多高層建筑折疊爆破拆除施工工法

多高層建筑折疊爆破拆除施工工法適用范圍

《多高層建筑折疊爆破拆除施工工法》適用于臨近重要設(shè)施、倒塌場地有限、爆破有害效應(yīng)需嚴(yán)格控制的復(fù)雜環(huán)境下多高層建筑物的爆破拆除。

多高層建筑折疊爆破拆除施工工法工藝原理

《多高層建筑折疊爆破拆除施工工法》的工藝原理敘述如下：

通過設(shè)置2個(gè)或2個(gè)以上的爆破切口，將樓房分成若干個(gè)樓體單元；采用室內(nèi)模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬或工程類比等方法，確定爆破切口的位置、大小、數(shù)量及切口間起爆時(shí)差。利用延時(shí)起爆技術(shù)，使各樓體單元形成同向或多向復(fù)合定向傾倒運(yùn)動(dòng)，樓房折疊坍塌，達(dá)到縮短倒塌距離、改善破碎效果、降低塌落振動(dòng)等有害效應(yīng)的目的，實(shí)現(xiàn)多高層樓房的安全快速拆除。

多高層樓房的折疊爆破可分為單向折疊、雙向折疊、內(nèi)向折疊等不同類型。

單向折疊，即各樓體單元的倒塌方向指向同一方向，見圖1；雙向折疊，即各樓體單元順序起爆，向不同方向交替連續(xù)折疊倒塌，見圖2；內(nèi)向折疊，即自上而下對爆破切口內(nèi)的承重構(gòu)件如墻、柱和梁等予以充分破壞，從而在重力作用下形成內(nèi)向重力矩，在外側(cè)上部結(jié)構(gòu)的重力矩作用下，上部構(gòu)件和外承重墻、柱向內(nèi)折疊坍塌，見圖3。

多高層建筑折疊爆破拆除施工工法施工工藝

《多高層建筑折疊爆破拆除施工工法》的施工工藝流程及操作要點(diǎn)敘述如下：

• 工藝流程

施工準(zhǔn)備→切口布置→預(yù)拆除→布孔→鉆孔→驗(yàn)孔→安全防護(hù)→試爆→裝藥→網(wǎng)路連接→警戒→起爆→爆后檢査。

• 操作要點(diǎn)

一、切口布置

根據(jù)樓房結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件等因素選擇折疊倒塌的類型；在選定的折疊倒塌類型基礎(chǔ)之上，確定切口位置和數(shù)量。

1.當(dāng)一側(cè)有倒塌場地但距離小于樓房高度，采用單向折疊，切口的數(shù)量由下式1確定：

n=（H-L）/h

式中n——切口數(shù)量；

H——樓房高度，米；

L——側(cè)最大允許倒塌距離，米；

h——切口的平均高度，米。根據(jù)結(jié)構(gòu)類型及高寬比選取，通常底部切口選1~4層，上部切口2~3層。

2.當(dāng)選用單向折疊方案切口數(shù)量過多，若另一側(cè)可提供部分倒塌場地時(shí)，選用雙向折疊，切口數(shù)量參照式1確定。

3.當(dāng)樓房較高，體量、跨度都較大，四周既無定向傾倒條件，也無單向、雙向折疊坍塌條件的情況下，采用內(nèi)向折疊。一般情況下，采用隔1~2層布置1~2層爆破切口，特殊情況下逐層布設(shè)。

二、預(yù)拆除

根據(jù)擬定的爆破方案，按爆高設(shè)計(jì)要求將部分構(gòu)件預(yù)拆除，其原則是不影響建筑物的穩(wěn)定性。

1.對于承重墻體，采用“化墻為柱”，預(yù)拆除的面積不超過40%。

2.對于非承重墻體，原則上全部拆除。

3.對于剪力墻，可采用爆破法、機(jī)械切割法或人工風(fēng)鎬鑿除法，“化墻為柱”，預(yù)拆除的面積不超過50%。

4.對于樓梯，處理成上下“兩段餃”。見圖4。

三、布孔

按爆高設(shè)計(jì)要求在承重墻、立柱或剪力墻上布孔。對于磚混結(jié)構(gòu)，24磚墻按25厘米x25厘米布孔，37磚墻按40厘米x40厘米布孔，爆高較大的墻體可各在上部和下部布2~3排孔，中間部分可不布孔’孔深為磚墻厚度的2/3，拐角處適當(dāng)加深；鋼筋混凝土立柱可沿中心線或沿中心線左右相切布孔，短邊大于60厘米以上的立柱可布2排以上炮孔，炮孔間距35厘米左右，排距20-30厘米左右，炮孔深度視立柱斷面尺寸及配筋狀況，可按厚度的2/3~3/4控制。

