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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)場地面進行，有利于提高工程質(zhì)量，減少高空作業(yè)量，加快施工進度，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、一臺或多臺起重機進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)計標高的安裝方法。提升安裝可采用卷揚機提升，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，降低了起重機或卷揚機等級，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)濟效益和社會效益。目前使用的整體成形施工方法包括攀達穹頂施工法、折疊展開式施工法以及拱桁架施工法等。
      1.5.1攀達穹頂體系的施工方法
      在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中設(shè)置一些機構(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，機構(gòu)又變成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
      攀達穹頂體系可以將網(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為攀達穹頂施工過程。

 

     攀達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、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，機構(gòu)又變成靜定的結(jié)構(gòu)。整個施過程是結(jié)構(gòu)一機構(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，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)點進行連接。穹頂結(jié)構(gòu)最高點達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)計標高抬高20mm的形式，滑移到位后，對鋼柱下支座進行塞裝并與鋼柱上部焊接，最后進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)合鄂爾多斯機場擴建工程，詳細闡述了大跨度鋼結(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
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      [9]肖熾，滑移法施工技術(shù)研究，第三屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學術(shù)研討會，2003.7
      [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)工程學術(shù)研討會，2004

      作者簡介：田偉，1970.8河北建設(shè)集團有限公司內(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)集團有限公司，河北保定 071070）

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