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【摘 要】网壳安装采用以整体提升、局部高空散拼的安装方法。本文介绍了该工程网壳安装的实施过程、关键工艺技术以及取得的良好经济技术效果，为同类工程的施工提供了可借鉴性的经验资料。
【关键词】网壳结构；整体提升法；施工验算
1 工程概述
1.1 工程概况
该车间是新建群体厂房之一，建筑总面积3.1万平方米，其中车间通廊屋面为正交单曲拱网壳结构。通廊长168米，宽36米，网壳中部设有一道伸缩缝，将网壳分为两个自然块，网壳投影面积约7000平面米。网壳两侧支撑柱为钢筋混凝土柱，柱断面为1400mm*800mm.， 网壳上弦支撑，网壳支座（柱顶）底面标高为23.8米。支座采用万向球铰支座下设50厚橡胶垫。网壳平立面图见图1-1所示。
图1-1网壳平立面图
1.2 场地与自然条件
车间通廊屋面网壳工程计划安装工期35天。时值隆冬季节，天气寒冷。工程地点位于香炉礁海边，常年大风。网壳安装时，通廊两侧的厂房结构已基本完成，网壳承重柱纵向联系组合钢梁已安装就位，柱顶面形成2米宽的格构通道；通廊两侧车间屋面梯型屋架已安装，局部开始安装屋面彩色钢板；通廊地面没有形成，地面回填土未夯实，地势高低不平，如图1-2所示。
图1-2通廊与厂房平立面图
1.3工程难点
通廊两侧车间屋面结构已经形成，大型机械设备难以在通廊外布置。
网壳呈单向拱形，失高5米，又是冬季施工，人员工效低，常规的制作安装方法难以满足工期要求，
时值隆冬季节，风大雪频，气温低，高空安装作业难度大，风险高。
2 安装方案的优选
在确定安装方案前，根据现场实际情况和工程结构特点，确定了三种拟选方案，并对每种方案的可实施性进行了分析比较。
2.1高空散装法
高空散拼须搭设满堂红承重脚手架，或采用部分滑移脚手架与满堂红脚手架组合，在高空进行网壳拼装。由于本工程网壳安装高度支座处为24.3米，拱顶处标高达30余米，且网壳呈单向拱形，高空作业危险性高、效率低、脚手架搭设和拆除工作量极大，即不经济又难以满足工期要求。
2.2部分提升与部分高空散拼法
该方案是沿跨度方向划分为五道拱带，中间三道拱带采用外扩法在地面拼装，两侧拱带利用高空散装法安装。中间三道拱带在地面拼装完成后，拔杆接力提升到设计标高与两侧及支座区的拱带间合拢。
该方案的优点是：大量的拼装工作在近地面完成，减少了高空作业；材料的倒运、拔杆的架设可以地面机械辅助施工，减少劳动强度；可以用传统拔杆与卷扬机相结合的方法充分提高功效、降低成本；施工作业面可以最大限度的展开，便于组织流水施工，缩短工期。
该方案的缺点是：由于本网壳属单曲拱网壳结构，所以拔杆拖拉绳布置非常困难，高点拔杆拖拉绳为了不影响网壳端部准确就位，可能端部位拖拉绳需要采用二次支顶；
拔杆因为插在网壳方格网内，所以拔杆拆除时有一定困难；拔杆起重时不安全因素多；仍有2/5的拼装工作在高空完成，部分存在效率低、安全性不强的缺欠。
2.3整体提升与局部高空散拼法
该方案是采用地面拼装、临时设置矮拔杆分格提升、逐格外扩拼装，然后利用支座处钢筋混凝土柱作提升支点进行提、顶作业，最后柱顶就位，补装边格杆件。地面组拼时除靠柱边方格预留就位后空中组拼外，其他杆件均可一次组拼成型。
该方案的缺点是：整个网壳基本都是在地面作业，工作效率高，安装成本低，安全保障好，工期短，便于施工组织，同时对天气条件要求相对较低，利用土建混凝土柱做提升支点，可以节约大型拔杆制作的费用；地面拼装后整体提升同时可插入主、次檩条安装和消防、机电等相关专业安装，大量工作都可以在地面完成，减少了高空安装脚手架用量，避免了高空作业，降低了工程安全管理的难度，且可以形成多点、多面流水作业，加快地面拼装进度，有利于工程安装精度控制。
综上所述，可将三种方案定性分析比较如表2-1。可以得出，本工程采用整体提升与局部散拼法是最优的安装方案。
3安装方案实施过程
