1 提升技术综述

　　常规钢网架施工方法主要有高空散装法、滑移法、整体吊装法及整体顶升法等，技术众多，各有优劣。

　　1)高空散装法虽然可少搭设支架、节省材料，但要求悬挑部分网架结构自身必须具有足够刚度，需临时加固增强的构件繁多。

　　2)滑移法需搭设胎架，设置滑移轨道，胎架回收利用率低，高空作业多，安全性能低。

　　3)整体顶升法网架结构只能进行地面原位拼装，主体支撑节点及周边杆件需在高空进行二次散拼装，质量不易保障，安全性不高。

　　与以上施工方法相比，拔杆群整体提升技术原理简洁，场地、空间要求低，可使网架完全实现在地面错开结构柱点支撑拼装，整体吊装提升而无需再次补嵌杆件，吊装至设计标高后空中平移或转体就位，避免高空作业，保证焊接质量和施工安全，具有施工速度快、成本低、质量有保障、安全可靠及设备重复利用率高等诸多优点，从而在大跨度、大面积钢网架施工中广泛应用。

　　钢网架结构工程使用功能有别、建筑造型各异，在应用拔杆群整体提升技术时受施工场地限制、结构形式多变及构件受力变化等因素影响，必须针对性地分析工程特性，合理优化、精准选择提升吊装技术，保障顺利施工。拔杆群吊装技术适用于各类工程类型。

　　1)大面积网架地面错位拼装、空中平移技术适用于工业厂房、生产车间屋顶等大面积平板式钢网架，网架下弦柱网支撑且柱点间距相同的钢结构。

　　2)大跨度重型网架外扩累积接力提升技术适用于影剧院、体育馆、自行车馆、车站及会展馆等(半)圆、椭圆及马鞍形等公共建筑的球面网壳、椭圆及抛物线面等网壳结构。

　　3)异形曲面网架非同步提升空中转动技术适用于机场航站楼标高不同、造型各异、不规则自由曲面屋盖，煤焦厂区大跨度煤棚屋盖等公共建筑及工业建筑柱面网壳拱形结构、结构两端支座标高高差较大的网壳拱形结构。

　　1.1 大面积网架地面错位拼装、空中平移技术(见图1)

　　将网架在地面双向错位拼装，再整体提升至超过设计就位标高，通过调整缆风绳，使拔杆群整体倾斜一定角度，同时配合使用就位绳，达到网架在空中平移就位的目的。

　　1.1.1 技术实施重点、难点分析

　　1)倾斜后拔杆系统稳定性管控传统施工设计采用手工计算，且仅限于拔杆倾斜前的直立状态，由于缺少有限元分析技术而无法获得拔杆倾斜、网架平移后的受力状态。实际上，拔杆倾斜多依靠缆风绳和绷头绳控制，两侧缆风绳对倾斜后拔杆施加更大的竖向分力，导致拔杆受压力增大，这与竖直状态下的拔杆受力有很大区别。

　　2)拔杆截面优化设计传统手工计算无法精确计算倾斜拔杆所受轴力，因此多数工程所用拔杆截面均偏保守，靠经验来选择截面规格，而未针对性地考虑工程差异，增加施工成本。针对不同规模工程，应进行优化计算，选取更经济合理的拔杆规格。

　　1.1.2 关键技术研究分析

　　双向平移时拔杆整体稳定性技术突破传统手工计算的局限，采用ABAQUS有限元软件建立网架和拔杆体系有限元模型，全程模拟空中平移过程。根据构件受力特点，网架杆件采用桁架单元T3D2，杆件间铰接连接，拔杆群采用壳单元S4R，缆风绳采用桁架单元T3D2，满足施工模拟需求。

　　通过网架平移时结构非线性稳定性分析，发现平移量越大，拔杆越容易失稳，最先发生失稳破坏的是平移方向的外侧拔杆(见图2)。因此，控制最危险、最不利拔杆受力，确定其极限平移量是保证网架平移安全的重点。

