1.2分塊（段）吊裝法
      分塊或分段吊裝法，是將結(jié)構(gòu)按其組成特點及起重設(shè)備的能力在地面拼裝成塊狀或條狀單元，分別由起重設(shè)備吊至設(shè)計位置就位，然后拼裝成整體的安裝方法。分塊或分段吊裝法的大部分焊接和拼裝工作在工廠或現(xiàn)場地面進(jìn)行，有利于提高工程質(zhì)量，減少高空作業(yè)量，加快施工進(jìn)度，并且所需臨時支撐相對較少。通過吊裝單元的合理劃分，可以降低起重設(shè)備的等級，降低成本。
      呼和浩特白塔機(jī)場新建航站樓工程屋面結(jié)構(gòu)由兩榀205.44m跨度鋼結(jié)構(gòu)主拱箱梁懸掛，并與縱向的中心拱和其他構(gòu)件共同形成了穩(wěn)定空間結(jié)構(gòu)體系。由于場地和起重設(shè)備的限制，205.44m跨度的主拱箱梁分為21段進(jìn)行吊裝（見圖2）。
 

1.3整體安裝施工法
      整體安裝施工法是將結(jié)構(gòu)在地面或胎架上拼裝完成后，再運送并安裝到設(shè)計位置的施工方法。常用整體安裝法有整體吊裝法、提升安裝法、頂升安裝法等。與傳統(tǒng)的散裝法相比整體安裝法具有以下優(yōu)點：
      （1）結(jié)構(gòu)在地面整體拼裝，高空作業(yè)少，有利于保證工程質(zhì)量保；
      （2）可與下部工程同時進(jìn)行，工期短；
      （3）臨時支撐少。
      在整體安裝法施工過程中，影響結(jié)構(gòu)體系及施工系統(tǒng)受力性能的關(guān)鍵因素有：
      （1）提升吊點（或頂升支點）的確定，包括數(shù)量和布置；
      （2）提升或頂升過程的同步性，提升過程中可能產(chǎn)生的突然動力作用；
      （3）結(jié)構(gòu)體系邊界條件的變化。
      1.3.1整體吊裝法
      整體吊裝法是指大跨度空間結(jié)構(gòu)在地面拼裝成整體后，采用單根或多根撥桿、一臺或多臺起重機(jī)進(jìn)行吊裝就位的施工方法。
      1.3.2整體提升法
      整體提升法是將待安裝的結(jié)構(gòu)在地面或適宜的樓層上組裝成型，然后利用提升設(shè)備將結(jié)構(gòu)提升至設(shè)計標(biāo)高的安裝方法。提升安裝可采用卷揚機(jī)提升，鋼絲繩承重。對于同步性要求較高的結(jié)構(gòu)，宜采用計算機(jī)控制的液壓千斤頂提供提升力，鋼絞線承重，千斤頂是固定不動的，結(jié)構(gòu)隨著鋼絞線的上升而被提升。提升法安裝需要提供反力的結(jié)構(gòu)，工程中可利用永久結(jié)構(gòu)作為支撐架，無永久結(jié)構(gòu)可利用時，可采用臨時支撐架輔助。提升法安裝的控制重點是：
      （1）提升移位的同步控制，即各提升點的高差控制；
      （2）應(yīng)對支撐結(jié)構(gòu)及待安裝的結(jié)構(gòu)進(jìn)行提升階段結(jié)構(gòu)驗算。
      1.3.3頂升安裝法
      頂升法是將待安裝的結(jié)構(gòu)在地面或適宜的樓層上組裝成型，然后利用頂升系統(tǒng)將結(jié)構(gòu)頂升至設(shè)計標(biāo)高的安裝方法。頂升安裝可采用螺旋千斤頂或液壓活塞式千斤頂提供動力。頂升法安裝同樣的需要提供反力的結(jié)構(gòu)，工程中可利用永久結(jié)構(gòu)作為支撐架，無永久結(jié)構(gòu)可利用時，可采用臨時支撐架輔助。
      頂升法安裝的控制重點是：
      （1）頂升移位的同步控制，即各頂升點的高差控制；
      （2）頂升安裝時尚需控制其垂直度；
      （3）同樣應(yīng)對支撐結(jié)構(gòu)及待安裝的結(jié)構(gòu)進(jìn)行頂升階段結(jié)構(gòu)驗算。
      1.4高空滑移法
      高空滑移法是指結(jié)構(gòu)整體或分條的結(jié)構(gòu)單元先在具備拼裝條件的位置組裝成型，再在預(yù)先設(shè)置的滑軌上滑移到設(shè)計位置拼接成整體的安裝方法，見圖3。
      高空滑移法按滑移方式可分為單條滑移法和逐條累積滑移法。
      按滑移過程中摩擦方式可分為滾動式及滑動式滑移；按滑移過程中移動對象可分為胎架滑移和結(jié)構(gòu)主體滑移；按滑移牽引力作用方式可分為牽引法滑移和頂推法法滑移；按滑移軌道布置方式可分為直線滑移和曲線滑移。
      由于高空滑移法在土建完成框架、圈梁以后進(jìn)行，而且是架空作業(yè)，因此對建筑物內(nèi)部施工沒有影響，滑移安裝與下部土建施工可以平行立體作業(yè)，大大加快了工期。此外高空滑移法對起重設(shè)備、牽引設(shè)備要求不高，降低了起重機(jī)或卷揚機(jī)等級，而且只搭設(shè)局部的拼裝支架，大大減少了搭設(shè)滿堂腳手架的施工成本。
滑移法施工過程中，影響結(jié)構(gòu)體系及施工系統(tǒng)受力性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是：
      （1）頂推點的確定，包括數(shù)量和布置；
      （2）滑移軌道及導(dǎo)向輪的設(shè)置，包括數(shù)量和位置；
      （3）拼裝支架的設(shè)計與搭設(shè)；
      （4）牽引力及牽引速度的設(shè)計與同步控制的精度；滑移過程中可能存在的卡軌力作用；
      （5）結(jié)構(gòu)體系邊界條件的變化。
 

