屋面网架整体顶升法施工技术研究

屋面网架整体顶升法施工技术研究

董丽君

（中铁三局集团建筑安装工程有限公司，山西 太原 030006）

[摘  要]本文以乌金山中学改扩建项目为研究背景，对屋面网架整体顶升施工方案进行了介绍，并对施工工艺要点进行了阐述、对质量控制重点进行了总结，以期为同类工程施工提供借鉴。

[关键词]屋盖网架；网架拼装；整体顶升；同步控制

1 引言

网架是一种由多根杆件及配件组成，通过节点以网格形式连结而形成的空间结构，属于高次超静定结构体系，其具有刚度大、重量轻、空间受力、抗震性能好等优点，近年来常用作体育馆、博物馆、展览馆、铁路站房等建筑物的屋盖。

随着建筑施工技术的发展，网架结构常用施工方法主要分为两类，一类是在地面预拼装完成后采用的整体顶升法、整体提升法、整体吊装法等，另一类是高空离地施工采用的高空整体散装、高空分条分块、组装、高空分段累计滑移组装等。

2工程概况

乌金山中学改扩建项目位于山西省晋中市榆次区鸣谦大街北侧、既有乌金山中学西侧，施工范围包括新建幼儿园、新建高中、改造原初中三部分。项目用地面积107919.28平方米，总建筑面积77000平方米。其中，新建食堂总建筑面积9217.45平方米，地上3层，地下1层，主体结构采用框架结构，屋面采用正放四角锥焊接空心球网架结构，总投影面积1232平方米，网架长轴40.0m、短轴30.8m，长轴柱距8m、短轴柱距7.8m。

图1 网架屋盖平面图

屋盖网架采用下弦支承，共设置16个支撑点，支承在下部混凝土框架柱顶，网架与柱顶通过成品抗震支座连接。网架柱顶标高19.550m，周圈网架支座标高20.550m，最高处网架标高22.869m，最低处网架标高18.550m，网架高4.319米。

图2 网架屋盖剖面图

图3 网架支座平面布置图

图4 支座节点示意图

3 施工方案概述

综合考虑本项目屋盖网架尺寸较小（40.0m×30.8m）、高度较小（4.319米）、重量较轻（约75.3t），通过方案比选，拟采用先楼面整体拼装，后整体顶升，再安装封边杆件的施工方案。

图5 网架总体施工流程图

图6 网架楼面拼装示意图

网架顶升采用液压同步顶升方案，配备自锁式液压顶升千斤顶、液压泵源系统、电脑同步控制及传感检测系统，顶升支架选用P219×10无缝钢管组合正三角形组合架，正三角形边长0.624m（管心到管心），高度为888mm标准节。网架顶升区成一个整体区域，设置4个顶升点及顶升设备。

图7 顶升点布设位置示意图

4 施工工艺要点

4.1 网架拼装

1）拼装胎架设置

在三层楼面上设置临时拼装场地，将构件组装成吊装单元。网架起步拼装下弦球中心离地约0.00m～0.50m，拼装支点根据下弦球大小采用砖墩支撑。

图8 拼装支点砖墩支撑示意图

2）网架安装测量

网架安装前，依据网架支座轴线复测预埋件位置，并做好记录，为网架安装调整提供参考。利用土建专业建立的高程控制网作为钢结构现场拼装标高控制网，现场布置基准点，形成闭合的网状水准线路，每次使用前复测标高，确保测量精度。

3）网架楼面安装

沿网架中心线向四周扩展进行拼装，先从中心区开始拼装四方网格，然后再不断向外扩展拼装四周网格。

根据设计图纸中球节点坐标求出各下弦球坐标，依据中心区网架球大小在地面测放各支撑点中心十字线。

将焊接球按规格及编号放入安装节点内，并调整受力方向及位置。放置连接杆件前，对杆件规格、尺寸、坡口、焊缝间隙等进行检测，合格后将杆件放置在两个球之间，间隙调整完毕后进行电焊固定。

