景山学校屋面钢网架吊装技术

吕振洋 李红艳 黄 涛

中国新兴建筑工程有限责任公司 北京 100032

摘 要：以景山学校通州校区项目为依托，其体育馆钢网架屋面采用“地面拼装+分单元吊装”的施工方法，解决了项目规模不够巨大、各单体结构形式多样、施工组织机械调用复杂、有流水施工难等问题。采用方案比对、数据建模模拟分析等手段，为高空网架拼装提供了科学依据。效果显著，切实满足项目需求。

关键词：钢结构；体育馆；网架；施工技术

前 言：在钢结构实现大跨度空间工程中“高、大、轻"等独特优势的逐步认识中，钢结构在体育馆、办公楼、配套设施等建筑方面被广泛运用。景山学校通州校区项目相应京政办发(2017)8号《关于加快发展装配式建筑的实施意见》要求，将混凝土结构全部改为钢结构，标准化生产装配式建造，16栋单体中体育馆屋面采用钢网架结构

钢结构网架在施工难度大表现为柔性较大、易失稳、变形控制困难，工期季节跨度引起的温度应力也明显,拼接误差累计消除技术需求高。为达到工厂化生产、装配率提高、工期缩减等目标楼体外形简单端庄，功能性明显。

1 工程概况

景山学校通州校区是一所跨区建设、九年一贯制、附带高中部的高标准综合学校，在2020年度北京市3个100重点工程规划中（是功能性强、关系群众切身利益的重大民生改善项目），其体育馆主体为钢框架结构，屋面为网架结构，设计安全等级一级。网架南北57.6m、东西34.25m标高20.45m、矢高1602mm（见图1），网架用钢量约74吨。

图1 体育馆网架三维示意图

2 施工技术难点

2.1工期要求紧

作为民生工程由于结构形式调整图纸不全，且要在2020年交付甲方，施工难度大、任务重。

2.2 构件拼装难、柔性强、易失稳

由于项目网架构件多、跨度大、刚度弱、面积大等导致施工作业难度较大。需吊装的单榀网架跨度34m,提升过程中极易失稳,并且扁担与网架连接处应力集中,且网架单元存在左右宽度方向截面不对称，提升时可能会有偏移的问题。

2.3 质量标准高

该项目质量目标为“中国钢结构金奖”，创“中国建设工程鲁班奖”。工程在北京市150项重点工程中位列第七，也是副中心115项重点项目之一，受到市区各级政府高度重视。

3 吊装方案选择

网架采取“原地拼装+分段吊装”的施工方法。根据本项目其他单体形式、已有机械及工厂情况，选择构件工厂标准化加工，原地分4榀拼装，选用2台100t（1台25t辅助）汽车吊加设扁担两端同时起吊安装，汽车吊行走于楼体东西两侧、由南向北逐榀吊装。避免选择原位高空拼装和整体提升的安装方法，降低项目成本、减少安全隐患。

图2 吊装示意图

4 关键施工技术

4.1安装步骤

单品网架楼承板上拼装：安装支座（由中心向四周拼装）→安装下弦一榀网格→安装腹杆和上弦杆。边安装边测量定位，如中间有杆件放入困难时，可用千斤顶微顶网架下弦球调节后放入。安装时垫实下弦球，确保下弦节点不发生位移，同时辅以全站仪对各控制节点进行测量定位。拼装完毕后吊装顺序:4榀网架吊装→候补杆件→3榀网架吊装→候补杆件→……→1榀网架吊装→候补杆件。

4.2深化设计

经深化设计除与其他单体相同的箱型柱、H型焊接钢梁、H型热轧钢梁外，圆管主要截面有Φ75.5*3.75、Φ88.5*4、Φ140*8、Φ159*12、Φ180*12共4种。对标准化生产、降低拼装错误率、缩短工期、降低同种材料损耗率等效果明显。

4.3吊点设置

每榀网架两端各设一扁担，扁担较下弦高度为5m，提升点较扁担高度为2.5m；扁担截面尺寸：H300*300*10*15；扁担通过3点与网架下弦节点采用钢丝绳连接。为准确确定吊点位置及索具长度，充分利用建模实体求出构件重心,此方法不仅计算简单,且较为准确。

吊点均采用钢丝绳绑扎的形式，其形式有吊装钢丝绳直接绑扎或钢丝绳套绳加卸扣绑扎。由于本项目吊物跨度较大、稳定性需求高，所以采用钢丝绳套绳加卸扣的绑扎形式，单个扁担采用两点吊，绑扎点必须在其端部，以防止吊装时由于绑扎不牢而引起钢丝绳滑动。

图3 吊点示意图

4.4组合体拼装

单榀结构整体就位后经过复测与设计位置相同后，使用汽车吊及倒链进行部分杆件的后补工作。候补杆件主要包括钢柱顶支座区域和单元间的杆件（补装顺序：先补装支座区域的杆件，再补装支座之间的杆件；单元间先补装主受力杆件，再补装次受力杆件以确保整体性）。补杆施工高空作业过程中，满铺水平安全网，并在补杆两侧铺设人行马道。

5 施工过程模拟及仿真验算

5.1 结构计算模型

吊装验算利用Midas Gen分析软件进行分析计算，4榀拼装单元性能基本相似，以其中1榀为例进行应力和变形验算。

5.2 结构吊装应力验算

验算时在自重的前提下，不忽略螺栓球自重，把螺栓球质量转成集中荷载作用在相应位置，模型中所有数据均来自结构设计图，吊点连接在上弦的两个点上。荷载工况取：1.35*D，吊装动力系数取1.1。组合体在自重和两点集中提拉荷载作用下的杆件应力比柱状图如图6所示。

图4 结构应力比计算结果

5.3 结构吊装变形验算

由有限元软件依次计算每个节点的变形位移并将结果对比可知,最大变形发生在吊点位置下弦三个点处。

综合分析显示：结构网架最大应力34.6MPa、扁担最大应力-8.5Mpa；结构最大位移10.7mm，最大应力比0.52<1，结构吊装安全要求。

结 语：

1)通过采用地面拼装、分区提升、高空连接的施工方法,较好地解决了缩工期、降成本、保质量等问题。

2)施工过程仿真分析能够真实反映结构的实际受力状态，通过对结构在吊装过程中的最危险部位进行内力和变形验算，保证结构施工安全可靠。

通过本项目安装实例的选择,证明其关键技术可行,并且在实际中取得了良好的效益,为今后该类结构的施工积累了经验，为工程建设提质增效。

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