由于本工程两侧的厂房结构已经形成，厂房的钢筋砼柱断面较大，高度高，特别是在每根混凝土柱的后面还设有一根钢柱，与混凝土柱多点连接，增加了柱的侧向抗剪、抗弯能力，为网壳整体提升方案的实施提供了有利条件。
3.1网壳的整体分块
为了最大限度满足网壳机械提升基本要求，故将网壳分割成两片提升，每片最大重量为70吨。分块如下图3-1所示：
图3-1网壳分块图
3.2网壳的地面拼装
首先清理现场施工场地，对照网壳空中座落位或网壳施工方案中计划与柱避让尺寸在地面施放开始起点线，然后按照地面控制线进行网壳拼装。地面倒装的网壳拼装的次序及要点同普通网架的拼装略有不相同，安装特点是网架自拱壳的高点开始，逐渐向低点进行，并边装边提升，始终保证施工人员地面操作。
3.3网壳拼装中的提升
在网壳安装现场按照规划，设置两排7米高矮型拔杆，分别设置在网壳跨长1/3位置上，网壳地面组装时首先安装中间段，然后由中间两则排拔杆提升，每往外安装一格，拔杆均提升一次，始终保证最外杆件满足安装角度要求，如图3-2、图3-3所示。
图3-2 拔杆一次提升 图3-3 拔杆二次提升
3.4网壳的整体提升与局部散拼、就位
网壳的整体拼装完成后，利用支座处钢筋混凝土柱作提升支点进行提、顶作业，最后柱顶就位，补装边格杆件。主要工作步骤如下（见图3-4）：
在柱顶设提升挂点，在网壳上设提升吊点，连接就位，准备提升。 提升网壳离地面500mm后，将提升支架挂在支点球上，再启动统控开关，将网壳
提升至6米以满足安装固定提升支架的要求。
3）安装提升支架及拉索，然后将吊钩改在支架底部吊环处。
4）启动卷扬机统控开关，同步提升网壳。
5）网壳提升临近就位，拼装支座及边缘杆件。
6）经检查无误后，支架回放，释放拉索，网壳安装就位。
4安装方案关键技术
4.1原有钢筋混凝土柱的承载能力验算
对承受提升支点钢筋混凝土柱进行验算，如果柱侧向抗弯、抗剪满足要求，提升锚固点可设在柱顶，如果满足不了要求，则应将提升锚固点设在柱背后一侧，使钢索通过柱顶部滚轮导向提升，使柱自身不产生弯矩。
通廊网壳总重140吨，共分两片，母片约70吨，采用八点提升，其中较大点受力9.43吨，考虑提升工程机械不均匀系数1.25（两台以上机械抬升施工机械利用率不超过80%），故较大点受力118kN；钢筋混凝土柱柱顶由提升产生水平推力55kN，轴向压力20 kN。原钢筋混凝土柱为柱断面为1400mm*800mm.， 柱顶标高为23.8米，砼强度等级等级 C25，纵向受力筋8Φ22+18Φ18，箍筋φ8@180。经计算原钢筋混凝土柱的正截面承载力、斜截面承载力、稳定性均满足网壳提升挂点设在柱顶的使用要求。
4.2提升支架的设计
4.2.1提升支架的结构
采用柱顶套挂法进行网壳整体安装，最大矛盾是在网壳没有提出柱顶时，提升的滑
轮组临近触碰而停止提升。为了使网壳能够提升至柱顶，必须制作一个专用支架将提升方式改为顶升方式。支架如图4-1所示。
图4-1 支架设计示意图
提升支架为倒三角式，上管口中心距离3254mm（支座处两节点球距离），倒三角提升钢架采用￠219无缝钢管制作，高度5.4米，两杆为一组，成倒人字形，底脚采用￠75钢管做成活动支腿，以满足安装时单体能站立，横向连接管为￠60管。提升支架背后设两根直径为Φ20mm拖拉绳，两根最大拉力55kN。提升钢架受力情况如图4-2图所示。提升钢架顶部用20厚钢板封顶并按节点球形园孔，使网节点架球1/3部位含在铁板孔内然后再用专用卡环扣住，以使提升钢架在垂直方向作小幅度的俯动，提升点视作可旋转支座。提升钢架连接点距提升钢架底脚垂直距离H=5.2m，缆风绳垂直上部夹角为179度，两根风览绳水平夹角45度，钢绳为6*37φ20。网壳第三次起吊时（第一至第四层）重量约600kN，四点起吊，平均每点负荷15KN，起重滑轮组重量为3KN，滑车组为“四三”走七，绕过一个导向滑轮后引向卷扬机。
图4-2 支架受力示意图
4.2.2提升支架的验算
（1）提升钢架受力计算
L=5.46 H=5.195
