1 工程概况
上海飞机设计研究院4号强度试验室工程，位于浦东新区张江高科技园区南区中国商飞设计研发基地内。本工程共有30根柱子，柱顶标高为27 m，其中两侧山墙抗风柱12根，柱子断面尺寸0.80 m×1.20 m，纵向排架柱18根，柱子断面尺寸1.00 m×1.50 m。主结构为正放四角锥焊接球钢结构网架，周边下弦多点支撑，总质量约230 t，投影轴线尺寸长为81 m，跨度为56 m，网架投影面积4 536 mm2 。杆件共有9种规格，焊接球共有6种规格，总计570只，网格尺寸为4.50 m×4.00 m，网格高度为4 m，屋面设有4条玻璃天窗采光带。
2 安装方案选择
大跨度、大吨位钢结构网架工程最为关键的技术是安装工程，为此，我们在安装前即对几种安装方法的优缺点进行了比较（表1）。
表1 优缺点比较
序号 安装方法 主要优点 主要缺点1 高空散拼成形可用简易或小吨位的起重运输设备。现场及高空作业量大，同时需要搭设满堂支架，成本较大，进度较慢。2 分片吊装高空作业量减少，可充分利用现有起重设备，较为经济。对于分片后结构的刚度和受力状况影响较大，且受周边环境限制。3 整体提升可利用结构柱作为提升设备的临时支撑结构，不受周边环境的限制。提升设备须临时加工制作，安装技术要求高，安全风险较大。4 整体吊装采用大吨位起重设备，在地面完成拼装，进度快。对吊装设备能力要求高，需超大型吊装设备，费用昂贵，且对周边环境要求高，整体同步性较难控制。
分析认为，本工程西侧有一排2层辅房，施工现场场地狭小，交通不便，超大型起重设备无法进入且无合适的停机起吊位置，而本工程钢网架提升高度高、质量重、跨度大，因此，通过以上4种方案的比选，并综合现场施工实际情况，最终决定采用非常规吊装设备人字架进行整体提升的方案[1-4]。
3 施工特点与难点
1）网架提升高度高、质量重、跨度大。
2）18根柱共有18个吊点，整体提升过程中的同步性较难控制。
3）提升设备人字架为非常规吊装设备，须临时加工，其制作加工、安装调试等方面技术要求高。
4）整体提升到位后，还需对网架周边部分杆件进行安装封边，故高空悬停时间较长，需15 d左右，存在较大的安全隐患。
4 提升点确定
4.1 验算要求
提升点位置确定尤为关键，需对网架进行验算，验算时应扣除施工时尚不存在的荷载，如屋面板、雪载等，然后固定截面进行分析，如有超应力杆件或挠度偏大，则重新选择提升点或加大超应力杆件截面，直至满足要求为止。
4.2 提升点平面布置
对18个提升点进行仔细计算分析，没有出现超应力杆件，应力比在0.31～0.61，最大挠度为21.20 mm。最大反力为250 kN，为出现在 、 轴与 轴交汇处的2个提升点，其余提升点反力均小于120 kN，最小值为16 kN。提升点平面布置见图1。
图1 提升点平面布置
5 提升设备的制作构造及安装要求
由于设有18个提升点，故需18套人字架提升设备，每套提升设备系统主要包括：人字架（带1只定向滑轮、1只动滑轮）、小尾架（带1只转向滑轮）、辅助小支架（带1只定滑轮）、电动葫芦、钢丝绳等。
5.1 构造要求
1）人字架构造：人字架分2种，一种用于2个提升力最大的反力点处，共2只，采用2片各由2根φ219 mm×12 mm钢管组成的主支架；另外一种用于其余16个反力点处，共16只，采用2片各由2根φ159 mm×8 mm钢管组成的主支架（图2）。支架长度均为6 m，其转轴直径为50 mm，基座底板尺寸为540 mm×300 mm×20 mm，安装有1只定滑轮和1只动滑轮。
图2 柱顶人字架平面示意
2）小尾架构造：由2根φ76 mm×4 mm、1根φ89 mm×6 mm钢管组成主支架，高度为800 mm，宽度为400 mm，基座底板尺寸为400 mm×150 mm×10 mm，其上安装有1只转向滑轮。
