9m，上部单层网壳部分杆件连接为相贯节点，桁架支承形式为点支承，支座采用固定铰支座和双向滑动铰支座。上部壳体最大高度31.7米，重量45.5吨(上部壳体搭设钢管脚手架作业平台散装焊接完成)，中间管桁架部分高度31.7米，分两个部分吊装(下部cd和上部ab管桁架)及部分散拼，下部cd管桁架重42吨(地面拼装后整体吊装)，中间15个小桁架平均重0.85吨(cd管桁架吊装完成后，在cd管桁架上散拼完成)，上部分ab管桁架重40吨(地面拼装后整体吊装)。下部壳体结构最大高度21米，重量为47.44吨(下部壳体搭设钢管脚手架作业平台散装焊接完成)。如图1所示，大跨度弧形主桁架的安装成为本工程的关键工序，其多机合力空中翻转施工方法如下：

第一步：将大跨度弧形钢结构屋面分解为单块大跨度弧形主桁架结构，采用地面平躺焊接制作，通过autodeskcad2010软件建立施工现场平面坐标系，将主桁架杆件焊接制作平面图导入坐标系中，编制各节点坐标，导出各杆件节点坐标数据，使用全站仪放样主桁架杆件节点坐标，焊接拼装工作人员根据节点放样坐标，将主桁架杆件在地面平躺装焊接制作，制作完成后进行焊缝质量质量验收。

第二步：再采用两台300t的吊车同时将大跨度主桁架结构起吊至离地面一定高度(0.5,米左右)的空中，根据地面指挥人员观察桁架结构起吊高度、桁架结构变形检测、吊车工作状态和风力变化检测，指挥两台吊车分别起吊、降落的操作，从而实现主桁架结构在空中翻转的要求，有效保证了其在空中翻转过程中的刚度(不变形)与实现其吊装过程中受力体系安全转化，保证了施工安全，使主桁架结构在空中由平躺翻转至直立状态，如图2-4所示，而后吊装至指定位置安装即可。

第三步：待主桁架结构翻转落地后，安排一台500t吊车进场在指定的地点就位，300t吊车转移至预定起吊地点就位。根据受力分析软件计算出的主桁架结构可起吊的各吊点栓钢绳，先采用500t吊车提升至预先指定高度和位置，再转换至两台300t吊车各承担45％的荷载，500t吊车承担10％的荷载，三台吊车抬吊主桁架至指定位置安装，实现大跨度弧形主桁架钢结构的安装目的。理论基础为大型吊车性能参数研究、受力软件分析和吊装仿真模拟施工技术，在空中改变桁架结构各吊点的受力情况，实现结构的空中翻转；根据吊车的性能参数，本工程周围构筑物与各吊车架设位置的空间夹角关系，选择适合本工程单车吊装所能达到的最佳合力吊运位置，在空中进行各台吊车的荷载加减，实现多机合力将大跨度弧形主桁架结构抬吊至预定的安装位置，使之形成有效的大跨度弧形主桁架结构安装方法。有效保证了其在吊装过程中的刚度(不变形)与实现其吊装过程中受力体系安全转化，保证了施工安全，确保了工期。

本方法是2019年在贵州省贵阳市清镇市清镇体育训练基地攀岩馆钢结构安装的施工中总结形成的，提供一种大跨度弧形主桁架制作及安装方法，施工方便快捷，能够在现场快速实施，大幅降低了大跨度弧形主桁架的现场焊接制作难度，其翻转立身吊放采用双机抬吊、空中翻转回直、多机合力抬吊安装的方法，对场地平整度和场所宽度要求低，且操作过程较简单，施工成本低，效率高，相关安全技术措施到位，可以确保施工安全，提高了大跨度弧形主桁架加工质量，优化了大跨度弧形主桁架制作、整体吊装施工资源配置。创造了良好的经济效益，具体分析情况如下：

从施工时间上分析：本方法成功应用，相比采用满堂架操作平台空中散拼安装施工方法，大幅缩短大跨度弧形主桁架制安施工工期，减少制作安装成本投入，单块大跨度弧形主桁架地面平躺焊接可实现杆件13日焊接完成，焊接重总量48.72t，焊接缝总长度1463m，平均每日完成3.75t，平均每日完成焊缝112.53m，主桁架整体吊装空中多机接力合吊的施工方法，可实现主桁架4小时的吊装安装就位，由传统的满堂支撑架空中散装焊接安装施工工艺的完成1.5t/日至3.75t/日、焊缝完成长度完成37.51m/日至112.53m/日(大跨度弧形主桁架钢结构空中翻转、多机合力抬吊安装方法)，节约工期2个月，加快了施工进度。对比传统施工方法(满堂架操作平台空中散拼安装施工方法)，则共节约措施费91.34万元，具体分析如附表1所示。

附表1主要施工成本费用比较表

注：①上表数据以攀岩馆钢结构屋面大跨度主桁架安装施工为例作计算。

②以上费用计算根据本工程所在地材料价格计算。

③上表为整体吊装工法比满堂架高空散拼方法节约的费用。

从材料使用上分析：满堂架操作平台空中散拼安装施工方法，每段大跨度弧形主桁架施工时需满堂架搭设体量为2031.36m³。整个网架结构工2个施工段，共节约满堂架搭设体量4062.72m³，按12.6元/m³计算，采用无胎架地面焊接拼装施工方法则共节约51190.27元。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。