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1、大跨度网壳安装中脚手架滑移法的应用与发展目前 ， 国内大跨度网壳结构常用的安装方法根据其受力和结 构特点， 一般分为高空散装法、 网壳高空积累滑移法 、 脚手架滑移 法三种方法。这三种方法各有其优越性及缺点。依据工程特点 科学地选择合理的安装工艺对于钢结构质量的保证以及同时达 到安全及经济合理有着重要的意义。该公司在湖南某电厂扩建 工程 2 6 0 0 MW 机组干煤棚网壳的高空安装中， 采用了网壳结 构高空安装， 脚手架滑移的施工方法， 它充分发挥了脚手架滑移 的优点而最大程度降低了成本。现就该工程施工中脚手架滑移 方法及特点进行详细的评述。 1 工程概况 该电厂扩建工程设计建设规模为2 6
2、 0 0 MW 机组。配套的 干煤棚采用落地式双层三芯圆网壳结构，形式为正放四角锥螺栓 球结点网架结构， 长度 168 m， 跨度 9 6 m( 下弦支座球中心之间) ，壳体高度( 铰点至拱顶) 32.664m， 上弦网格尺寸 4 .0m4 .0 m， 剖面为三芯圆： 大圆弧半径 R=85.369 m，小圆弧半径 R=38.584m。对边下弦单排支撑， 设计共9 2个承压平板支座， 同时 为消除抵抗支座处水平推力， 加设92个水平抗力平板支座。设计采用螺栓球2957个， 材质 4 5 号钢， 杆件11574根， 材质 Q 235 钢或 2 0号优质碳素钢， 高强度螺栓采用 4 0 C r 钢
3、，钢结构总用钢 量约875 t ，网架覆盖面积15800m2 。 2 方案选择 2.1 高空散装法 该工程网壳覆盖面积大， 经济与工期要求均不允许搭设满堂脚手架 ， 所以选用满堂脚手架， 高空散装方法显然行不通。 2.2 网壳高空积累滑移法 因本网壳主结构部分设计为螺栓球球结点结构，在施工方案的选择上应尽量避免采用网壳主结构滑移。因此，此方案被最先否决。 2.3 脚手架滑移方案 优越性： 1 ) 网架原位安装， 最大程度地遵循设计意图，不改变 设计的原始受力模型； 2 ) 脚手架为专业人员设计，可进行各种工 况的受力验算，技术上可靠，其安全性、适用性很高； 3 ) 脚手架材 料为国标扣件节点脚
4、手架材料 ，可就地取材( 采用租赁方式获 得) ，现场安装时间短，施工方便，可缩短工期； 4 ) 在大跨度，纵向多单元的网壳施工中，其经济上的优越性体现更为明显。 3 施工方案 该工程施工方法采用脚手架高空， 网架高空安装 的施工方 法。工程主体网壳分 1 5个安装单元， 每个安装单元的完成均在 脚手架操作平台上完成， 一个拼装单元完成后， 脚手架滑移至预定位置进行下一个安装单元， 脚手架滑移 1 4次， 最后一个单元补 空完成 ，不再滑移。网壳构件材料垂直运输使用一台2 5 t 汽车吊 ( 主要考虑移动方便) 来完成， 其吊臂接长 3 7 m。 4 脚手架滑移方案的应用特点 4.1 脚手架设
5、计特点 该脚手架经专业设计人员设计及分析计算，采用普通扣件管 件材料。脚手架跨度为 8 6 m，宽度 1 2 m( 沿网架纵方向) ，最高处 29.50 m，顶部根据网架结构特点呈圆弧形；下底部根据脚手架滑 移要求共设置12条滑移轨道 ， 整体脚手架 自重约220t ，脚手架设计承载力270kg/ 。该脚手架设计主要特点 ：整个脚手架重量落在 6个支架承台 ( 平均间距 1 7 m) 上 ，每个支架承台承重面积为 3 .0 m1 2 m，用 3 0 0型槽钢焊接为格构式， 具有良好的强度与刚度； 每个支架承 台下部焊接连接 8 个滚轮， 每侧 4个； 滑移轨道选用 1 6号非对称 工字钢( 轨