四、鉆孔

鉆孔質(zhì)量直接關(guān)系到爆破作業(yè)的成敗安危，必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工。由主管工程師按設(shè)計(jì)圖用紅漆標(biāo)孔，布孔應(yīng)注意藥量在空間的均勻分布，以加強(qiáng)破碎效果；布孔需標(biāo)明孔深、藥量及段別，并校核最小抵抗線及結(jié)構(gòu)尺寸。立柱孔一般較高，須搭架施工，打孔順序由上而下，上下孔均要到位，保證孔深和方向；吹凈余灰，及時(shí)驗(yàn)收，注意保護(hù)，并注明廢孔。

為縮短工期開展多作業(yè)面施工，每天按進(jìn)度由工程師和施工隊(duì)長下達(dá)施工任務(wù)并調(diào)度人員和機(jī)具。

五、驗(yàn)孔

用帶有刻度的木棍檢查炮孔，孔內(nèi)無堵塞物，其深度、方向符合設(shè)計(jì)要求，否則應(yīng)標(biāo)明并進(jìn)行修正；若深度超出或穿透炮孔要回填至設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。驗(yàn)孔完畢后填寫炮孔驗(yàn)收單。

六、安全防護(hù)

采用“覆蓋防護(hù)、近體防護(hù)和保護(hù)性防護(hù)相結(jié)合”的綜合防護(hù)方案。

1.立柱爆破部位用浸水草簾捆綁，有效厚度不小于15厘米，草簾外側(cè)捆綁麻袋2層，鋼絲網(wǎng)1層。

2.樓房四周3層以下可用雙層竹笆墻加內(nèi)側(cè)掛草簾封閉，三樓以上也可在室內(nèi)搭設(shè)竹笆墻防護(hù)。

3.爆破樓層外圍用帆布或安全網(wǎng)圍裹。

4.需保護(hù)的地面以上設(shè)施，采用搭設(shè)鋼管架或竹排架，掛竹笆和安全網(wǎng)。

5.地下管線等設(shè)施可用鋼板加沙袋覆蓋防護(hù)。

七、試爆

在具有代表性的部位進(jìn)行試爆，根據(jù)爆破效果，確定合理炸藥單耗和單孔裝藥量。試爆部位的選取以不影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定為前提。

八、起爆時(shí)差選取

1.切口間時(shí)差：單向折疊0.5~1.5秒，雙向折疊0.5~2.0秒，內(nèi)向折疊0.5~2.5秒；切口起爆順序自上至下，可通過孔內(nèi)或孔外延時(shí)方案實(shí)現(xiàn)。

2.切口內(nèi)時(shí)差：排間0.3~0.5秒，層間0~0.5秒；可通過孔內(nèi)或孔外延時(shí)方案實(shí)現(xiàn)，須確保先爆炮孔不得破壞后續(xù)起爆網(wǎng)路，否則需對網(wǎng)路采取保護(hù)措施。

九、裝藥、堵塞

裝藥前按設(shè)計(jì)要求加工藥卷，注明重量及段別并分類保管。裝藥工作要明確分工，分片包干，責(zé)任到人，由主管工程師監(jiān)督。裝入炮孔之前要檢查炮孔與藥卷是否相符，所用雷管段別是否正確，然后用炮棍將插入雷管藥卷輕輕推至孔底。用濕度適宜的砂質(zhì)黏土做成炮泥進(jìn)行堵塞，注意導(dǎo)爆管和雷管腳線的保護(hù)，先輕后重，接近孔口再用力搗實(shí)。裝藥完成后填寫驗(yàn)收單。

十、網(wǎng)路連接與施工

折疊爆破一般雷管段數(shù)多，網(wǎng)路結(jié)點(diǎn)多，為了保證連接質(zhì)量，宜采用分片分區(qū)連接法；各片區(qū)由專人負(fù)責(zé)，每3人一組，各小組需嚴(yán)格按印發(fā)的網(wǎng)路連接圖進(jìn)行作業(yè)。

