利用数字化技术创新钢网架顶升工艺
重庆垫江项目 张冬茂
一、研发背景
重庆垫江项目城市博览中心工程游泳馆建设项目是垫江县东部片区重点建设工程，馆内部是钢筋混凝土结构，地下一层（局部），地上四层，设置比赛池、训练池、跳水池及看台、设备房、服务用房等设施，地上二层为服务用房和休息室，地上三层为管理用房和跳台，靠近三合湖侧设置观众看台。游泳馆采用先主体结构、后周边钢立柱、再屋顶钢网架、最后装修的施工工艺顺序。
馆外围是钢立柱与钢梁结构，屋顶为钢网架结构，配合建筑主体结构，网架分成高跨、底跨两部分。高跨是以比赛区中心为中心的花瓣造型，椭圆形网架，横向跨度96.037米,纵向跨度为114.86米，高22.9米；低跨以训练区为中心，圆形复合网架，横向跨度33.183米，纵向跨度为41.103米，高13.9米；高低跨之间用竖直网架联接，全部网架总重约940吨。网架为正放四角锥螺栓球与焊接球混装节点结构，采用上弦多点支承，网架结构安全等级为一级。
二、当前国内主要网架施工方法
当前国内主要网架施工方法有：滑移网架法、滑移脚手架法、高空散装扩拼法、整体吊装或整体顶升法、分块吊装、整体提升法等。
以下是部分安装方式的优缺点。
满堂架法施工
滑移网架法施工
游泳馆0米主要布置比赛池、跳水池、训练池、看台、儿童池及设备用房等结构物。在网架施工前，比赛池、跳水池、训练池等地面构筑物已经完成主体施工，在场地内部进行网架结构组装和脚手架搭设存在很大的难度。因而，不宜采用滑移法或搭设脚手架法等工艺进行网架施工；同时地面构筑物主体结构施工完成后，后续还有外部装修、设备安装等工程施工相继进行，采用高空散装法势必形成交叉施工，存在很大的安全隐患；而网架结构纵向跨度超过100米，采用整体吊装或提升法，起吊装置的布置困难，也不适宜。因此，必须优化施工工艺解决难题。
整体顶升施工
滑移脚手架施工
三、主要工艺特点
采用分区域组装和分阶段顶升结合工艺
基于馆内不规则场地条件，常规网架施工方法难以简单应用，我们采用分区域分阶段施工、充分利用既有平台拼装扩散，通过同步液压控制技术进行阶梯式顶升，高跨低跨同步实施拼装，最后散拼补齐高空全部网架的工艺，充分利用馆内场地，化难为易，有效解决施工难题。
散拼
分块吊装
分块吊装
顶升点布置设计
采用空间网架结构分析设计程序（SFCAD2021）对网架进行内力验算，选取顶升点数量、位置，分区域布置顶升装置、多阶段顶升，逐步增加顶升荷载，保证了施工过程结构的稳定性，防止了网架结构出现异常变形。采用同步液压控制技术，利用CAN总线控制，实现了液压顶升千斤顶的独立实时监控和调整，保证同步控制精度。
分区域分阶段施工
采用分区域分阶段施工、充分利用既有平台拼装扩散。
训练池拼装
根据场馆限制条件将施工分成比赛区、训练区两大区域。比赛区细化成跳水池、游泳池、看台等5处小区域，训练区分成泳池及周边场地两个小区域，从每个小区域建筑标高最低的平台开始分阶段组装，利用稳定的平面拼装胎架和顶升点反支撑技术及自主研发的节点球专用吊具，高跨低跨多点作业同步实施，通过同步液压控制技术进行阶梯式顶升，将不同小区域内的网架顶到同一标高后，扩展拼装形成局部整体网架，再顶升至设计标高，在支座上就位，最后散拼补齐高低跨联接段网架。
游泳池拼装
比赛区平台拼装
BIM技术应用
利用BIM建模技术，对训练池、比赛池、跳水池及各平台面的顶升分界及顶升过程进行模拟，确定各阶段平面组装时的边缘杆件，消除了顶升时的阻碍，保证了顶升过程的安全。
顶升设备选择
顶升系统由顶升支架、液压顶升千斤顶、千斤顶连接胎架、液压泵站、PLC控制总台等组成，每台液压泵站控制一台顶升千斤顶，PLC总控制台通过每台千斤顶上的位移传感器控制着该油路电磁阀的开通或关闭。
训练区网架顶升就位
顶升液压油缸采用行程1050mm，顶力100t和70t的液压油缸，工作时配位移传感器。标准节采用（长×宽×高）1300×1200×1000型，加大受力截面，增加顶升过程的稳定性；顶升设备顶端加接钢制顶帽，钢制顶帽与网架上弦或下弦钢球相接，与网架节点球连接处采用半圆形十字筋板。
操作人员通过液压同步计算机控制系统人机界面进行液压顶升过程及相关数据的观察和（或）控制指令的发布，可以实现自动控制、顺控（单行程动作）、手动控制以及单台顶升器的点动操作，从而达到顶升单元整体顶升安装工艺中所需要的同步顶升、空中姿态调整、单点毫米级微调等特殊要求。
垂直运输
由于游泳馆内部结构已经施工完成，网架杆件、球及施工机具、材料等只能通过垂直运输进入施工场地。因此，在游泳馆主体结构周边设置网架构件堆放场，选用1台QTZ80(Q5610)塔吊，布置在游泳馆东南角；1台QTZ80(Q6013)塔吊，布置在西北角进行主吊作业；1台50t、1台70t汽车吊在场外临时堆放场辅助作业。