b=
提升钢架自重8kN，
缆风绳（拖拉绳）自重初拉力T0的计算如下
又知φ19.5钢丝绳每米重ql=1.33kg
缆风绳长度L/=28m
缆风绳自重垂度取（2～3）%L/
==31.6kg/每根=0.316kN/每根
因为每根提升钢架有两根览风绳，则初拉力T0=20.316 =0.63kN
故提升钢架所受到的纵向总压力N计算如下：
N1==177.6kN
N2=F=290kN
采用φ19.5（两根）缆风绳初拉力
N3=2×=2×=302kg=0.302kN
N4=（N4为提升钢架顶部向下1/3处钢管的自重，因此处轴力、弯矩均较大，是进行稳定验算的最不利位置）
AR=13125mm2
R=7.85g/cm2
N4===1.88kN
N=N1+N2+N3=177.6+290+0.3=468kN
N0=N+N4=468+2=470kN
（2）钢管的弯矩计算
M=〔k（Q+q）+F〕e=〔1.2（118+12）+290〕0.0.0525〕=24.06kN.M
Mx==×24.06=16.04kN.M
（3）提升钢架的强度验算
WN=
利用公式验算提升钢架顶部承受最大弯矩的危险截面的强度
〈〔〕=170N/mm2
满足要求
A?——钢管提升钢架顶端净截面面积（mm2）
W——钢管提升钢架顶端的竟截面抵抗矩（mm2）
〔〕—所用钢材的抗弯（抗弯、抗压）的强度容许值，采用3号钢170N/mm
r——截面发展系数，因直接动力荷载，所以r=1.10
（4）中部截面弯矩作业平面内稳定验算
验算公式
N——所计算构件范围内的轴心压力（N）
——弯矩作用平面的轴心受压构件稳定系数；根据长细比按表采用。
rX——截面塑性发展系数，rX=1.0
WX?——弯矩作用平面内最大受压纤维的毛截面抵抗矩（mm3）
NEX——欧拉临界力，NEX=（N）
（5）钢管提升钢架在压力和弯矩共同作用下的稳定验算（取其中一根钢管计算）
根据上述人字提升钢架计算知 N=F=290. kN
作用在单根提升钢架作用力N1=〔1.2（118+12）÷2〕÷cos18
=〔1.2（118+12）÷2〕÷0.951
=88.3kN
【关键词】网壳结构；整体提升法；施工验算
1 工程概述
1.1 工程概况
该车间是新建群体厂房之一，建筑总面积3.1万平方米，其中车间通廊屋面为正交单曲拱网壳结构。通廊长168米，宽36米，网壳中部设有一道伸缩缝，将网壳分为两个自然块，网壳投影面积约7000平面米。网壳两侧支撑柱为钢筋混凝土柱，柱断面为1400mm*800mm.， 网壳上弦支撑，网壳支座（柱顶）底面标高为23.8米。支座采用万向球铰支座下设50厚橡胶垫。网壳平立面图见图1-1所示。
图1-1网壳平立面图
1.2 场地与自然条件
车间通廊屋面网壳工程计划安装工期35天。时值隆冬季节，天气寒冷。工程地点位于香炉礁海边，常年大风。网壳安装时，通廊两侧的厂房结构已基本完成，网壳承重柱纵向联系组合钢梁已安装就位，柱顶面形成2米宽的格构通道；通廊两侧车间屋面梯型屋架已安装，局部开始安装屋面彩色钢板；通廊地面没有形成，地面回填土未夯实，地势高低不平，如图1-2所示。
图1-2通廊与厂房平立面图
1.3工程难点
通廊两侧车间屋面结构已经形成，大型机械设备难以在通廊外布置。
网壳呈单向拱形，失高5米，又是冬季施工，人员工效低，常规的制作安装方法难以满足工期要求，
时值隆冬季节，风大雪频，气温低，高空安装作业难度大，风险高。
2 安装方案的优选
在确定安装方案前，根据现场实际情况和工程结构特点，确定了三种拟选方案，并对每种方案的可实施性进行了分析比较。
2.1高空散装法
高空散拼须搭设满堂红承重脚手架，或采用部分滑移脚手架与满堂红脚手架组合，在高空进行网壳拼装。由于本工程网壳安装高度支座处为24.3米，拱顶处标高达30余米，且网壳呈单向拱形，高空作业危险性高、效率低、脚手架搭设和拆除工作量极大，即不经济又难以满足工期要求。
2.2部分提升与部分高空散拼法