導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路的連接形式主要有：

1.導(dǎo)爆管“互動(dòng)有序”接力起爆網(wǎng)路，見圖5。

2.導(dǎo)爆管閉合復(fù)式起爆網(wǎng)路，見圖6。

起爆網(wǎng)路接好后，立即封閉爆破區(qū)，任何人不得再進(jìn)入。

十一、警戒、爆破與爆后檢查

由現(xiàn)場執(zhí)行指揮作總體檢查，并向現(xiàn)場領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)。

爆破前設(shè)置安全警戒，清理警戒區(qū)人員，按總指揮指令進(jìn)入起爆準(zhǔn)備階段。檢查線路電阻，連接起爆器，在總指揮命令下充電、起爆。

起爆5分鐘后先由有關(guān)人員進(jìn)入現(xiàn)場檢查爆破是否完全、有無拒爆現(xiàn)象，待確信現(xiàn)場完全爆破后再解除警戒。隨后，總指揮和總工程師進(jìn)行效果分析，指導(dǎo)排除一切可能的隱患，解除警戒。

《多高層建筑折疊爆破拆除施工工法》所用的材料及設(shè)備明細(xì)如下：

• 主要材料

1.乳化炸藥：其質(zhì)量應(yīng)符合國家《乳化炸藥》GB 18095-2000的規(guī)定。

2.導(dǎo)爆管雷管：其質(zhì)量應(yīng)符合國家《導(dǎo)爆管雷管》GB 19417-2003的規(guī)定。

3.電雷管：其質(zhì)量應(yīng)符合國家《工業(yè)電雷管》GB 8031-2005的規(guī)定。

4.膠布、導(dǎo)線等。

5.草簾、竹笆、安全網(wǎng)、鋼板、沙袋等防護(hù)材料。

• 主要機(jī)具、設(shè)備

1.空氣壓縮機(jī)：排氣量大于3立方米/分鐘，臺數(shù)視工程量及工程進(jìn)度而定。

2.風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)：YT18、YT25或7655型鑿巖機(jī)，臺數(shù)視工程量及工程進(jìn)度而定。

3.風(fēng)鎬、風(fēng)管、大錘、刻度炮棍等。

4.液壓破碎器，臺數(shù)視需要而定。

《多高層建筑折疊爆破拆除施工工法》的工法特點(diǎn)是：

1.利用在建筑物的適當(dāng)樓層設(shè)置相同或不同方向的多個(gè)爆破切口，將建筑物劃分成多個(gè)樓體單元，運(yùn)用微差起爆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)樓體單元的復(fù)合傾倒運(yùn)動(dòng)，達(dá)到縮短建筑物倒塌距離，保護(hù)周邊設(shè)施的目的。

2.減少了鉆孔、預(yù)拆除與防護(hù)工作量，提高了施工可靠性，縮短了施工工期，降低了施工成本。

3.有效降低爆破和塌落振動(dòng)、個(gè)別飛散物、噪聲和沖擊波等有害效應(yīng)對周邊環(huán)境的影響，能滿足復(fù)雜環(huán)境下拆除爆破施工的安全和環(huán)保要求。

隨著中國城市化進(jìn)程的加快和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力推進(jìn)，大量的多高層建筑物需要采用爆破拆除。因受環(huán)境條件、工期、投資等方面的制約，傳統(tǒng)的底部單切口定向爆破和原地坍塌爆破已不能滿足安全、高效、環(huán)保的要求，需要研發(fā)新的爆破拆除方式。

武漢市市政建設(shè)集團(tuán)有限公司在多年從事復(fù)雜環(huán)境下多高層樓房拆除爆破工程的基礎(chǔ)上，與武漢大學(xué)開展科技創(chuàng)新，取得了“雙向三次折疊爆破框剪結(jié)構(gòu)大樓”的成果，同時(shí)，形成了《多高層建筑折疊爆破拆除施工工法》。

《多高層建筑折疊爆破拆除施工工法》的質(zhì)量控制要求如下：

• 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

該工法執(zhí)行《爆破安全規(guī)程》GB 6722-2003中相關(guān)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