 

1.5整體成形法
      最近20年來，隨著施工技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，出現(xiàn)了一些具有思想新穎、技術(shù)先進(jìn)的適合于結(jié)構(gòu)整體成形的施工方法，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。目前使用的整體成形施工方法包括攀達(dá)穹頂施工法、折疊展開式施工法以及拱桁架施工法等。
      1.5.1攀達(dá)穹頂體系的施工方法
      在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中設(shè)置一些機(jī)構(gòu)構(gòu)造，使其成為一種可折疊的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，稱之為折疊式網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，又可稱為“折疊展開式”網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，日本空間結(jié)構(gòu)專家川口衛(wèi)先生開發(fā)了這種取名為“Pantadome”，中文譯名為“攀達(dá)穹頂”的施工方法，并已成功地應(yīng)用于世界各地的七個工程中。
      攀達(dá)穹頂體系適合于雙曲率的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和環(huán)向閉合的穹頂結(jié)構(gòu)，其基本思想是將球面網(wǎng)殼通過設(shè)置三道鉸線并臨時去掉一些環(huán)向桿件，在施工階段使一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)變成一個幾何可變體系，即一個機(jī)構(gòu)，這樣就可以將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在地面折疊起來，最大限度的降低安裝高度，從而可以在地面上完成大部分施工工作，之后頂升或提升到設(shè)計高度就位，最后補缺未安裝的構(gòu)件，機(jī)構(gòu)又變成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
      攀達(dá)穹頂體系可以將網(wǎng)殼靠近地面折疊起來，大大降低了安裝高度，節(jié)約大量腳手架，避免高空作業(yè)，加快結(jié)構(gòu)安裝速度。特別適合矢高大的曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。圖4為攀達(dá)穹頂施工過程。

 

