浅析拔杆群接力提升法在施工中的应用

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引言：近年来，国内建造的许多大跨度网架屋盖结构均采用提升的施工方法，如08奥运会自行车馆、08奥运会跆拳道馆、首都机场四机位飞机库和烟台火车站马鞍形拱壳等。随着科学技术的发展，提升技术也逐步由传统的拔杆提升工艺转向计算机控制整体提升以及使用大型起重设备提升的施工方法；但拔杆作为一种传统的起重工具，由于其构造简单、操作方便、成本低廉等优点，在一些特定的工程条件下，拔杆提升工艺依然能够发挥非常好的作用。

一、工程概况

烟台火车站站房工程分为A、B、C、D四个区，B区钢结构拱壳为焊接球节点双曲面马鞍形网壳结构，其结构新颖，属国内首创。拱壳跨度为114米，长度为160.5米，网壳厚度为2.5-3.5米，支座标高为19.8米，拱顶标高为45-60米，最大悬挑尺寸为25米。整个网架系统是由空心焊接球、无缝及焊接杆件和固定球形铰支座组合而成的结构体系。钢材材质为Q345B，网壳用钢总量约1000吨。在施工过程中，施工单位根据各组合部分结构自身的特点和施工现场条件，综合考虑安全、经济、施工进度等多种因素，最终确定采用地面组装，空中焊接，空中对接的施工工序和拔杆群接力提升的方法完成安装。

二、方案选择

由于本工程的马鞍形网架是个异形网架，因此，将整个网架分为支座区及1-4区（其中3、4区为悬挑区）共5个拼装区域。通过对施工现场现有作业面的了解，综合考虑经济和施工进度，并经多轮方案研讨，最终确定在标高为9.6米的混凝土平台上采用人工立拔杆的方法，通过拔杆群接力提升网壳，完成拼装作业。

三、方案实施的重点和难点

（一）B区拱壳跨度大，高度高，整体造型为马鞍形，两端带悬挑部分，拱壳下方为大空间。选择合理的安装方法，保证工程质量，节约费用是本工程的重点。

（二）网壳在施工时的受力状态和受力模型处于不断变化之中，施工前必须全面考虑施工过程中的各种不利工况进行验算。

（三）拔杆群为临时支撑体系，柔性拉结体系，须长时间承受网壳自重，抵抗施工期间可能出现的各种荷载，保持自身的安全和稳定性。

（四）拔杆转换过程中网壳及拔杆系统的受力状况复杂，应力变化大，存在一定的安全风险。

（五）单根拔杆承受荷载较大，若穿过楼板或者落在混凝土梁上处理难度大，下部加固复杂，且不确定因素多。

（六）现场无起重设备，也不具备安装起重设备的条件，构件的倒运、安装全部靠人力完成，效率低，安全风险大。

四、方案实施要点

（一）拔杆系统的设置及安装

根据施工现场情况，拔杆架设的作业面是标高9.6米的混凝土平台，考虑到单根拔杆承受荷载较大，确定将1、2区拔杆设置在D-J轴、10-13轴之间的24根框架柱位置上，3、4区各设置4根拔杆，也分别落在框架柱上。

由于本工程最长拔杆长度为42米，其次是33米，而拔杆所处位置为9.6米高的混凝土平台，无法利用机械进行立拔杆，因此采用人工立拔杆的方法。首先，在9.6米平台上安装一根20米高的辅助拔杆，利用该拔杆吊装大拔杆，当小拔杆将大拔杆吊起并与地面形成20度夹角后，通过固定在地锚的拉绳逐渐将拔杆竖起，利用立好的大拔杆，将其它拔杆逐个的立起。

（二）网壳及拔杆系统的施工验算

拔杆的数量和间距应根据网壳在施工中的杆件应力和节点最大变形确定，当验算结果不能满足要求时应增加拔杆数量和相应杆件进行替换或加固，直至满足要求。通过网架部分按照分片提升的安装方法进行全过程分析和计算，单根拔杆最大施工荷载为28.5吨，9.6米平台上拔杆最大长度为42米，选用Φ720*12的钢管作为拔杆，进行提升。

（三）网壳拼装与提升

在标高为9.6米的混凝土平台上设置拔杆系统。第一阶段，从2区正中央的网格开始向南北两侧进行网架拼装，拼装至合拢线位置后，开始向东西两侧进行外扩，拼装至内排拔杆后开始进行提升，第一次提升至1米，网架继续向东西侧外扩一个网格，第三次提升至1.2米，第五次提升至1.5米……，直至换用外排拔杆完成第十次至14.6米的提升，并最终提升至相应的支座区，与已经完成的支座区网格合拢。第二阶段，进行1区的拼装和提升，步骤同2区，并进行1、2区合拢。第三阶段，进行3、4区悬挑的拼装和提升，直至完成合拢。

（四）提升中的同步控制和措施

在网架提升时，应保证各吊点起升及下降的同步性。保持网架始终水平上升或下降是十分重要，否则，将使网架本身产生扭曲变形，引起提升机构负荷的急剧变化，甚至影响整个工作的成功与否。因此，必须采取下列措施，确保提升的同步。

1、同步措施。（1）起重滑轮组钢丝绳的缠绕方法、滑轮门数以及起重钢丝绳有效长度应一致；（2）起重钢丝绳的直径应选用统一规格（同一强度等级），因为起重钢丝绳的直径会影响到铰磨的直径，并直接影响铰磨钢丝绳的线速度；（3）起吊铰磨卷筒上钢丝绳的初始缠绕数和长度最好统一，并在正式起吊前将钢丝绳的张力控制在同一拉力范围内；（4）在正式起吊前必须进行同步操作训练，使铰磨的操作能统一，即在集中统一指挥下同时操作。

2、同步观测。钢结构施工单位与烟台大学合作利用红外技术，通过计算机观测个点的提升高度。在网架的各点安装红外装置控制仪，通过传感器和专用软件，观测网架的提升高度，观测人员可通过电脑观察个点的高度值，根据各个点的高度值，通知施工人员调整提升速度，从而实现网架同步提升目的。

（五）施工过程中的应力应变监测

为了保证网壳施工过程中网壳和拔杆的稳定性与安全性，在施工过程中，取整个网壳结构的四分之一进行布点，对网壳上的高应力点、拔杆的受力情况和跑绳受力进行了全程检测，进一步验证了理论计算结果。

五、结语

合理布置拔杆架设点、做好拔杆系统的施工验算及提升过程的同步控制，是利用拔杆提升施工中非常重要的工作，它直接关系到提升结构在提升过程中的稳定性和安全可靠性。因此，选用拔杆群接力提升法必须慎重考虑、计算和控制拔杆系统的一系列问题。

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