6、道专用工字钢) ，每根长度 1 2 m，滚轮两侧设置挡板，同滑移轨道之间为滚动摩擦。 脚手架在搭设过程中，按照设计要求， 滑移轨道之间部分脚 手架留置适当高度及宽度的三角形门洞，极大地减轻脚手架自重；在脚手架同承台连接部位采用焊接连接，为保证脚手架整体稳定性，在纵横向加设斜支撑，纵向斜支撑间距 1 .2 m，横向斜支 撑间距 1.5 m。为保证脚手架滑移同步性及减小摩擦力，脚手架 在中间部位分隔为左右两部分，中间设置 5 0 c m宽间距，在网架结构安装过程中，左右两部分临时连接； 在脚手架滑移时，保证两部分完全独立。脚手架立面图见图 1 。 图 1 脚手架立 面图 4.2 脚手架应用的先进性
7、 。 1 ) 本工程中网壳跨度9 6 m( 下弦支座球心距离) ，脚手架跨度 达到 85.5m ，为降低脚手架造价，采用支架承台支撑，中间留置门洞 ，实际节约架管材料 7 0 t 8 0 t ，节省费用约 8万元。 2 ) 脚手架在中间部位分隔为左右两部分 ， 可最大限度保证脚手架滑移过程中各支架承台同步性，避免脚手架在纵向产生扭 曲。同时， 脚手架左右两侧部分可以先后独立滑移， 可分别计算 其滑移摩阻力。 滚动净摩擦系数取0.10，滚轮与钢轨之间可取0.5mm ，滚轮的外圆半径 r l =1 5 0 mm ， 滚轴的半径 r 2 =4 0 mm， 则单侧最大摩 阻力为： Ft=( k r l
8、 + 2 . r /r1) Gok = ( 0.5/150+0.1 04 0 1 5 0) 1 1 0=3 .30 t 。 在单侧脚手架滑移过程中实际选用 3副 5 t 手动倒链， 可轻 松牵引滑移。 3 ) 选用的 5 t 手动倒链为 同一规格型号，滑移 控制速度50mmmin ，滑移作业过程协调一致， 统一指挥，滑移的不同步严格控制在20mm以内，平稳滑移，滑移的安全性大大提高。 4 ) 该脚手架滑移方案最大限度的利用了原有的施工场地的优越条件，根据建设单位场地堆煤的要求，施工场地按照设计要求全部推平碾压后，浇筑150mm素混凝土地面，更利于脚手架的滑移。 5 ) 脚手架门洞的留置，在施工
9、期间建设单位可以继续安装斗 轮机及其辅助设施。这一点对建设单位的同步施工，有着积极的意义。 5 工程效果 采用该脚手架滑移方案，仅用7 8 d 就完成了8 0 0多吨钢结构 安装工作，取得了圆满成功。同时，最大限度节约了成本及满足了建设单位的总施工进度协调要求，为以后的类似工程提供了宝 贵经验。 国内首次采用大跨柱面网壳“机构结构”整体提升施工方法取得圆满成功河南省鸭河口电厂干煤棚跨度108米，采用三心圆柱面双层网壳的结构形式，是目前亚洲跨度最大的柱面网壳。该工程在施工中采用“机构结构”整体提升方法，提升工作于2001年5月31日一天内完成。全国空间结构学术委员会和全国升板建筑和提升技术学术委
10、员会的14位国内著名专家现场指导考察。现场召开了柱面网壳“机构结构”整体提升施工方法的研讨会，与会专家对该种施工方法的技术先进性和经济性给予了充分的肯定。柱面网壳“机构结构”整体提升施工方法的基本思想是将网壳去掉部分杆件，使一个静定结构变成一个可以运动的机构，这样就可以将柱面网壳在地面折叠起来，最大限度的降低安装高度；然后将折叠的网壳提升到设计高度；最后补缺未安装的构件，机构又变成静定的结构。所以，整个施工过程是机构结构的变化过程。由图1可以看出，提升过程是一个机构运动的过程，这是此方法与一般网架提升法的本质区别。柱面网壳“机构结构”整体提升施工方法的优点是大部分构件的安装工作都在贴近地面处完