　　

　　图2 破坏模式  

　　 

　　根据有限元分析结果可知，当拔杆高度<20m时，简化提出倾斜后拔杆轴力放大系数k(见表1),k为倾斜拔杆轴力与直立拔杆轴力比值，方便施工人员更准确地验算拔杆轴力稳定性。该技术可减少拔杆数量，优化吊点布置，降低成本约15%。

　　  

　　表1 拔杆轴力放大系数  

　　 

　　 

　　

　　1.1.3 技术创新

　　1)基于稳定控制的拔杆优化设计

　　以常规的一汽-大众汽车总装车间平板钢网架施工为例，按工程吊点布置方式建立模型，进行参数化计算，分析3种不同截面拔杆适用性，总结提出一套根据平移量快速设计拔杆截面的方法。

　　通过模型分析计算可得，工程平移量为1～2m时，截面为478×8拔杆长细比约为90，远超过使用需求，因此确定长细比为120较为安全且经济合理。可依据参数结果，结合工程实际平移量和提升高度，选择安全经济的拔杆规格，大大降低施工成本。

　　2)简易快速装配化基础研发

　　为使拔杆柱脚自由转动且保证基础能在承受吊装荷载与绞磨水平向拉力作用而不发生移动，特对拔杆柱基础进行分析，研发出3种装配式可调配基础，保证施工时快速组装、重复利用且灵活、易操作。

　　3)突发事件下网架构件安全性评估装备研发

　　考虑钢网架整体提升吊装过程中可能发生局部吊点失控或高空重物掉落等，因此研发出管件撞击试验装置，以分析冲击引发的安全性问题，为构件安全风险评估提供依据。

　　

　　图1 大面积网架地面错位拼装、空中平移技术  

　　 

　　1.1.4 工程应用

　　一汽-大众汽车有限公司佛山分公司二期总装车间钢网架工程采用斜放四角锥焊接空心球节点网架结构。网架厚度均为3m，支撑形式为下弦多点支撑，中钢柱间距为24m，边钢柱间距为8m，钢柱顶标高为12.400m。采用大面积钢网架地面错位拼装、空中平移技术，同步采用提升智能监控预警系统平台监控，高效实现网架地面错位拼装、空中平移后直接下降就位。网架拼装和拔杆布置同时进行，拼装完毕即可一次提升安装，吊装用时3h,7万m²网架仅用45d完成，比预定工期缩短一半，为业主创造效益>2 000万元。有效避免支座附近杆件的空中补缺，充分高效利用场地，灵活调整网架就位姿态，确保准确就位，网架拼装质量有保障，避免高空焊接作业，提高安全性能，降低建造成本。

　　1.2 大跨度重型网架外扩累积接力提升技术

　　在地面首先拼装中间环部分网壳结构，采用拔杆群提升至一定高度后，向外侧扩拼网架，如此循环，直至网壳拼装完成，并接力提升至就位标高。随着扩拼和提升的进行，网壳半径增大，高度增大，先后采用多组高度不同、位置不同的拔杆群，在施工过程中逐渐向外扩展接力提升。

　　1.2.1 技术实施重点、难点分析

　　1)确定大跨及超大跨网壳同步提升误差容许限值传统计算忽略了吊点提升不同步高差，只分析网壳吊装时在自重作用下的内力，而实际上多吊点提升势必存在不同步高差，使网架本身产生扭曲变形，引起吊装机构负荷的急骤变化，甚至导致单个拔杆失效，或引发整体连续倒塌。而网壳实体能承受的高差限值却未被精准求解，且偏高吊点的位置组合不同，引起附加内力的大小也不同，传统计算并没有对此敏感性精确分析，导致施工监测不精准。

　　2)提升过程的同步控制和监测方法传统人工绞磨占地面积大、工艺粗糙。每台绞磨需8名工人推转，1名工人操作指挥，人工耗用庞大。不仅吊装效率低下，且同步性完全依靠工人听从号令，每台人力绞磨转速不同，难以实现同步提升，工人安全也得不到保证。