该方案是沿跨度方向划分为五道拱带，中间三道拱带采用外扩法在地面拼装，两侧拱带利用高空散装法安装。中间三道拱带在地面拼装完成后，拔杆接力提升到设计标高与两侧及支座区的拱带间合拢。
该方案的优点是：大量的拼装工作在近地面完成，减少了高空作业；材料的倒运、拔杆的架设可以地面机械辅助施工，减少劳动强度；可以用传统拔杆与卷扬机相结合的方法充分提高功效、降低成本；施工作业面可以最大限度的展开，便于组织流水施工，缩短工期。
该方案的缺点是：由于本网壳属单曲拱网壳结构，所以拔杆拖拉绳布置非常困难，高点拔杆拖拉绳为了不影响网壳端部准确就位，可能端部位拖拉绳需要采用二次支顶；
拔杆因为插在网壳方格网内，所以拔杆拆除时有一定困难；拔杆起重时不安全因素多；仍有2/5的拼装工作在高空完成，部分存在效率低、安全性不强的缺欠。
2.3整体提升与局部高空散拼法
该方案是采用地面拼装、临时设置矮拔杆分格提升、逐格外扩拼装，然后利用支座处钢筋混凝土柱作提升支点进行提、顶作业，最后柱顶就位，补装边格杆件。地面组拼时除靠柱边方格预留就位后空中组拼外，其他杆件均可一次组拼成型。
该方案的缺点是：整个网壳基本都是在地面作业，工作效率高，安装成本低，安全保障好，工期短，便于施工组织，同时对天气条件要求相对较低，利用土建混凝土柱做提升支点，可以节约大型拔杆制作的费用；地面拼装后整体提升同时可插入主、次檩条安装和消防、机电等相关专业安装，大量工作都可以在地面完成，减少了高空安装脚手架用量，避免了高空作业，降低了工程安全管理的难度，且可以形成多点、多面流水作业，加快地面拼装进度，有利于工程安装精度控制。
综上所述，可将三种方案定性分析比较如表2-1。可以得出，本工程采用整体提升与局部散拼法是最优的安装方案。
3安装方案实施过程
由于本工程两侧的厂房结构已经形成，厂房的钢筋砼柱断面较大，高度高，特别是在每根混凝土柱的后面还设有一根钢柱，与混凝土柱多点连接，增加了柱的侧向抗剪、抗弯能力，为网壳整体提升方案的实施提供了有利条件。
3.1网壳的整体分块
为了最大限度满足网壳机械提升基本要求，故将网壳分割成两片提升，每片最大重量为70吨。分块如下图3-1所示：
图3-1网壳分块图
3.2网壳的地面拼装
首先清理现场施工场地，对照网壳空中座落位或网壳施工方案中计划与柱避让尺寸在地面施放开始起点线，然后按照地面控制线进行网壳拼装。地面倒装的网壳拼装的次序及要点同普通网架的拼装略有不相同，安装特点是网架自拱壳的高点开始，逐渐向低点进行，并边装边提升，始终保证施工人员地面操作。
3.3网壳拼装中的提升
在网壳安装现场按照规划，设置两排7米高矮型拔杆，分别设置在网壳跨长1/3位置上，网壳地面组装时首先安装中间段，然后由中间两则排拔杆提升，每往外安装一格，拔杆均提升一次，始终保证最外杆件满足安装角度要求，如图3-2、图3-3所示。
图3-2 拔杆一次提升 图3-3 拔杆二次提升
3.4网壳的整体提升与局部散拼、就位
网壳的整体拼装完成后，利用支座处钢筋混凝土柱作提升支点进行提、顶作业，最后柱顶就位，补装边格杆件。主要工作步骤如下（见图3-4）：
在柱顶设提升挂点，在网壳上设提升吊点，连接就位，准备提升。 提升网壳离地面500mm后，将提升支架挂在支点球上，再启动统控开关，将网壳
提升至6米以满足安装固定提升支架的要求。
3）安装提升支架及拉索，然后将吊钩改在支架底部吊环处。
4）启动卷扬机统控开关，同步提升网壳。
5）网壳提升临近就位，拼装支座及边缘杆件。
6）经检查无误后，支架回放，释放拉索，网壳安装就位。
4安装方案关键技术
4.1原有钢筋混凝土柱的承载能力验算
对承受提升支点钢筋混凝土柱进行验算，如果柱侧向抗弯、抗剪满足要求，提升锚固点可设在柱顶，如果满足不了要求，则应将提升锚固点设在柱背后一侧，使钢索通过柱顶部滚轮导向提升，使柱自身不产生弯矩。
