何建民

随着经济的发展和科技的进步，大跨度网架钢结构的应用在国内外工程中逐渐普及。不同于混凝土结构，钢结构具有强度高、重量轻的优点，同时，由于钢材具有良好的塑性和韧性，钢结构还具有优越的抗震性能。而网架钢结构除了具有钢结构的优点外，还具有刚度大、施工周期短和造价低等优点，被广泛应用于体育场馆、机场航站楼、工业储料堆场等大跨度构建筑物中。但网架钢结构也存在节点多、跨度大、整体提升困难、拼装精度要求高等施工难点，施工方案对网架结构的安全性和经济性有着重要影响。一般情况下，网架钢结构可分为由两向或三向平面桁架组成的交叉桁架体系和由三角锥体、四角锥体组成的空间桁架体系。本文以京杭运河支线码头上的某水泥公司熟料卸船网架钢结构工程为例，介绍该工程的主要施工难点、水上安装解决方案、工程实施过程等，供此类项目施工参考。

1 工程概况

本工程位于浙江省京杭运河支线码头，该码头承担着水泥生产所需原材料的卸船任务。考虑到运输原材料的船舶大型化的发展趋势，需要建造跨度及高度均能满足大型船舶使用要求的构筑物，以实现码头熟料卸船区域全封闭，进而实现24h不间断连续卸船，并达到绿色环保标准。

网架钢结构工程场地地貌属浙北杭嘉湖冲湖积、湖沼积平原地貌，陆地部分场地地势平坦，局部略有起伏。场地表层土为10～15.5m厚的回填土及淤泥质黏土，且持力层较深，地基条件较差，因此本工程采用钻孔灌注桩基础。该地区为抗震设防6度区，基本风压为0.35kN/m2，结构承受水平荷载作用较小，可采用网架结构。

本工程网架结构长127.0m，宽57.4m，高29.0m，最大跨度达到48.5m。网架三维结构示意见图1。网架结构屋盖系统采用平板式网架结构，网架形式为正方四角锥型，网架支承结构采用混凝土独立柱与网架墙相结合的方式。本工程屋面水平投影面积为9 811m2，檐口标高28.54m，屋脊标高31.05m，总用钢量384.5t，网架覆盖区域2/3的面积位于水面上方，现场场地实景见图2。

图1 网架三维结构示意

图2 现场场地实景

2 常规施工方法及本工程施工方案

2.1 常规施工方法

（1）高空散装法。在结构下方搭设脚手架，在支架上铺设工作平台，将散件运至平台后，在相应的设计位置进行拼装。该方法施工工艺简单，但所需使用的脚手架数量多，搭设和拆除耗时较长，且工人劳动强度大。

（2）分条分块吊装法。将整个结构分条或者分块，在地面分别组装，再由起重机吊至设计位置，最后把各个分块拼装成整体。分条和分块的网架单元，其自身应具有足够的刚度，否则需采取临时加固措施。

（3）悬臂安装法。适用于球壳类结构，借助已安装好的结构部分作为后续结构安装的工作面，利用开口壳支承壳体自重，由外到内逐圈拼装。此种安装方法所需使用的脚手架材料数量少，施工成本较低，但危险性较大。

（4）滑移法。将整个平面单元或分为条块的单元，从事先设置的滑动轨道滑移至设计位置，然后拼装成整体。由于其滑移的对象是结构的支承单元或胎架，脚手架使用数量较少，节省了支架安装时间，但需特别验算支架的稳定性。

此外，还有大多应用于穹顶施工的攀达穹顶施工法、折叠展开式施工法和张拉弦钢拱架施工法。

2.2 本工程网架结构施工特点

（1）网架2/3的面积位于水面上方，使用汽车式起重机进行结构吊装。因起重机臂长有限，无法直接将杆件吊到指定位置上，分块分条吊装及高空散装均难以实现。

（2）网架屋面结构形式为平板结构，最大跨度达48.5m。网架在未整体成形前，处于不稳定状态，在网架墙网架初始安装处也处于不稳定状态，较大的跨度会造成分块吊装的网架单元自身刚度不足。

此外，由于施工期间，码头仍需正常作业，本工程网架结构施工不能影响码头的生产经营。

2.3 本工程安装施工难点及解决方案

综合上述情况，本工程网架结构施工条件较差，常规单一的网架安装方法不适用于本工程。经多次专家论证及模拟施工，决定采取分块吊装和高空散装相结合的方法进行网架施工。本工程的主要安装施工难点及解决方案如下。

2.3.1 难点一及解决方案

（1）难点一

网架大部分位于水面上方，可用的陆地安装面积十分有限，全局搭设脚手架较难实现，且起重机无法进入场区，浮船式起重机高度无法满足吊装要求。

（2）解决方案

结合现场情况，采取塔式起重机和汽车式起重机相结合的施工方式。在场地中央靠近水线位置处设立塔式起重机，以最大限度地利用塔式起重机进行水面区域的空中安装作业，再利用汽车式起重机进行陆地部分的网架吊装作业。对塔式起重机覆盖范围外的区域设置临时支撑。