3）电动葫芦：因最大反力为250 kN，故18个提升点均采用起重量为150 kN的电动葫芦进行提升，其性能为6线链条式，速度为120 mm/min。电动葫芦经过人字架上的动滑轮和定滑轮走四线，单组起重量为600 kN，按照多机作业的折减系数0.75，起重量为450 kN＞250 kN，满足要求。
4）钢丝绳：分3种用途，具体为：
（1）跑绳：采用φ21.50 mm钢丝绳，走四线。
（2）锚绳：反力250 kN点位的锚绳采用φ34.50 mm钢丝绳，其余点位的锚绳均采用φ26.00 mm钢丝绳。
（3）地锚钢丝绳：采用φ21.50 mm钢丝绳，在柱底部至少绕4圈。
5.2 提升设备的安装
由于柱顶标高达27 m，故采用2台250 kN的汽车吊进行配合安装。
5.2.1 人字架安装
两侧山墙抗风柱各安装2套，两侧纵向排架柱上各安装7套，共计18套。将加工制作好的人字架用汽车吊吊至柱顶，把人字架2块基座底板上的6个预留孔放入柱顶预先植入的6个φ16 mm化学螺栓中，用螺帽固定。基座底板另外一个角与柱顶预埋铁板（用于安放网架焊接球）电焊连接（图2），人字架的2片架体之间用2道φ26.00 mm（反力250 kN点位处采用φ34.50 mm）钢丝绳固定连接，人字架与平面夹角为56.58°。人字架上安装1只定滑轮和1只动滑轮，连接起吊钢丝绳（图3）。
图3 柱顶人字架侧立面示意
5.2.2 小尾架安装
将小尾架基座底板上3个预留孔放入柱顶预先植入的另外3个φ16 mm化学螺栓，用螺帽固定，在小尾架上再安装1个转向滑轮（上）。
5.2.3 辅助小支架安装
为了使跑绳向下时避免与柱子碰擦，在柱子侧面距柱顶200 mm左右位置处设1只带有定滑轮的辅助小支架。在进行辅助小支架安装时，采用4只φ12 mm膨胀螺栓将其固定在柱子侧面。
5.2.4 电动葫芦安装
电动葫芦安装在柱子高度15 m左右位置，跑绳连接穿过转向滑轮（下）与电动葫芦连接。电动葫芦与钢丝绳连接后将每只电动葫芦的钢丝绳单独调紧，与其网架吊点稍有拉紧为止，然后18只电动葫芦继电器解除单独控制，改为一键式控制。
5.2.5 地锚固定
地锚固定在柱子底部，用φ21.50 mm钢丝绳至少绕4圈，用U形卡将首尾连接处夹牢，然后将控制人字架的锚绳与地锚钢丝绳用U形卡固定连接。为了保护柱子四角及地锚钢丝绳不被损坏，采用弧形钢板事先护住四角；为了防止地锚钢丝绳受力滑动，把50 mm×5 mm角钢用φ16 mm螺栓固定在柱子上，以将地锚钢丝绳固定住，防止地锚的滑移。
5.2.6 U形卡设置
所使用的钢丝绳与其匹配的U形卡锁紧，21.50 mm、φ26.00 mm钢丝绳至少用4道，φ34.50 mm钢丝绳至少用5道，另增加1道安全弯，U形卡间距控制在6d～7d。
5.2.7 检测与验收
待18套提升设备全部安装完毕后，需经有关检测单位逐个进行检测，验收合格后方可投入使用。人字架安装完毕实景见图4[5]。
图4 人字架安装完毕实景
6 整体提升技术
6.1 预提升
6.1.1 第1次预提升
1）初始提升高度为100 mm，马上派人对网架整体进行全方位检查，检查其受力后的变形情况，并对提升机构整个系统作全面检查，如有异常即需放下处理，排除后再提升。
2）预提升12 h后（期间派值班人员巡查），对以上各部再进行一次检查。
6.1.2 第2次预提升
将网架提升2 m，即达到2.10 m高度后，再次派相关人员对各部进行一次彻底检查，确认一切正常后方可进行正式提升。
6.2 正式提升
提升总高度为27 m，由于电动葫芦链条长12 m，故电动葫芦每次最大行程为12 m，因钢丝绳走四线，则网架提升高度最大为3 m，考虑到安全系数，实际网架每次提升最大高度为2.50 m，故还需要倒绳9～10次。
6.2.1 电动葫芦倒绳