     攀達(dá)穹頂體系的最大特點是它在成形過程中是一個只有一個自由度的機(jī)構(gòu)，其他方向的運動是受約束的，因而它本身就可以抵抗風(fēng)、地震等水平荷載的作用，從而施工中不必再增加穩(wěn)定索或支撐桿件等保證穩(wěn)定的措施。
     結(jié)構(gòu)在竣工后，三道鉸線上的鉸常保留在結(jié)構(gòu)中，其中兩道鉸線中的鉸做結(jié)構(gòu)鉸使用，使得結(jié)構(gòu)在溫度變化作用時可以自由變形以釋放溫度應(yīng)力。
      1.5.2折疊展開式施工法
     折疊展開式施工法與攀達(dá)穹頂施工法相似，這種方法更適用于單曲率的三心圓柱面網(wǎng)殼、雙坡單向拆線形網(wǎng)殼。其基本思想是將網(wǎng)殼去掉部分桿件，使一個靜定結(jié)構(gòu)變成一個可以運動的機(jī)構(gòu)，這樣就可以將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在地面折疊起來，最大限度的降低安裝高度，然后將折疊的網(wǎng)殼提升到設(shè)計高度，最后補缺未安裝的構(gòu)件，機(jī)構(gòu)又變成靜定的結(jié)構(gòu)。整個施過程是結(jié)構(gòu)一機(jī)構(gòu)一結(jié)構(gòu)的變化過程。
     1.5.3張拉弦鋼拱架施工法
     張拉弦鋼拱架結(jié)構(gòu)是一種新型的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)體系，張拉弦鋼拱架結(jié)構(gòu)由若干榀鋼桁架、下弦鋼索、檁條及屋面板等組成。各構(gòu)件的尺寸、形狀都經(jīng)過精確計算，以適用于預(yù)應(yīng)力鋼索的張拉和結(jié)構(gòu)最后的成形。
     張拉弦鋼拱架結(jié)構(gòu)是理想的倉庫結(jié)構(gòu)形式：內(nèi)部空間無內(nèi)柱阻礙，適合貨物的堆積；結(jié)構(gòu)本身很堅固，允許屋頂?shù)鯍鞂I(yè)設(shè)備，而且吊運貨物的機(jī)械設(shè)備及運送設(shè)施可在結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼索張拉前在地面上安裝完成。
     2  大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的多階段施工分析方法
     2.1基于非線性有限元的多階段施工分析理論
     施工力學(xué)分析體現(xiàn)時變性，即指結(jié)構(gòu)的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣、邊界約束、節(jié)點荷載等在整個過程中都是隨時間變化而不斷改變的。多階段施工分析理論認(rèn)為結(jié)構(gòu)施工分析的全過程也是結(jié)構(gòu)受力成型的全過程，充分考慮施工過程中施工階段的可分性，以不同施工階段進(jìn)行的時間順序為變量，在不同施工階段下，將與各施工階段相符合的結(jié)構(gòu)、荷載、約束條件等，分別進(jìn)行分析計算，將前一個施工階段的內(nèi)力與變形等計算結(jié)果作為后一個施工階段的初始條件，并對結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行協(xié)同分析，考慮后面施工階段對前面已成型結(jié)構(gòu)的影響，這樣不斷進(jìn)行各個施工步驟的分析計算直至結(jié)構(gòu)成型。
     多階段施工全過程分析理論充分考慮施工過程這個動態(tài)變化的過程，整個結(jié)構(gòu)設(shè)計分析過程其實也是結(jié)構(gòu)施工全過程跟蹤模擬的過程。結(jié)構(gòu)各部分桿件的在各施工階段的施工內(nèi)力不僅是一個過程力，而且對結(jié)構(gòu)最終成型后的內(nèi)力是有影響的，結(jié)構(gòu)成型后的內(nèi)力其實是整個施工過程中各個階段的施工內(nèi)力不斷累積而成的，采用不同施工方法或施工順序會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)成型后的內(nèi)力不同就是這個原因。
     結(jié)構(gòu)施工全過程產(chǎn)生的內(nèi)力變化就是由于結(jié)構(gòu)在不同施工階段過程中剛度、荷載、約束等的變化引起的，在施工全過程中由于先完成安裝的結(jié)構(gòu)在施工荷載的影響產(chǎn)生位移，產(chǎn)生變形的前一部分結(jié)構(gòu)與尚未成型的后一部分結(jié)構(gòu)組成目前施工階段的受力體系，在本施工階段的約束與支撐條件下承受目前階段的荷載。為此對于整個施工過程要進(jìn)行跟蹤模擬和全過程分析，必須區(qū)分各施工階段的結(jié)構(gòu)與約束荷載等情況，從施工開始的第一個階段起，對每一個當(dāng)前施工階段得到的新結(jié)構(gòu)講行全面分析，作為下一個施工階段分析計算的基礎(chǔ)，后面施工階段的計算分析以前一階段形成的結(jié)構(gòu)和荷載約束情況為基礎(chǔ)，如此不斷對施工全過程的每一個階段進(jìn)行跟蹤計算，最后形成結(jié)構(gòu)成型后的狀態(tài)。
      2.2多階段施工分析理論的計算方法    
     根據(jù)施工步驟，施工全過程共分為1，2，3，…，n個施工階段，整個結(jié)構(gòu)根據(jù)施工階段的不同分為n個單元，從P1開始每一個施工階段增加1個安裝單元至Pn，則結(jié)構(gòu)在施工過程中每個施工階段的有限元基本方程為[]。
 