现场2台平臂吊对于游泳馆西南角区域无法完成覆盖，该区域垂直运输采用场外布置汽车吊作业，汽车吊布置在游泳馆外西南角临时道路上。
四、关键技术和创新点
创新分区域、分阶段阶梯式顶升工艺
游泳馆内场地条件极不规则，屋面也是不规则钢网架结构，本成果根据场地限制条件，充分利用已完工平台进行平面拼装作业，采用分区域分阶段施工、通过同步液压控制技术进行阶梯式顶升，高跨低跨同步实施拼装，最后散拼补齐高空全部网架的工艺，科学配置资源，化难为易，有效解决了施工难题。
分阶段布设顶升支架，逐步增加顶升荷载。
通过分区域顶升点的详细设计计算，合理选取顶升点布置位置及数量、分成小区域多阶段布设顶升支架，逐步增加顶升荷载，阶梯式多阶段顶升，形成最终整体顶升体系，保证了施工过程网架结构的稳定性，防止了网架结构出现异常变形。
利用BIM建模技术模拟顶升分界。
对训练池、比赛池、跳水池及各平台面的顶升分界及顶升过程进行模拟，确定各阶段平面组装时的边缘杆件，消除了顶升时的阻碍，保证了顶升过程的安全。
充分利用馆内多区域的平台面进行网架焊接组装。
充分利用建筑结构各平台作为工作面进行网架平面组装，减少了大量脚手架材料和辅助工人的投入，使网架平面组合程度最大化，减少了高空拼装工作量，显著降低了安全风险。
采用稳定的平面拼装胎架和顶升点反支撑技术。
在顶升架下的建筑结构层下方，设置反支撑，增加了网架的拼装、顶升工作的安全保证；使用拼装胎架，在各组装平面设立稳定的支撑结构，保证了整体网架拼装的稳定性。
五、主要施工阶段
比赛区
第一步：游泳池和跳水池网架在池中同步拼装（31-37轴），网架在池底拼装焊接完毕后，先顶升下弦球离开地面。
第二步：游泳池、跳水池底的网架同步顶升，一同顶升至池壁平台处。
网架拼装
网架的拼装应从所在施工平台中心线开始，逐步向四周展开，先组成封闭四方网格，控制好尺寸后，再拼四周网格，不断扩大
第三步：游泳池、跳水池底的网架池顶平台合龙。
第四步：比赛区网架向平台、看台区扩散。
第五步：比赛区四层拼装。
第六步：比赛区顶升到位。
训练区
第一步：训练池网架在池底拼装焊接完毕后，先顶升下弦球离开地面。
第二步：池底的网架同步顶升，顶升至池顶平台处。
第三步：网架在地面拼装。
第四步：顶升至钢立柱顶端就位。
六、质量控制措施
一、主要质量控制点
1） 测量控制点复核；
2） 网架及构件安装前外观及质量检查；
3） 支座就位点尺寸、平整度及标高复测；
4） 拼装过程节点球定位尺寸、轴线及标高测量；
5） 高空组拼后，主要节点球位移、标高复核；
6） 就位后，网架长度、宽度、挠度等主要尺寸测量；
7） 焊接质量控制；
8） 顶升同步性控制及顶升支架体系稳定性监测。
二、主要质量标准
《建筑工程施工质量验收统一标准》GB 50300-2013
《钢结构工程施工质量验收标准》 GB 50205-2020
《工程测量标准》 GB 50026-2020
《焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级和评定》 GB/T 11345-2013
《空间网格结构技术规程》 JGJ 7-2010
《钢网架焊接空心球节点》 JG/T 11-2009
七、安全控制重点
1.由于顶升作业施工中顶升装置为临时装置，受力分布情况复杂，结构内部应力具有不可预测性等，顶升过程中网架下方区域为危险区域，严格控制人员进出，做好相应警戒。
2.对顶升系统检查并预演两次，保证操作系统正常工作，另配备两台同等型号的千斤顶以便及时更换。
3.顶升前，对顶升架及液压系统进行检查，发现部件有脱焊、裂缝等损伤或液压系统有泄漏，必须整修后方可再进行作业。
4.顶升作业时，要安排有关人员值守，随时监测网架是否发生变形、位移等现象，一旦发现立即采取应急处置措施。
5.提前制定应急预案措施，顶升安装应提前收听一周天气预报，遇雨、大风和大雾天气停止施工。
6.爬梯等重要登高设备，经验收合格后，才能投入施工使用，操作人员注意力应集中，服从指挥，避免相撞。
7.顶升过程中，如发现某个液压设备有问题时，指挥员要及时叫停，排除隐患后方可进行。
8.定期组织现场电器设备检查，电线绝缘、接地、接零、漏电保护器等应完好，指定专业人员测试，使用中的电气设备应保持正常的工作状态，严禁带故障运行。
9.在顶升前对机具、钢丝绳、倒链等进行质量隐患排查。
10.统一指挥，统一联络信号，合理分工，责任到人。
文图：张冬茂
编辑：温 晖
校审：刘 佳
来源：技术质量部