（3）施工注意事项

拼装顺序应合理，为减少累计偏差，可以从中间向两边开展拼装；控制标高与轴线的定位，拼装中应随时测量和调整标高和轴线。网架结构总体拼装完成后，纵、横向总长度偏差、中心支座偏差等指标均应符合验收标准要求。

2.3.2 难点二及解决方案

（1）难点二

分块吊装的网架单元自身刚度不足，需采取临时加固措施，保证拼装过程中结构的稳定性。

（2）解决方案

网架结构施工区域布置平面示意见图3。如图3所示，该项目将施工区域划分为8个区域，分别进行作业，以满足生产及施工场地的需要。在1轴与F 轴相交处，同时沿轴线逐步安装墙面，并拉钢丝绳至屋面，以形成三角稳定结构；按计算要求在薄弱位置架设格构式临时支撑，采用千斤顶进行调节，以保证结构稳定性。网架从1轴向6轴安装，临时支撑支架设在4轴，待1～4轴网架安装完成后，拆除部分临时支撑支架，并移至4～6轴使用。

图3 网架结构施工区域布置平面示意

以上分区域安装方案，既不会影响码头船坞的正常使用，又保证了网架施工的进度要求。

3 工程施工方案实施

3.1 施工工艺流程

网架结构施工工艺流程如图4所示。

图4 网架结构施工工艺流程

3.2 施工前的准备

施工前需平整场地，使其具备吊装条件；网架按现场安装顺序分批加工和进场，要求各构件的加工精度满足要求且编号准确；复核杆件的规格尺寸、埋件及标高，复核网架支承基础及独立柱的定位及标高。将偏差控制在允许范围内方可进行下一步施工。

结合场地条件及网架空间位置选择施工机具，通过计算选择适用的汽车式起重机、塔式起重机等吊装机械。

3.2.1 汽车式起重机

（1）确定吊装重量

网架吊装分起步跨网架吊装及锥体型小拼装单元体吊装，起步跨网架为1 轴与F 轴小拼装单元体，汽车式起重机吊装重量G为2t。

（2）确定吊装幅度和吊车臂长

吊装幅度取6m，吊车臂长取32m。汽车式起重机吊装示意如图5所示。

图5 汽车式起重机吊装示意

（3）检验起重机型号

使用QY25K型汽车式起重机，查阅《起重机起重作业状态主要技术参数表》可知，当吊装幅度为6m，臂长为32m 时，起重量Q1=6.5t，Q1>G，QY25K型汽车式起重机满足要求。

3.2.2 塔式起重机

主要用于高空散装和锥体型小拼装单元体的吊装。

（1）确定吊装重量

根据施工图，网架锥体型小拼装单元体吊装的最大重量为200kg。确定G=0.2t。

（2）确定工作幅度

根据吊装要求，塔式起重机最大工作幅度为58m。塔式起重机吊装示意如图6所示。

图6 塔式起重机吊装示意

（3）检验起重机型号

使用QTZ80 型塔式起重机，查阅《起重机作业状态主要技术性能参数表》可知，当最大吊装幅度为60m 时，起重量Q1=1t，Q1>G，QTZ80 型塔式起重机满足要求。

3.3 搭设临时支撑体系

网架在整体成形之前稳定性较差，需搭设临时支撑体系。本项目2/3 的网架位于水面上方，如何搭设水上临时支撑体系是施工难点。经论证，决定利用转换桁架支撑钢支架，二者组合构成临时支撑体系。临时支撑体系示意见图7。

图7 临时支撑体系示意

转换桁架及钢支架均为角钢格构式构件。钢支架高27m，重达2t，在15m 高左右设置系杆和缆风绳，其主杆采用L90×6 角钢，腹杆采用L50×5 角钢；转换桁架计算跨度为28m，平均分为10节，断面尺寸为2 300mm×1 000mm，上弦主杆采用2L100×8角钢，下弦主杆采用2L90×6角钢，腹杆采用2L75×5角钢，总重量约5t。桁架两端支承于混凝土柱桩基承台上，采用钢板底座并用膨胀螺栓固定。

通过3D3S计算软件计算确定转换桁架及钢支架的搭配。在软件中输入恒荷载和活荷载两种工况，计算需采用的荷载组合为“1.30恒荷载+1.50活荷载”。运算结束后，查看各单元的计算结果，构件单元的稳定、应力比、长细比均满足规范要求。临时支撑体系中各杆件的强度应力比如图8所示。

图8 临时支撑体系各杆件的强度应力比

3.4 安装网架与卸载临时支撑

3.4.1 安装网架

网架安装的总体施工思路是按照划分的区域，先安装塔式起重机及临时支撑，从转角开始安装墙面网架，形成稳定结构后，再进行屋面网架的分块吊装及空中散装。具体实施时，应以临时支撑体系为支点，按照下弦、腹杆、上弦的顺序，在分片区域内从中间向两边逐步拼装各构件，将累计的施工误差在边缘释放。完成屋面网架安装后，自上而下进行剩余墙面网架安装。

