大跨度穹顶网壳钢结构吊装技术研究（1）

随着大型公建乐园类项目发展，网壳结构越来越多地应用至展馆、游乐场、大型商业、车站等现代建筑工程中。对于大跨度桁网壳结构，利用胎架支撑、高空散拼作为一种新型施工技术应用越来越多，对保证安全和施工质量具有重要的意义。

1工程概况

北京某大型乐园穹顶钢结构用钢量约750t，约300根杆件。穹顶拱顶标高21.750m。穹顶结构主要由16支截面为BOX1000mm×500mm×30mm的主拱梁、截面为CHS273×14与RHS400×300×16的拱间水平环梁及截面为BOX1000×500×30的冠顶环梁构成。穹顶跨度为60m。穹顶主拱梁最大吊重约22.6t，冠顶环梁吊重约40t，拱间环梁吊重约2t。

此项目主要涉及的施工技术包括：构件吊装前的场地平整、吊装路线的规划，设置穹顶环梁支撑支架，根据结构计算分析及相关专业间的施工协调确定主拱梁吊装顺序，在穹顶钢结构吊装完成后支撑支架的卸载技术等关键性施工技术。

2工程重点与难点 

本穹顶网壳钢结构单体位于超大假山及大型湖边沿，穹顶部分主拱钢梁的吊装作业常规机械无法直接抵达吊装位置。通过前期勘测，合理规划施工顺序，在穹顶结构内部提前开通一条施工通道，成功完成了钢结构工程的施工作业，通过设置支撑架将穹顶支撑环梁临时固定，在构件吊装完成后，通过同步卸载完成钢结构工程的施工。

3施工工艺流程

3.1穹顶结构内部施工道路平整

由于单体穹顶结构所处的部位被超大假山及裙房结构包围（图1），采用履带式起重机吊装时，还需避让塔式起重机位置，并且保证在履带式起重机作业时，塔式起重机停止工作。由于场地有限，主拱地面拼装可选择在吊装位置旁由穹顶外至穹顶内部设置胎架进行拼装作业。由于穹顶内独立基础多，有较大高差，在进入穹顶内部施工时需提前进行回填作业，分层压实到位，上铺厚500mm级配碎石以及厚20mm钢板，保证机械形式的安全。

图1穹顶位置布置情况示意

3.2机械选择

塔式起重机吊装的构件考虑吊装索具与塔式起重 机吊钩等重量约1t；吊装构件考虑0.8安全系数，局部单支构件采用0.85安全系数，额外附加履带式起重机吊钩索具等重量2.5t。履带式起重机站位外形按8m×14m放样，吊装重心距边缘4.5m。

3.2.1履带式起重机SCC2000机械参数

（1） R =15m， T =52.7t>50.7t（冠顶环梁）； （2） R =22m， T =33t>30.75t（主拱梁）；（3） R =40m， T =14.1t>4.9t（超出塔式起重机吊装范围立柱）；负重时起重机自重251t；现场土体条件为120kPa，起重机站位负重时接地面积 A =21m ² 。

为了保证土体承载力，在起重机行走路线上将土体压实铺设钢板，扩大承载力面积，减少单位面积承载力，保证履带接地面积>25m ² 。

3.2.2履带式起重机SCC200机械参数

R =25m， T =27.6t>27t；履带式起重机站位土体条件同上。地基为120kPa，满足12t/m ² ，负重总重量=237t，起重机下方铺钢板需＞237/12=20m ² 。

3.2.3吊装索具的选择与验算

冠顶环梁吊装重量考虑索具与吊钩重量约计41t计算，因结构对称，重心为圆心，保证钢丝绳受力且上端夹角相同相对钢丝绳夹角60?°条件下，使吊装中心线通过重心，再设置吊点与钢丝绳。吊耳设置与重心如图2所示。

图2吊耳钢丝绳设置示意

G =41t，则 F _max = G /4cos30?°=11.9t，（ F 为钢丝绳内部受力）； 11.9?t/0.7=16.9t；[ F ]容许拉力>16.9t。

3.2.4主要钢丝绳的选择

钢丝绳采用6×37+1，公称强度为1550MPa。 研究主拱吊装可选用6×37–43钢丝绳（公称抗拉强度1550MPa）容许拉力23.23t共4支进行吊装。钢丝绳重量=355kg。冠顶环梁吊装选用C20卸扣，需用荷载196kN，满足吊装需求。钢丝绳与卸扣合计重量=435kg。

3.3穹顶安装支撑设置

本支撑用于支撑冠顶环梁，支撑顶部铺设跳板，兼为施工平台使用。撑胎架位置设置原则如下。

（1）设置四点即胎架立柱位置支撑冠顶环梁。

（2）考虑支撑胎架需在穹顶结构安装完成卸载后方可拆除，安装进度与骑乘结构安装进度交叉，支撑胎架结构设计需避让骑乘立柱、骑乘梁、骑乘轨道，不得有碰撞，并留出骑乘专业的安装空间。

（3）支撑胎架柱脚设置钢筋混凝土生根，与骑乘立柱承台空间位置避让。

（4）支撑胎架上设置操作平台，为主拱与冠顶环梁间节点安装操作使用。

支撑投影尺寸为8.3m×8.3m，高为20m。支撑有4根立柱，柱截面为?630×16圆钢管。有3层联系梁，梁截面为?630×16圆钢管和B250×5方钢 管。有2层斜撑，斜撑截面为B200×5方钢管。支撑胎架立柱在可观测位置设置0.000m标高沉降观测点标记，在吊装过程中对此沉降点进行监测。

根据模型计算，考虑基本风压、施工可变荷载、顶部冠梁荷载，得出变形永久+风组合下，位移如图3所示。

图3杆件计算位移图

根据位移图可知，最大位移为30.5mm，应加缆风绳控制位移，以增加安装精度。 杆件长细比控制和变形起控制作用，截面验算结果如图4，柱脚反力包络值如图5所示。

图4杆件计算（计算机截图）

图5柱脚反力包络值（标准值）

根据计算，支撑平台最大应力比为0.297，最大水平位移为30.5mm。整个计算模型符合设计要求。

冠顶环梁就位后临时固定，待荷载稳定不再变化后，对支撑胎架0m沉降观测点进行测量。根据测量结果调整环梁底标高值，考虑卸载与临时措施自重下挠变形等，在设计标高值上，预起标高量增加2cm预留量，保证卸载完成后冠顶环梁底标高达到设计 标高。