• 質(zhì)量控制措施

1.建立健全質(zhì)量管理機(jī)制，制定完善的質(zhì)量管理規(guī)章及獎(jiǎng)懲制度，嚴(yán)格按照ISO9002質(zhì)量體系文件要求，對施工進(jìn)行全過程及全員的質(zhì)量控制管理。

2.所有人員均須持證上崗。在施工前按施工組織設(shè)計(jì)、質(zhì)量計(jì)劃、作業(yè)指導(dǎo)書對施工人員進(jìn)行層層交底；施工中嚴(yán)格施工程序及工藝要求。

3.實(shí)行三級質(zhì)檢制度，對布孔、鉆孔、孔內(nèi)情況、藥包制作等進(jìn)行跟蹤檢查，及時(shí)清理、整改質(zhì)量隱患。

4.施工中須認(rèn)真填寫詳細(xì)的施工記錄和驗(yàn)收簽證記錄單，對施工中發(fā)生的任何質(zhì)量異常情況都要快速及時(shí)的向有關(guān)部門通報(bào)。

5.各種施工用材均須三證齊全，未經(jīng)檢驗(yàn)的“三無”材料或產(chǎn)品嚴(yán)禁進(jìn)入施工流程。

《多高層建筑折疊爆破拆除施工工法》的效益分析是：

1.以武漢市王家墩商務(wù)區(qū)19層框剪結(jié)構(gòu)大樓爆破拆除為例，采用雙向三次折疊爆破方案和原地坍塌爆破拆除方案相比，減少鉆孔約1.2萬個(gè)，減少炸藥約600千克，減少人工約460個(gè)，減少空壓機(jī)及鉆機(jī)臺班約36個(gè)，減少了防護(hù)器材用量，縮短工期約8天，節(jié)約直接成本約26.8萬元。

2.采用折疊爆破方案減少了火工品使用量，降低了爆破振動(dòng)、塌落振動(dòng)、飛石、沖擊波、粉塵、有毒氣體、噪聲等爆破危害效應(yīng)，減少了對附近居民區(qū)的影響，降低了減振措施費(fèi)及不可預(yù)估費(fèi)用支岀。

注：施工費(fèi)用以2009-2010年施工材料價(jià)格計(jì)算

采用《多高層建筑折疊爆破拆除施工工法》施工時(shí)，除應(yīng)執(zhí)行國家、地方的各項(xiàng)安全施工的規(guī)定外，尚應(yīng)遵守注意下列事項(xiàng)：

1.認(rèn)真貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的方針，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》GB 6722-2003、《中華人民共和國民用爆炸物品安全管理?xiàng)l例》、《建筑拆除工程安全技術(shù)規(guī)范》JGJ 147-2004等國家有關(guān)規(guī)定，結(jié)合施工單位實(shí)際情況和工程的具體特點(diǎn)，組成專職安全員和班組兼職安全員以及工地安全用電負(fù)責(zé)人參加的安全生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，執(zhí)行安全生產(chǎn)責(zé)任制，明確各級人員的職責(zé)，抓好工程的安全生產(chǎn)。

2.施工人員應(yīng)持證上崗，并進(jìn)行安全施工崗前培訓(xùn)。

3.施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場嚴(yán)格按勞保著裝，班前進(jìn)行安全施工技術(shù)交底，每日進(jìn)行安全巡檢，每月進(jìn)行安全考核，獎(jiǎng)懲兌現(xiàn)。對不服從安全人員檢査，拒不執(zhí)行安全管理制度的施工作業(yè)人員進(jìn)行嚴(yán)肅處理，對存在安全隱患的施工部位、工序等應(yīng)責(zé)令整改后施工。

4.嚴(yán)格爆炸物品管理，專人看管，隨用隨領(lǐng)，用存記賬，用完歸庫。

5.按公安部門指定的路線運(yùn)輸爆破器材，在公安部門認(rèn)可的地方存放，使用爆破器材要登記上賬，剩余爆破器材要?dú)w庫。

6.隨時(shí)監(jiān)測雜散電流、感應(yīng)電流情況，若有異常，及時(shí)上報(bào)；爆破器材經(jīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)，確保100%合格。