3.4.2 卸载临时支撑

在安装过程中，网架顶面网格分块依靠临时支撑作为临时受力体系，因此，在完成网架结构安装后，必须卸载临时支撑。

临时支撑卸载是将网架顶面钢结构从支撑受力的状态转换到自由受力状态的过程，即在保证现有钢结构临时支撑体系整体受力安全的基础上，网架主体结构由施工安装状态顺利过渡到设计状态。卸载方案遵循“分区、分节、等量、均衡、缓慢”的原则，卸载过程中结构构件的受力与变形应相互协调、均衡变化。

（1）卸载方法：不同区域的临时支撑数量不尽相同：1 区有9 个临时支撑，2 区有12 个临时支撑，3区有12个临时支撑，4区有8个临时支撑，5区有9个临时支撑，6区有6个临时支撑。2区和5区是船坞所在位置，需先行卸载，卸载时由中间向两边同步进行，其他区域类似。

（2）卸载操作：主要是对支撑顶部的千斤顶进行泄压。为防止卸载过程中构件出现较大变形，应分3 次进行卸载，千斤顶逐次下降5mm，每次时间间隔>30min，以确保杆件内应力调整和重新分布。待千斤顶完全泄压后拆除临时支撑，在临时支撑卸载过程中，需注意监测变形控制点的位移量，如出现较大偏差应立即停止，修正后方可继续。

（3）卸载变形观测：卸载前观测各观测点的位置并记录；卸载过程中采用全站仪适时观测各观测点的变形情况；卸载完成后采用全站仪进行一次全面的变形观测；对比卸载前后各观测点位置数据，计算各观测点的变形量。

3.5 保证施工安全

工程施工前需对现场施工人员进行安全培训，使施工人员具备良好的施工安全意识，防范违反安全操作规程的事件发生。施工管理人员应主动承担安全管理责任，精准管理与落实施工现场所涉及的安全管理问题，对施工现场所涉及的重点安全问题进行统筹规划与合理部署，从根本上确保网架施工安装的安全。建立应急领导小组、现场抢救小组，配备足够的消防器材，做好人员落水、起重伤害、物体打击和触电等突发事件的应急准备。在不同的施工阶段，防火工作应有侧重点，应特别注意焊接、切割等容易引起火灾的隐患点。针对网架水上施工条件，应建立水上救援预案，在港池边配备一定数量的救生衣等救生器材。施工过程中，应避免雨天作业，采取可靠的防滑措施。

3.6 进行施工观测

施工过程中，需进行水平角观测、沉降观测和位置观测。

（1）水平角观测宜采用方向观测法。当方向数不多于3个时，可不归零；导线测量中，当导线点上只有2个方向时，应按左、右角观测；当导线点上多于2个方向时，应按方向观测法观测。方向观测法与全组合测角法的操作程序，应按国家现行三角测量和精密导线测量规范执行。测回数应根据要求的测角精度和观测条件确定。

（2）沉降观测应以全面反映建筑物地基变形特征为目标。由于本项目网架部分位于水面上方，水域边线两侧的土质差异较大，为保证结构的整体性，每次观测时应记载施工进度，增加荷载量以及各种影响沉降变化的情况。

（3）位置观测采用前方交会法或方向差交会法、导线测量法或近景摄影测量等方法。单个建筑物亦可采用直接测量位移分量的方向线法，在建筑物纵、横轴线的相邻延长线上设置固定方向线，定期测量基础的纵向位移和横向位移。

3.7 做好验收工作

构件全部安装完成后，需对其开展验收工作。主要内容如下：

（1）检查网架各杆件的长度，支座的中心偏移与高度偏差，确保每个构件安装正确，连接牢固。

（2）对挠度进行测量，由于网架跨度>24m，应测量跨中及四分点的挠度，得到的挠度结果不应超过现荷载条件下挠度计算值的1.15倍。

（3）防腐蚀、防火等措施应符合设计要求。

（4）网架安装的总体验收应具备下列文件：网架施工图、竣工图、设计更改文件、施工组织设计文件、所用构件的材料质量证明书与试验报告；网架安装各道工序的验收记录、焊缝质量和高强螺栓的质量检测资料、网架安装就位后的几何尺寸偏差与挠度记录。

4 结语

本文以京杭运河支线码头上的某水泥公司熟料卸船网架工程为例，介绍了大跨度钢网架水上施工技术要点。通过科学选择施工方法、合理布局吊装机具、设置临时支撑体系，保证了网架工程水上安装过程中的稳定性和安全性，有效解决了陆地面积有限、网架安装初始稳定性不足等问题。对面积较大且场地情况复杂的水上钢网架，应根据实际条件合理划分施工区域，实行分区安装，这种施工方式具有质量可靠、安装误差小、节点易控制等优势，能够有效加快工程进度，缩短施工工期，提高施工效率，降低安全风险，取得良好的经济效益。