      2.3累積滑移多階段施工分析的計算步驟
      單元滑移法施工過程根據(jù)施工階段的工藝不同可以分為兩類計算模型：分塊計算模型與累積計算模型。如果后一榀滑移單元在支架上拼裝完滑移出支架后，因約束條件的變化己經(jīng)產(chǎn)生豎向位移，再同前一榀進(jìn)行連接，則后拼裝單元對前一榀拼裝單元位移不產(chǎn)生影響，則前后兩個施工階段的差別僅是由于后一榀對整體結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)，計算方法僅是通過分階段靜力計算，此為分塊計算模型。如果后一榀結(jié)構(gòu)單元先與前面的已滑移結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼裝，則由于兩者變形的不協(xié)調(diào)使后一榀的滑移單元對前面已經(jīng)滑移出的單元受力與變形產(chǎn)生影響，計算必須考慮前一階段滑移單元對后滑移單元的影響，此為累積計算模型。
      在此以累積滑移施工為例，說明多階段施工成型分析計算的步驟。
      根據(jù)施工步驟，施工全過程共分為1，2，3，…，n個施工階段，整個結(jié)構(gòu)根據(jù)施工階段的不同分為n個單元，從P1開始每一個施工階段增加1個安裝單元至Pn


 

 

（A區(qū)圖7）穹頂結(jié)構(gòu)主要由穹頂中心球殼、內(nèi)環(huán)桁架、24榀主桁架以及主桁架之間扇形區(qū)域網(wǎng)殼、外環(huán)桁架組成。穹頂結(jié)構(gòu)通過Y型鋼支撐與混凝土柱相連接，穹頂與Y型鋼支撐直接通過球節(jié)點進(jìn)行連接。穹頂結(jié)構(gòu)最高點達(dá)45.7米。桿件截面有Φ325X20,Φ299X14,Φ245X12,Φ140X4等。BCD區(qū)鋼結(jié)構(gòu)為螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。
 

 

3.2 施工安裝總體思路
      A區(qū)穹頂采用對稱旋轉(zhuǎn)累積滑移的施工方案，徑向主桁架采用地面拼裝，分兩段吊裝，主桁架間單層網(wǎng)殼、環(huán)桁架和內(nèi)環(huán)采用高空散裝，拼裝和吊裝機(jī)械采用兩臺70米臂長的TC7052塔吊。其余六區(qū)螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用搭設(shè)腳手架高空散裝的施工方案。
      3.3  A區(qū)穹頂滑移施工方案
      3.3.1滑移施工流程（圖8）

3.3.2   安裝方案
      （1）臨時支撐體系設(shè)置
在結(jié)構(gòu)左右兩側(cè)搭設(shè)兩跨拼裝平臺，在內(nèi)環(huán)桁架和中心球殼單元下搭設(shè)滿堂腳手架支撐。外環(huán)滑移軌道采用鋼梁布置在砼結(jié)構(gòu)柱上，第二道滑軌采用十二個支撐塔架（圖9）。
 

 
 

（2）滑道布置
      結(jié)構(gòu)布置內(nèi)、中、外三環(huán)滑移軌道（圖10），內(nèi)環(huán)布置在內(nèi)環(huán)桁架下方（半徑10米），中環(huán)布置在半徑24.479米上，外環(huán)布置在穹頂結(jié)構(gòu)柱上（半徑54米），在結(jié)構(gòu)外環(huán)和中環(huán)布置頂推動力裝置，內(nèi)環(huán)安裝輪子作為從動軌道。

 

（3 ）內(nèi)環(huán)桁架及中心球殼單元散裝安裝，環(huán)桁架下弦桿處安裝八個滑動臺車，球殼單元拼裝狀態(tài)為設(shè)計狀態(tài)順時針旋轉(zhuǎn)165度。
      （4）徑向主桁架分兩段在地面拼裝，吊裝到滑移拼裝平臺上組裝完成主桁架，主桁架間單層網(wǎng)殼、環(huán)桁架和內(nèi)環(huán)采用高空散裝（圖11）。拼裝和吊裝機(jī)械采用兩臺70米臂長的TC7052塔吊，布置在結(jié)構(gòu)左右兩側(cè)。
 

 