　　此外，由于机械误差及各吊点钢索长度不一，提升过程中势必出现不同步，因此，提升过程中实时监测和微调也是重要的控制环节。传统吊装监测完全依靠人工读取吊尺刻度值来判断各吊点高度，效率低、精度差、换算速度慢，过程实时性不好，安全性能低。

　　1.2.2 关键技术研究分析

　　1)考虑同步提升误差的可靠性分析

　　为精准计算网壳-拔杆群体系转换过程中受到不同步提升的影响，获得容许高差限值，建立精细化模型，一体化仿真模拟网架扩拼、提升、交替更换拔杆组的全部施工过程，并得到每步提升环节中结构应力和变形。通过施加吊点不同步的位移差值，分析得到(椭)圆形场馆类网架提升的容许高差限值。2个相邻拔杆不同步提升时失稳杆件位置如图3所示。

　　

　　图3 2个相邻拔杆不同步提升时失稳杆件位置  

　　 

　　分析结果表明:当只有1个吊点偏高时，吊点附近杆件最易失稳，提升高差应控制在23mm以内;当局部有2个以上相邻吊点偏高时，附加应力较小，容许高差为35mm;当有多个距离较远的吊点同时偏高时，无相互作用，应按1个吊点偏高的情况来考虑。同步提升误差容许限值技术使外扩累积接力拔杆提升工艺成功应用于大面积重型网架施工中，施工得到高效同步控制，现场监测也更有针对性。

　　2)智能化同步控制技术

　　为保证结构吊装过程中构件受力和变形在可控范围内，研制一种红外测距同步控制系统。该系统完全采用智能化控制，可实现同步启停、自动测量及预警微调。新系统工艺在提升过程中只需1名统一指挥人员，再配以若干巡回检测员，即可实现同步控制，节约人工费80%。(1)动力控制技术采用电动绞磨，通过智能控制系统，利用无线局域网进行自动控制，节省劳动力，提升平稳，施工速度快;完全实现绞磨同时起步、同时停机、转速一致，保证提升同步性。(2)无间断测试技术采用红外测距智能同步监测控制系统，在吊点处安装无线红外测距传感器，实时监测高度，数据实时回传至控制器PLC，自动处理计算数据，操作简单，时效性强，智能精确，安全实用。(3)智能预警微调技术采用智能控制系统，根据实时反馈数据，系统自动报警、提升停止，之后自动启动、局部提升微调，达到系统设计允许值后，整体系统再同时启动。

　　1.2.3 工程应用

　　老山自行车馆是2008年北京奥运会的新建场馆之一，是我国首座配备国际标准木质赛道的室内自行车赛馆。网架安装施工面积13 898.396m²，水平投影直径149.536m，跨度133.06m，矢高14.69m，网壳厚度2.8m，整个屋盖总重约2 000t，是当时国内跨度最大的重型大跨度焊接球网壳屋盖。效果如图4所示。

　　

　　图4 老山自行车馆效果  

　　 

　　工程采用外扩累积结合空中平移技术，并首次应用智能同步监测系统。采取地面外扩累积法拼装钢网架，逐圈外扩，使用拔杆逐步提升，分别设置内环、中环、外环3圈拔杆，网壳结构始终在地面进行拼装，解决施工场内看台、设备基础及附属用房等对网架拼装的不利影响，实现提升过程精准同步控制，保证施工安全，缩短施工周期及降低安装成本，为北京奥运会的举办提供基础设施保障，取得重要的社会效益。

　　1.3 异形曲面网架非同步提升空中转动技术

　　对于大跨度柱面网壳拱形或两端就位点高差较大的网格拱形结构，采用拔杆群非同步提升空中转动技术(见图5)。利用多组拔杆群，以网架结构一端支撑点为临时转动轴(铰支座)，使结构绕轴转动一定角度，从而方便就位，或实现累积扩拼，依次类推，直至完成整体全跨度弧度要求。