在拼装好的下弦四边形单元网格上，用两根腹杆加上弦球做成人字形往上拼装，将上弦球定位，重复以上步骤，对其余三个上弦球进行定位，然后安装四个上弦球之间的上弦杆，形成一个小单元基准网格。

中心区小单元基准网格拼装完成后，利用球和杆之间的相互定位逐渐向外扩展拼装，每个单元闭合后进行下一小单元的拼装。

4.2 支座安装

采用汽车吊或塔吊将网架支座吊装至操作平台上，并采用全站仪对预埋件上支座中心点进行复测，确保满足要求后划出中心轴线位置，然后根据定位轴线将支座布置在柱顶预埋件上，全站仪复测支座位置无误后紧固支座处螺栓，进行临时定位。

4.3 网架整体顶升

网架顶升前，复测顶升支架轴线、标高，为保证顶升过程中网架同步上升，顶升架标高必须处于同一个水平。

顶升前，用钢丝绳手拉葫芦将网架和顶升支撑架以倒三角锥形式进行连接，采用钢丝绳套将网架下弦球抱住，通过钢绳、U型卡与支撑架焊接球节点连接，利用手拉葫芦拉直钢绳，并用U型卡将绳头卡住，以便网架与支撑架形成整体。为防止网架整体受拉不均匀产生网架杆件变形，揽风绳紧固过程中，必须四个方向同时紧固。每次顶升网架后，用手拉葫芦张紧钢丝绳。网架顶升至设计标高后，利用缆风绳、倒链进行水平位置调节。

图9 缆风绳设置示意图

在网架上选取4个点作为监测点，利用卷尺、线坠、水准仪等在每次顶升后进行测量，以保证网架的饶度。监测点选取在顶升点和提升点部位，为计算后内力、变形较大及网架比较有代表性的部位。

图10 网架监测测量示意图

顶升过程中，开始阶段每提升200mm对网架进行检查，如果网架各个顶点标高差距不大于25mm，检测距离可放宽至888mm。

网架正式顶升前，通过试顶升确定相关技术参数。试顶升前，手动预顶升，使网架下弦净高约为1.1米，利用水准仪测定各顶升点预顶后的高差，确保水平度偏差不超过5mm，并调整各顶升点高度均为1.1米。

当试顶升满足要求，且准备工作及设备调试完成后进行正式顶升，每次顶升至500mm高度时，校核各顶升点之间的相对位移，控制相对位移在10mm以内，在继续顶升至888mm，开始组装标准节，依次类推，直至到达网架就位标高。

图11 网架分段顶升示意图

4.4 结构封边就位

网架顶升至设计标高后，利用手动葫芦对网架高度进行微调，并检查网架支架受力状态，然后进行与封边杆件的连接焊接。周边网架封边分2～4组进行，分别在网架四周封边安装。

图12 网架封边杆件示意图

网架就位后先进行支座安装、焊接固定，然后再进行封边杆件安装。封边杆件采用单根高空散装方式进行安装，封边杆件在楼面拼装好后利用汽车吊或塔吊吊装至安装位置。封边杆件现场焊接时，如遇大风及雷雨天气，或温度低于0℃时，必须停止作业，以保证钢结构焊接质量。

4.5 顶升架卸载

1）卸载

网架具备就位条件后即可开始卸载，卸载过程中要保证同步，各顶升点间的高差不得超过30mm。每次卸载高度为5cm，然后停止并测量卸载点标高，以调整下一次卸载高度，确保卸载误差不超过10mm。卸载过程中随时监控网架变化，观察是否有弯杆出现、是否发生水平位移、千斤顶行程是否满足下降高度等。

2）顶升机具拆除

千斤顶卸载之后即可进行顶升支架拆除，拆除顺序为从下往上，先将上部与网架连接部位断开，然后将吊点设在顶升架顶端，利用汽车吊或塔吊将顶升架微微吊起，以便地面操作人员拆除顶升架。

顶升架拆除过程中，每拆除一个标准节，顶升架下降一个标准节高度，使整个顶升架的拆除全部在地面完成。顶升架拆除由专职顶升人员操作，拆除过程中必须保证人员、设施的安全，并监测吊具拆除时网架挠度变化。