（5）采用逆時針方向滑移，第一次滑移同時拼裝兩個區(qū)間（30度）進(jìn)行滑移，以后每次左右同時累積結(jié)構(gòu)的1/24區(qū)間（15度），共累計滑移10次，直至24榀主桁架及其間網(wǎng)殼全部安裝到設(shè)計位置。
      （6）結(jié)構(gòu)外環(huán)柱滑移采用比設(shè)計標(biāo)高抬高20mm的形式，滑移到位后，對鋼柱下支座進(jìn)行塞裝并與鋼柱上部焊接，最后進(jìn)行鋼柱卸載固定焊接。
      3.4 累積滑移施工模擬
      3.4.1 分析模型
      結(jié)構(gòu)滑移模擬分析選用了有限元程序SAP2000（12.0版）。
A區(qū)穹頂鋼屋蓋安裝方案采用“以穹頂中心為圓心，旋轉(zhuǎn)累積滑移”的施工方案。整個穹頂下部設(shè)置3道環(huán)形滑移軌道，其中第一道滑移軌道設(shè)置于Y型鋼支撐底部；第二道滑移軌道設(shè)置于徑向主桁架下弦處、以穹頂中心為圓心、半徑24.479m的圓周上；第三道滑移軌道設(shè)置于環(huán)向桁架1下弦桿位置。建立計算模型如圖12所示：
 

 

3．4．2 施工階段劃分
      根據(jù)施工步驟將結(jié)構(gòu)單元、荷載式?jīng)r劃分為7個施工階段進(jìn)行施工過程模擬分析。
      階段1：中心球殼單元及內(nèi)環(huán)桁架散裝完成，環(huán)桁架下弦桿處安裝八個滑動臺車。
      階段2：吊裝C1、C13軸線上徑向桁架；
      階段3：吊裝C24和C12軸線上徑向桁架；
      階段4：拼裝完成C1—C24和C12—C13間單層網(wǎng)殼；
      階段5：拼裝完成C1—C23和C11—C13間環(huán)桁架及單層網(wǎng)殼；
      階段6：拼裝C1—C20間和C8—C13間單層網(wǎng)殼；
      階段7：主桁架安裝完成，兩側(cè)均剩余最后一個區(qū)間網(wǎng)殼；
     階段8：最后一個區(qū)間網(wǎng)殼拼裝完成。
     3.4.3多階段施工分析
      （1）主要施工階段桿件內(nèi)力和豎向變形分析
      1）第一次滑移，結(jié)構(gòu)累積滑移過程中考慮1.2倍的動力系數(shù)后，桿件應(yīng)力變化情況（圖13-1），最大豎向變形為-8.4mm，發(fā)生在主桁架間的單層網(wǎng)殼中部（圖13-2）。
 

 

 2）鋼屋蓋完成1/2，累積旋轉(zhuǎn)滑移75°時，桿件應(yīng)力比值見圖14-1，最大豎向變形為-9.1mm，發(fā)生在主桁架間的單層網(wǎng)殼中部（圖14-2）

 

（2）鋼結(jié)構(gòu)拼裝及滑移過程中，各側(cè)向位移分析（圖16）

 

經(jīng)計算分析可知，由于在滑移過程中滑移單元支撐點不在同一高度上，整個結(jié)構(gòu)具有向低處移動的趨勢。故外環(huán)支座側(cè)向位移量最大，最大側(cè)向位移量為4.09mm。均小于滑靴兩側(cè)允許滑動空間20mm。
      4  結(jié)語
      本文結(jié)合鄂爾多斯機(jī)場擴(kuò)建工程，詳細(xì)闡述了大跨度鋼結(jié)構(gòu)地面單元組裝、分段吊裝、高空對接、曲線累積滑移的施工工藝和施工技術(shù)；通過應(yīng)用多階段施工全過程分析理論，對鄂爾多斯機(jī)場新建航站樓工程施工模擬計算，得出了一些有益于指導(dǎo)施工的理論依據(jù)，并以此調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)施工順序并設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的預(yù)變形，取得了較好的實施效果。
      參考文獻(xiàn)
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      [10]金鑫，劉金榮，金虎根，肖熾，大跨空間結(jié)構(gòu)滑移法施工技術(shù)，第三屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會，2004

      作者簡介：田偉，1970.8河北建設(shè)集團(tuán)有限公司內(nèi)蒙古分公司經(jīng)理，高級工程師，主要從事施工管理和技術(shù)研究。
      聯(lián)系地址：河北省保定市五四西路329號（071070）。
 

田偉   張玉蘭 劉永建 趙士成     

（河北建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北保定 071070）

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