　　

　　图5 非同步提升空中转动示意 

　　 

　　1.3.1 技术实施重点、难点分析

　　1)拱形网壳在无拱脚状态下的限位措施拱形网壳在边拼装边旋转过程中，拱脚无约束，跨度和挠度方向的巨大变形是导致累积拼装误差较大的不利因素。

　　2)拱形网壳在日照温度作用下累积拼装误差造成合龙困难网壳拼装是个长期施工过程，尤其在累积拼装工序中，每步由日照温度引起的拼装误差均会产生累积效应，直接影响施工精度，可能造成最终就位和合龙困难。

　　1.3.2 关键技术研究分析

　　1)拱形网壳无拱脚约束时的限位技术

　　研发可以转动的临时铰支座(见图6)，支座与球节点连接处为弧形，弧度为支座节点球半径。当支座处球节点放于支座后，可在相对固定位置进行旋转。该临时旋转铰支座技术解决了转动支座侧向位移过大的难题，保证支座球节点既能自由旋转，又不会因侧向位移过大而脱落。

　　

　　图6 临时铰支座  

　　 

　　2)结构温度敏感性分析

　　为减小温度引起的拼装误差，依托阳曲三兴煤焦化公司精煤棚网架工程分析当地气温条件，计算结构在不同施工步骤下单位温度变化引起的变形增量(见表2)。施工初期，第1,2次转动时，温度敏感性低，随后逐步增大，第5次转动时，温度敏感性最高，1℃温差即可导致约1mm位移。基于分析结果，应科学选择施工时段，在施工初期可全天作业，而施工后期必须控制作业温差在6℃以内。

　　  

　　表2 不同施工步骤下单位温度变化引起的变形增量  

　　 

　　 

　　

　　3)拉杆式自约束索技术

　　同时进行柱面网壳旋转和扩拼的一体化全过程模拟研究，提出一种拉杆式自约束措施，即在未拼装完的网架上张拉钢索，依靠钢索预应力代替拱脚约束反力。加固前后位移对比如图7所示。

　　虚拟仿真建造分析表明，该技术有效消除90%变形，通过调整拉索预应力，保证网壳施工全过程均满足变形误差要求。

　　4)温度差调整自约束索索力

　　当施工工期紧而现场气温又难以控制时，应根据温度差值调整自约束索索力，抵抗温度产生的不利变形。工艺为:在基准温度下安装自约束索并张拉至初始索力，以抵抗拱脚外推力;在后续拼装过程中，计算施工温度与基准温度的差值，并根据5个不同转动施工阶段，计算相应的索力调整值(见表3)。该项技术为工程施工提供了指导依据，方便网壳最终就位与合龙。

　　

　　图7 加固前后位移对比  

　　 

　　  

　　表3 不同转动施工阶段索力调整值  

　　 

　　 

　　

　　1.3.3 关键技术研究分析

　　提出一种限制拱脚外推位移的有效措施，同时制定施工全过程温度控制标准。标准规定拱形网壳前2次的转动拼装可以无措施地全天作业，第3～5次转动则应限制温差分别小于12,8,6℃，若客观原因无法控制，则应依据计算结果调整自约束索索力。

　　1.3.4 工程应用

　　山西太原阳曲三兴煤焦化公司精煤棚网架工程(见图8)平面尺寸为100m×80m，网格尺寸为3m×3.756m，高度3m。结构形式为正放四角锥焊接球节点网壳，沿跨度方向起拱，起拱高度24m，网壳总重为360t。

　　

　　图8 阳曲三兴煤焦化公司精煤棚  

　　 

　　工程采用拱形网壳地面拼装、空中转动技术，严格按温控标准控制施工温度并采取限位措施，使网壳拼装始终在地面进行，避免高空作业，减少胎架数量，消除转动过程中网壳位移，就位误差<6mm，安装精度优良。提前7d竣工投产，为业主单位节省资金约200万元，获得业主的一致好评。