7.氧氣瓶與乙妹瓶隔離存放，嚴(yán)格保證氧氣瓶不沾染油脂、乙，快發(fā)生器有防止回火的安全裝置。

8.施工現(xiàn)場臨時(shí)用電嚴(yán)格按照《施工現(xiàn)場臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。電纜線路應(yīng)采用“三相五線”連接方式，電氣設(shè)備和電氣線路必須絕緣良好，場內(nèi)架設(shè)的電力線路其懸掛高度和線間距除安全規(guī)定要求外，將其布置在專用電桿上。室內(nèi)配電柜、配電箱前要有絕緣墊，并安裝漏電保護(hù)裝置。

9.高空作業(yè)嚴(yán)格按照《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》JGJ 80-91的有關(guān)規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。

10.建立完善的施工安全保證體系，加強(qiáng)施工作業(yè)中的安全檢査，確定作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

《多高層建筑折疊爆破拆除施工工法》的應(yīng)用實(shí)例如下：

• 實(shí)例1：武漢市吳家山違建樓拆除工程

2003年9月，吳家山7層違法建筑樓需爆破拆除，該樓為磚混結(jié)構(gòu)，地處吳家山中學(xué)附近，東側(cè)緊鄰吳家山中學(xué)圍墻，最近處僅0.5米，西側(cè)4米是ф1000毫米供水管，5米處是10千伏架空電線，7米是交通主干道，南北兩側(cè)3米外是需保護(hù)的居民樓。采取向西單向折疊倒塌方案。該方案布置兩個(gè)爆破切口：其中底部爆破切口位于1~3層，上部爆破切口位于第5層；采用自上而下的起爆順序，切口間時(shí)差1.2秒。起爆后，樓房實(shí)現(xiàn)明顯的折疊倒塌過程，爆堆集中、破碎充分，電線、水管、圍墻和居民樓安然無恙，爆破取得圓滿成功。如圖7。

• 實(shí)例2：武漢商場爆破拆除工程圖11.1吳家山違建樓爆破過程

1.工程概況

原武漢商場地處武漢市商業(yè)中心，北面距解放大道45米，距解放大道立交橋65米；東面6.9米為2層商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，緊靠商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)之外是停車場和協(xié)和廣場，2層商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)和武漢商場之間的人行道下布有自來水管；東南角7.8米處為4層樓的配電房和一個(gè)公共廁所。南面10.3米為二棟6層居民樓；西面隔一條10米寬的人行道就是武廣大樓和電信大樓，人行道下布設(shè)有電信電纜、自來水管和排水管，旁邊有電纜、電線桿等，爆區(qū)環(huán)境極復(fù)雜。

該樓房為11層高空間框架結(jié)構(gòu)，長66米，寬29米，最高標(biāo)高47.55米，建筑面積17000平方米。立柱和主梁截面尺寸大，配筋率高達(dá)3%。樓板為現(xiàn)澆板，厚12厘米。有樓梯和電梯井各2個(gè)。

2.施工情況

根據(jù)周圍環(huán)境和樓房結(jié)構(gòu)，原武漢商場11層框架結(jié)構(gòu)樓房采用向北單向折疊倒塌的爆破方案，采用2個(gè)爆破切口，1~4層為第1個(gè)切口，切口角度28°；6~7層為第2個(gè)爆破切口，切口角度14°。2個(gè)切口自下而上，間隔1.02秒延期起爆。

工程于2006年3月9日正式開工，2005年4月12日成功實(shí)施爆破。見圖8。

• 實(shí)例3：武漢市王家墩商務(wù)區(qū)2棟19層框剪大樓爆破拆除工程

1.工程概況

待拆的2棟大樓東、西向并列排列，東邊一座簡稱A棟，西邊一座簡稱B棟，A、B兩棟之間距離為12米，A棟樓房距北側(cè)圍墻最近處是11.4米；B棟西側(cè)距圍墻7.2米，西南側(cè)距配電房12.8米；南側(cè)距待拆7層樓房10.1米，東側(cè)為道路及綠化場，距6層居民樓房16.2米。

2棟大樓同為19層，均為框-剪結(jié)構(gòu)，單棟平面呈"工"字形，兩邊對稱。單棟長36.3米，寬30.05米，高63米。橫向有15排立柱，縱向有8排立柱。立柱尺寸為550毫米×550毫米、500毫米×700毫米、700毫米×700毫米，剪力墻大多分布在B～D軸之間和F~I軸之間，剪力墻厚250毫米。剪力墻、梁、柱截面尺寸自底部至頂部無變化，樓板為現(xiàn)澆樓板，板厚12厘米，有電梯井和樓梯各1個(gè)，總建筑面積約23000平方米。