5 质量控制要点

5.1 构件进场验收

网架所使用的钢材、焊接材料、涂装材料、紧固件等必须具有质量证明书，且符合设计要求和现行标准规定。进场的原材料、构配件除具有厂家质量证明书、产品合格证、出厂检验报告外，还必须在监理人员的见证下进行现场见证取样，并送样检验，经检验合格的原材料、构配件方可用于工程施工。

5.2 施工基线复测

网架施工前，按照混凝土结构现行规范进行柱顶混凝土强度检测，检测合格后方可在高空柱顶放线、验线。复测土建专业建立的定位轴线，并对支撑面顶板位置、标高、水平度进行检查，符合设计图纸及规范要求，方可开始钢结构安装。

5.3 网架楼面组装

网架楼面组装过程中，加强下弦球垫实检查，以及轴线、挠度及几何尺寸控制，网架安装检验合格后，即可进行杆件油漆补漆。

5.4 安装测量精度控制

对每一级别的控制网基准点，在使用过程中定期进行稳定性检查。测量仪器必须经计量检测合格，如遇雨天，提前做好防雨措施，在测站周围设置挡雨篷布。

为确保网架安装测量精度，必须观测并记录网架组装对焊接焊缝收缩引起的网架变形、杆件日照温差引起的变形等相关数值，为后续测量工作提供可靠数据。

5.5 网架顶升同步控制

顶升过程中，网架偏移和倾斜对结构自身、结构顶升均有不同程度的影响。对于结构自身，将改变网架结构自身受力状况，使构件应力产生重新分布；对于结构顶升，将导致顶升支架受力状态发生改变。

为控制网架顶升的同步性，顶升所使用的液压千斤顶必须为同一型号，并由同一台液压泵站统一控制。网架正式顶升前，对千斤顶进行顶紧力，并保证每台千斤顶预紧力相同。

使用多点集成电路控制箱对各台液压千斤顶进行同步控制，也可对单台千斤顶进行单独控制，以便在保证网架顶升同步性的同时，实现对单台顶升点位的精确控制。

对顶升支架进行编号，每组支架周边1米范围内设立1个测量点，测量点由标尺组成。顶升过程中安排监测人员对每台千斤顶的实时工况进行监测。由于支架和网架位置相对固定，只需监测人员对相邻两千斤顶的活塞顶杆顶出长度进行测量，并实时观测网架下方悬挂的计量标尺，如有异常，及时与地面指挥人员联系。

6 结语

屋盖网架施工工艺多种多样，施工前必须结合现场施工条件、工期进度要求、施工技术难度、施工成本控制等，综合优选施工方案，并借助BIM技术进行施工方案模拟，优化施工方案，以便提高施工效率、缩短施工工期、降低施工成本。

参考文献

[1]  覃滨.全民健身中心屋面焊接球钢网架安装技术研究[J].中国建筑金属结构,2023(11):59-61.

[2]  孔德芒.球形钢结构网架整体顶升法施工技术分析[J].江西建材,2023(9):236-237,240.

[3]  史龙飞.大跨度网架整体提升安装关键技术研究［J］.广东水利电力职业技术学院学报，2023,21(1)：16-20.

[4]  郑章魁.浅谈下承式顶升法在弧形焊接球网架安装中的应用［J］.福建建材,2022(3)：93-94.

[5]  张明明.大型网架整体顶升法在站房工程的应用［J］.建筑·建材·装饰,2021(14)：70-71.

Research on Construction Technology of Roof Grid Integrated Jacking Method

DongLijun

（China Railway NO.3 construction and Installation Engineering CO.,Ltd，Taiyuan，030006，China）

Abstract:This article takes the renovation and expansion project of Wujinshan Middle School as the research background, introduces the overall lifting construction plan of the roof truss, elaborates on the key points of construction technology, and summarizes the key points of quality control, in order to provide reference for similar engineering construction.

Key words: Roof truss; Grid assembly; Overall lifting; Synchronous control

作者简介：董丽君（1984年10月-），女，工程师

1