11、成，可以保证安装质量，加快安装速度，保障施工人员安全，并且节省大量脚手架。鸭河口电厂干煤棚网壳整体提升的施工技术在国内尚属首次采用，并取得了圆满成功，为该项技术应用于大跨度结构的施工积累了宝贵的经验。本工程由浙江大学空间结构研究中心设计并提出施工方法，浙江东南网架集团公司承接施工。图1 柱面网壳“机构结构”整体提升施工过程示意图大跨度柱面网架折叠展开提升技术1、工程概况和技术原理 河南南阳鸭河口电厂原有露天的煤炭堆场，场内有斗轮机和输煤栈道。近年来因雨水增多，为防雨水冲淋煤炭需要在煤场上建造一个干煤棚。干煤棚的结构形式为钢结构的柱面网架，纵向90m、跨向108m、高38.8m、重505t，是国
12、内最大跨度的干煤棚。 干煤棚网架的安装采用地面折叠拼装、整体提升展开的新工艺。其技术原理：拼装时抽掉一些杆件后将网架结构分成5块，块与块之间以及网架根部基础采取铰连接，使结构成为一个折叠式可在地面拼装的可变机构。网架的大部分杆件、设备安装以及部分装修工作在地面完成，然后采用钢铰线承重、计算机控制、液压千斤顶集群整体提升等先进工艺，将该机构展开提升到预定高度后装上补缺杆件，使之形成一个稳定、完整的网架结构。2、施工难题和控制要求 1)网架是可变机构 网架在地面拼装后是一个折叠的可变机构，展开提升过程中水平方向很容易失稳，因此必须采取技术措施使之转化为一个稳定结构，才能进行展开提升。2)提升负载呈
13、动态变化 以往网架是完全悬空提升的，其质量全部由提升千斤顶承受，只要提升时控制好同步，提升力相对来说是一个常数。而这次提升时网架根部始终与基础铰接，其质量由提升千斤顶与基础共同承受，在提升过程中千斤顶的提升负载随着提升高度的变化而变化，负载动态均衡的控制难度很大。 3)内应力控制是一个关键难题 网架提升时共有6个铰轴，各铰轴之间必须相互平行，每一铰轴上的铰必须多铰同轴(同轴度误差应3mm)，否则会产生过大的内应力，严重时将发生网架变形，甚至损坏。因此网架的拼装精度必须严格符合要求，提升中网架内应力控制是一个关键的难题。 4)研究抗结构瞬变技术 提升过程中提升力随着提升高度的增加而变小，如果不采
14、取技术措施，网架提升将到位时提升力会突然消失，在反拱力和水平力的作用下结构将发生瞬变，因此必须研究抗瞬变技术。 5)保证临时提升架的稳定问题 该网架是无柱落地网架，跨内没有结构梁柱可作支架，需在跨内设置临时提升架，提升架除了能承受竖向荷载外还需承受一定的水平力。由于构件制作误差、地面拼装误差以及液压系统离散性等问题，同一提升架上两侧提升千斤顶的动态负载会有差异，如果此差异值过大将使提升架弯曲，甚至失稳而发生重大事故，因此要采取措施保证提升架的稳定和安全。 6)同步控制要求高 提升时如果各个吊点不同步，除了网架会发生变形外还会由于两边不同高差引起的水平力而偏移，甚至失稳。在提升过程中网架两端是固
15、定铰支座，中间是不固定的铰支座，这种结构提升时如果同步控制不好将增加结构的不稳定性，因此在展开提升中对各吊点的动作同步、高度偏差、负载均衡的控制要求都很高。3、施工技术研究 3.1提升系统设计 通过对提升力的计算分析得出网架提升过程中提升力随着提升高度的变化而变化的规律，据此确定提升吊点的分布，完成提升系统的设计和布置。 3.2临时提升架设计 临时提升架的设计既要考虑提升架的承载能力(包括压力与变矩)，更要考虑本身的稳定问题，为此选择TQ80/60塔机的塔身作为提升架，每个提升架由2个塔身组成，塔身底下做砼基础。 在提升过程中严格控制同一提升架上两个吊点的负载差异，专人观测提升架垂直度变化和两吊点液压千斤顶压力差。一旦压力差达到警戒值必须立即停机调整，确保压力差在安全范围内。 3.3网架稳定措施 1)在网架的关键位置拉上若干浪索，采取合理的浪索形式，精确计算浪索拉力，并且设计提升过程中浪索同步调整的步骤和要求。提升中使网架两边浪索的张紧程度基本相同，必要时通过浪索的张驰纠正网架的水平偏移。 2)在每个提升架上各安装一条垂直滑道，滑道与网架之间设置导轮，导轮固定在网架杆件上，与提升架间有20mm间隙，使网架既能上下