　　2 注意事项

　　2.1 吊装机具选择、布置设计

　　提升系统所用拔杆材质规格、拔杆顶端吊耳及底座基础、跑绳装置、电动绞磨及滑轮组动力设备等均应根据工程特性及整体部署进行计算分析、布置设计。

　　2.2 地锚埋设

　　地锚应埋设在土质坚硬区域，地面不潮湿、不积水。不得用腐烂木料作为地锚，横木捆绑于拉索处，四角要用角钢加固。钢丝绳要绑扎牢固。重要地锚必须经过计算，埋设后须进行试拉。地锚埋设后应详细检查，符合要求才能正式使用。使用时要有专人负责看守，发生变形应立即采取措施加固。

　　2.3 拔杆搭设、滑轮组安装

　　现场实测拔杆基础强度，设计拔杆底座。拔杆采用吊车安装架立，顶端拴缆风绳临时固定，待所有拔杆立起后，将所有水平及斜拉缆风绳全部拉好，达到要求后，撤掉临时缆风绳，并配专人24h实施监管。拔杆垂直固定牢固后开始安装滑轮组。

　　2.4 对吊装人员的交底培训

　　除进行常规性吊装工程专项方案交底外，在吊装前还须对吊装人员再次培训，重点讲解工程施工特点，根据工程实际情况重点讲解培训，使其在施工前明确吊装过程注意事项。试吊前应首先进行空荷模拟演练。

　　2.5 吊装组织机构

　　设专职总指挥1人，观察员若干名，分工明确，责任到人。

　　2.6 网架试吊及正式吊装

　　网架整体吊离地面1 000mm时应停止，派专职人员及时检查各吊点处的实际受力状况及各锚固点安全情况，检查完毕并符合要求后再匀速起吊，起吊时要匀速上升。

　　2.7 吊装同步性保证

　　网架吊装时，应保证各吊点起升(下降)的同步性，必须采取下列措施，确保吊装同步。

　　1)起重滑轮组钢丝绳的缠绕方法及滑轮数应一致，直径应选用同一规格(同一强度等级)，绞磨卷筒上钢丝绳的初始缠绕数及长度要统一，并在正式起吊前将其张力设定控制在同一数值。

　　2)正式起吊前必须进行同步操作训练，使绞磨的操作、指挥统一。

　　3)采用同步观测系统进行实时监测、自动预警调整。提前设定同步提升高差允许预警值，实时显示监测数据，同步输送动态数据至计算机控制端，专职总指挥统一控制调整网架的同步性。

　　4)设置滑车组配合测控仪器进行微调控制。

　　5)制订安全应急预案，提前实施演练。吊装过程中出现异常情况时，立即停止吊装，锁死吊装设备;立即分析原因，迅速解决问题。

　　2.8 检查改进

　　1)吊装前对吊具、桅杆、焊缝、滑轮组、跑绳、缆风绳、绳卡、绳扣、保险钩、地锚等全部吊装装置进行全面检查，保证每台机械设备的安全有效、运转正常。

　　2)吊装过程中，随时对吊具位置、变形，滑轮组运转，绳卡、绳扣安全性，缆风绳受力状况，地锚牢固情况等进行监控，如有异常立即进入紧急状态，且按应急预案处理、上报。

　　2.9 网架变形观测

　　分别在网架跨中位置两端及中央部位设置永久性变形观测点，记录安装前后、檩条布置完成后等位移。对结构构件特殊点、控制点进行观测，观测记录自重变形等。

　　3 结语

　　大跨度钢网架结构拔杆群整体提升技术，已形成技术标准化、操作专业化、过程程序化、管理规范化的成套技术，完全改变了网架拼装位置和施工流程，使网架完全可在地面错位拼装，支座节点及附近杆件在地面一次拼装完成而无需高空作业，焊接质量和操作安全有保证，方便调整网架空中姿态和就位误差，应用前景广阔、经济效益及社会效益突出。