通廊网壳总重140吨，共分两片，母片约70吨，采用八点提升，其中较大点受力9.43吨，考虑提升工程机械不均匀系数1.25（两台以上机械抬升施工机械利用率不超过80%），故较大点受力118kN；钢筋混凝土柱柱顶由提升产生水平推力55kN，轴向压力20 kN。原钢筋混凝土柱为柱断面为1400mm*800mm.， 柱顶标高为23.8米，砼强度等级等级 C25，纵向受力筋8Φ22+18Φ18，箍筋φ8@180。经计算原钢筋混凝土柱的正截面承载力、斜截面承载力、稳定性均满足网壳提升挂点设在柱顶的使用要求。
4.2提升支架的设计
4.2.1提升支架的结构
采用柱顶套挂法进行网壳整体安装，最大矛盾是在网壳没有提出柱顶时，提升的滑
轮组临近触碰而停止提升。为了使网壳能够提升至柱顶，必须制作一个专用支架将提升方式改为顶升方式。支架如图4-1所示。
图4-1 支架设计示意图
提升支架为倒三角式，上管口中心距离3254mm（支座处两节点球距离），倒三角提升钢架采用￠219无缝钢管制作，高度5.4米，两杆为一组，成倒人字形，底脚采用￠75钢管做成活动支腿，以满足安装时单体能站立，横向连接管为￠60管。提升支架背后设两根直径为Φ20mm拖拉绳，两根最大拉力55kN。提升钢架受力情况如图4-2图所示。提升钢架顶部用20厚钢板封顶并按节点球形园孔，使网节点架球1/3部位含在铁板孔内然后再用专用卡环扣住，以使提升钢架在垂直方向作小幅度的俯动，提升点视作可旋转支座。提升钢架连接点距提升钢架底脚垂直距离H=5.2m，缆风绳垂直上部夹角为179度，两根风览绳水平夹角45度，钢绳为6*37φ20。网壳第三次起吊时（第一至第四层）重量约600kN，四点起吊，平均每点负荷15KN，起重滑轮组重量为3KN，滑车组为“四三”走七，绕过一个导向滑轮后引向卷扬机。
图4-2 支架受力示意图
4.2.2提升支架的验算
（1）提升钢架受力计算
L=5.46 H=5.195
b=
提升钢架自重8kN，
缆风绳（拖拉绳）自重初拉力T0的计算如下
又知φ19.5钢丝绳每米重ql=1.33kg
缆风绳长度L/=28m
缆风绳自重垂度取（2～3）%L/
==31.6kg/每根=0.316kN/每根
因为每根提升钢架有两根览风绳，则初拉力T0=20.316 =0.63kN
故提升钢架所受到的纵向总压力N计算如下：
N1==177.6kN
N2=F=290kN
采用φ19.5（两根）缆风绳初拉力
N3=2×=2×=302kg=0.302kN
N4=（N4为提升钢架顶部向下1/3处钢管的自重，因此处轴力、弯矩均较大，是进行稳定验算的最不利位置）
AR=13125mm2
R=7.85g/cm2
N4===1.88kN
N=N1+N2+N3=177.6+290+0.3=468kN
N0=N+N4=468+2=470kN
（2）钢管的弯矩计算
M=〔k（Q+q）+F〕e=〔1.2（118+12）+290〕0.0.0525〕=24.06kN.M
Mx==×24.06=16.04kN.M
（3）提升钢架的强度验算
WN=
利用公式验算提升钢架顶部承受最大弯矩的危险截面的强度
〈〔〕=170N/mm2
满足要求
A?——钢管提升钢架顶端净截面面积（mm2）
W——钢管提升钢架顶端的竟截面抵抗矩（mm2）
〔〕—所用钢材的抗弯（抗弯、抗压）的强度容许值，采用3号钢170N/mm
r——截面发展系数，因直接动力荷载，所以r=1.10
（4）中部截面弯矩作业平面内稳定验算
验算公式
N——所计算构件范围内的轴心压力（N）
——弯矩作用平面的轴心受压构件稳定系数；根据长细比按表采用。
rX——截面塑性发展系数，rX=1.0
WX?——弯矩作用平面内最大受压纤维的毛截面抵抗矩（mm3）
NEX——欧拉临界力，NEX=（N）
（5）钢管提升钢架在压力和弯矩共同作用下的稳定验算（取其中一根钢管计算）
根据上述人字提升钢架计算知 N=F=290. kN
作用在单根提升钢架作用力N1=〔1.2（118+12）÷2〕÷cos18
=〔1.2（118+12）÷2〕÷0.951
=88.3kN