当电动葫芦12 m的链条运行到限定安全位置后，用锁固钢丝绳锁住，锁固钢丝绳使用绳卡与跑绳锁固。然后将电动葫芦链条松掉放至底部，重新与跑绳卡住固定后提升。每次倒绳都要对网架整体水平高度进行一次检查，如超过规定值，则要对单个或多个吊点进行调整，这样依次重复9～10次才能提升至柱顶标高。
6.2.2 提升速度控制
为了确保提升过程中的安全稳定，要严格控制提升速度，由于电动葫芦速度为120 mm/min，故网架整体提升速度为30 mm/min，每倒1次绳（需2～3 h）后提升时间约需90 min，即网架约上升2.50 m高度。
6.2.3 提升点间水平度控制要求
相邻提升点高差不大于其距离的1/400，本工程相邻吊点距离为9 m，故允许偏差不大于22.50 mm，为此，每次提升高度差控制在22.50 mm以内。
6.2.4 提升到位后的锁固
网架整体提升到位后，除18只电动葫芦的制动自锁外，另再将倒绳时使用的锁固钢丝绳同时锁固跑绳，使悬停在空中的网架有2道垂直锁固。
水平锁固采用φ12.00 mm钢丝绳在每个吊点处通过网架下弦杆与支座点间进行水平拉紧锁固，形成网架周边一圈水平固定。
6.3 封边
待网架整体提升到位并锁固后，对周边部分进行封边。封边时用250 kN汽车吊从外围吊起安装，考虑到卸载时会略有下降变形，故封边时支座球心要略低于网架提升点球心3～5 mm，柱顶封边安装力求要快，并采取分区施工的方法，原则上应先安装反力较大的部位，以减少网架的悬停时间。
6.4 卸载
先将水平固定点拆除，再将垂直锁固绳拆除，缓慢同步卸载[6-9]。
7 安全技术措施
7.1 吊点防滑加固措施
网架吊点采用φ21.50 mm钢丝绳，在吊点的焊接球上绕2圈。为了防止钢丝绳受力滑动，在焊接球下部中心位置钢丝绳的两侧各焊一段φ219 mm×12 mm短钢管节，卡住钢丝绳；在受力最大的2个吊点焊接球上再采用1 050 mm×600 mm×30 mm钢板进行加固，现场实景如图5所示。
图5 吊点加固现场实景
7.2 同步控制措施
1）18个吊点上的18只电动葫芦规格、型号一致，采用同一只控制柜进行控制，控制柜既能统一控制，又能单独控制各个电动葫芦。18只电动葫芦电源线长度尽量一致，以减少由于长度差异过大导致的电阻、电流差异，造成电动葫芦动作迟缓。
2）18只电动葫芦统一安装调试好后，使控制柜与电动葫芦同步运行1 min，然后进行一次全面检查，观测每只电动葫芦提升高度同步情况是否一致。
3）在地面上设置8个监测点，用30 m卷尺一头固定在网架下弦，一头固定在标杆上。派8名操作人员进行观测，利用对讲机联络，做到随提升随观测，发现异常立即停止提升。
7.3 监控措施
1）在18个提升点处各派1名操作人员在电动葫芦处进行实时观测，以便检查电动葫芦、链条、钢丝绳等设备有无异常。
2）派2名操作人员在柱顶处（最上1排脚手架）巡查人字架受力后有无异常。
3）派2名操作人员在底部巡查地锚钢丝绳受力后有无异常。
7.4 防晃动措施
1）网架刚离开地面时会产生晃动，用4根钢丝绳从网架四角进行控制。
2）每天下班前用4根钢丝绳把网架四角锁住，以防晃动。
8 实施效果
本工程结合自身特点和情况采用了非常规的吊装设备进行整体提升，这是较为少见的安装方法。但是通过严谨设计、吊点计算、吊装设备加工制作和安装调试、监测和验收、技术交底、提升过程中的严格管理和控制，实际累计水平高度差最大值为20 mm，仅用6 d时间（夜间停止提升），即成功完成了该“高、大、重”网架的整体提升（图6）。
图6 网架提升到位
这种吊装提升方法，既降低了施工成本，又加快了施工进度，取得了非常不错的效果，可以在类似的网架安装工程中推广应用[10]。
[1] 李志鹏,汪仲琦,马洪春.常州市体育场游泳馆钢结构屋盖吊装施工[J].施工技术,2009(3): 55-57.
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