港口煤场封闭工程焊接球网架提升施工技术

1 工程概况

某电力股份有限公司福州港罗源湾港区煤场封闭工程位于福州港罗源湾港区将军帽作业区内。本工程结构形式为正放四角锥焊接球网架，跨度111m，长度340m，矢高40m。根据空间网格技术规程要求，长度与跨度比宜小于1，因此该工程由4个独立的结构单元组成整体结构，其中，标准单元尺寸111m×85.25m，带山墙单元尺寸111m×77.5m。屋面和墙面均采用单层压型钢板，且屋面设置采光带和通风屋脊，墙面设置铝合金门。

2 施工方案

2.1 网架施工方案选择

（1）整体提升法是指在地面将结构组装完成后，通过液压同步提升系统，将结构整体向上提升至标高位置安装的施工方法。

（2）累积滑移法是在预设部位搭设胎架进行一个单元结构安装，然后设置滑移轨道，通过液压顶推设备滑移出拼装平台，进行下一个单元结构的安装和连接，重复上述过程直至整体结构安装完成的施工方法。

（3）高空散装法是指通过搭设施工作业平台，利用起重机将构件吊至需要的高度进行逐个安装的施工方法。

由于施工现场的场地条件有限，施工工期紧，如果采用搭设胎架高空散装法或滑移施工法，施工费用高且工期长，并影响煤场斗轮机设备的平行作业，故采取在地面拼装焊接，网架分块整体提升施工方案。

2.2 网架提升施工方案

如图1所示，网架拼装分为左侧底部、左侧肩部、中部、右侧肩部、右侧底部5个部分，提升则分可为3个阶段。 网架总体提升施工方案为： （1）在地面拼装焊接中部网架，将中部网架提升至一定高度； （2）拼装两侧肩部网架且与中部网架焊接，继续提升至一定高度； （3）拼装两侧底部网架且与中部网架焊接，整体提升至设计高度； （4）支座就位，施工完毕。

图1 网架拼装分部示意

如图2～图4所示，每个分区布置12组提升胎架，跨度方向布置4组，长度方向布置3组。

图2 提升胎架剖面布置示意

图3 标准结构单元提升胎架平面布置示意

图4 带山墙结构单元提升胎架平面布置示意

2.3 网架提升技术要求

网架提升施工过程复杂，为提升施工顺利及结构安全，对网架提升施工过程中提出以下技术要求。

（1）在网架正式提升前应先进行试提升，提升施工前应仔细检查吊具。

（2）网架提升100mm为第一阶段试提升，提升后对胎架和吊具进行检查。

（3）在试提升成功后，应停置观察12h，对网架的受力情况及其他施工临时措施进行检查复核，确认无误后方可进行正式提升。

（4）正式吊装以500mm为一阶段，提升过程中应保持监测网架以及提升胎架的受力情况。

（5）网架提升过程应尽量做到同步提升，两吊点的不同步均应在限值内。

（6）为保证网架提升的同步性，通过在提升胎架上设置刻度，并在网架上悬挂线锤及钢卷尺，利用水准仪进行监测以达到控制网架提升的同步性。

（7）网架在提升到设计的标高后，所有吊点组均需安装销轴，以防在高空对接中出现吊点松动现象。

（8）网架提升就位后，及时进行网架初调，初调后进行下一步的安装及焊接。

（9）剩余部分的网架安装采取高空散装法。

（10）网架焊接完成后，对网架进行微调就位，将网架卸载并固定支座。

3 施工计算分析

3.1 提升胎架受力分析验算

提升施工过程中，在网架支座为就位前，网架未成型，此时提升胎架为主要受力结构，故需对提升胎架进行受力分析验算。如图5所示，提升胎架采用井字格构式胎架，上端置32a工字钢组合的转换梁作为吊点。提升胎架高度为3m/节，截面为1800mm×1800mm，四肢采用140×4.5mm钢管，腹杆采用L50×5mm角钢。格构式提升胎架用于提升，且受力对称，计算模型为轴心受压力学模型，按照最大承载力40t进行验算。根据计算提升胎架的整体稳定性和单肢稳定性均满足要求。

图5 提升胎架立面示意

提升胎架上端采用的是32a工字钢作为吊点，每个吊点最大荷载10t。工字钢在两个吊点处受集中力荷载，考虑为平面受弯构件进行强度验算。计算结果表明32a工字钢强度满足要求。

3.2 提升施工过程模拟计算

网架在提升施工的过程中，结构形式不断发生变化，受力体系也不断变化，部分杆件应力可能超过设计值，这些杆件需进行加固处理。利用有限元计算软件，按照实际提升施工方案进行提升施工过程模拟计算，根据设计图纸建立网架模型，提升施工过程中不考虑静荷载、风荷载及地震荷载等荷载，只考虑部分施工可变荷载。

山墙在提升施工完成后采用高空散装的形式，选取标准轴单元进行提升施工过程模拟计算，按照提升施工方案可分为5个工况，分别为：工况1，中部胎架未受力前，网架两侧落地状态；工况2，边部胎架未受力前，网架全部由中部胎架受力；工况3，支座就位前，网架全部由胎架受力；工况4，支撑胎架拆除，部分杆件未填补前；工况5，整体安装完工。

工况1最大应力为144MPa；工况2最大应力为245MPa；工况3最大应力为173MPa；工况4最大应力为134MPa；工况5最大应力为66.4MPa，均小于控制应力263.5MPa。工况2此时已拼装了两侧肩部网架，网架自重增大，且仅有中部提升胎架受力，因此吊点附近处的杆件应力过大，但仍在控制应力范围内。实际提升施工过程中应通过施工监测重点关注工况2网架的应力变化，必要时应进行及时调整。

4 结论

（1）针对港口煤场封闭工程正放四角锥焊接球网架结构，采用“地面分部拼装焊接，提升拼装交替，最后整体提升就位”的施工工艺，选择中部网架为起步提升网架，在两侧肩部网架拼装继续提升，最后两侧底部网架拼装整体提升就位，安装支座。

（2）施工全过程仿真分析对于大型的复杂空间结构施工非常重要，通过施工全过程中仿真分析，可以提前把握施工过程中的不安全因素，保证结构在施工过程中安全稳定，对施工方案作出指导。

（3）施工过程模拟计算对于结构在施工过程的安全非常重要，在结构成型前，结构的内力会有较大的变化，提升施工需要拆除提升胎架位置处的杆件，对结构也会产生影响，通过施工过程模拟计算可以对施工方案进行复核和指导。

（4）按照实际施工过程分为5个工况进行施工过程模拟计算，选取标准结构单元进行计算分析，计算结果表明所有工况最大应力均满足控制应力范围内，工况二的最大应力较接近控制应力，实际施工过程中通过施工监测重点关注，及时调整施工方案可保证施工顺利完成。