2.施工情況

采用"切割分離、定向倒塌和雙向折疊相結(jié)合"的總體爆破方案。雙向折疊的樓體高63米，長22米，寬11.7米。采用三個(gè)爆破切口，分別位于1～4層、8~9層和14~15層。采用"雙向交替、自上而下"的起爆方式，切口間時(shí)差為1.02秒。

起爆后，框-剪結(jié)構(gòu)大樓按設(shè)計(jì)在空中實(shí)現(xiàn)雙向折疊，上部樓體把下部樓體折疊式壓向地面，樓體折疊倒塌并堆積在原地6米范圍內(nèi)，且解體破碎充分，爆破效果很好。工程于2007年12月3日正式開工，2007年12月28日成功實(shí)施爆破。見圖9。

《多高層建筑折疊爆破拆除施工工法》的環(huán)保措施如下：

1.成立對應(yīng)的施工環(huán)保管理機(jī)構(gòu)。在施工過程中嚴(yán)格遵循國家和地方政府下發(fā)的有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律、法規(guī)和規(guī)章制度，加強(qiáng)對施工粉塵、設(shè)備噪聲、廢水及生產(chǎn)生活垃圾的控制和治理，遵守文明施工、防火及交通管理的規(guī)章制度，充分滿足便民要求，隨時(shí)接受相關(guān)單位的監(jiān)督檢查。

2.合理的現(xiàn)場平面布置，科學(xué)的施工計(jì)劃。嚴(yán)格完善的材料計(jì)劃供應(yīng)制度。實(shí)行材料定額管理，減少現(xiàn)場清理工作。保持整齊、清潔的工作環(huán)境。

3.保證施工現(xiàn)場道路平整、交通暢通并適量濕潤使其無大量揚(yáng)塵。

4.警示及提示標(biāo)識完備、醒目，重點(diǎn)地段及惡劣天氣，設(shè)置專項(xiàng)的安全防護(hù)設(shè)施。

5.施工設(shè)備的使用、停放整齊有序；設(shè)備性能安全、可靠；操作人員證照齊全，規(guī)范操作。配備完善的設(shè)備檢修、保養(yǎng)、清潔設(shè)施及制定嚴(yán)格的檢修、保養(yǎng)、清潔責(zé)任制。

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質(zhì)[2011]154號，《多高層建筑折疊爆破拆除施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。 2100433B

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升施工工法適用范圍

《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升施工工法》適用于單層柱面網(wǎng)殼、多層柱面網(wǎng)殼、單層折板網(wǎng)殼、多層折板網(wǎng)殼、球面網(wǎng)殼等易于形成直線形鉸線的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升施工工法工藝原理

《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升施工工法》的工藝原理敘述如下：

先將網(wǎng)殼去掉部分桿件，使一個(gè)靜定結(jié)構(gòu)變成一個(gè)可以運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，這樣就可以將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在地面折疊起來，最大限度地降低安裝高度；然后將折疊的網(wǎng)殼提升到設(shè)計(jì)高度；最后補(bǔ)裝抽掉的桿件，機(jī)構(gòu)又變成靜定的結(jié)構(gòu)。因此，整個(gè)施工過程是一個(gè)由結(jié)構(gòu)→機(jī)構(gòu)→結(jié)構(gòu)的變化過程。見圖1所示。

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升施工工法施工工藝

• 工藝流程

《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升施工工法》的工藝流程見圖2所示。

• 操作要點(diǎn)

使用《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升施工工法》需要注意的施工要點(diǎn)有：

一、在結(jié)構(gòu)適當(dāng)位置設(shè)置多道鉸線，將結(jié)構(gòu)分成多個(gè)區(qū)域，各個(gè)區(qū)域之間的部分構(gòu)件暫時(shí)不安裝，區(qū)域之間用單向活動(dòng)鉸相連，支座也使用單向活動(dòng)鉸支座。鉸線方向?yàn)檠刂娴哪妇€方向，鉸線將柱面網(wǎng)殼跨度方向分成若干塊，鉸線上布置若干可轉(zhuǎn)動(dòng)鉸接點(diǎn)，可轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)將相鄰網(wǎng)殼聯(lián)系在一起，每塊網(wǎng)殼在提升過程中作剛體運(yùn)動(dòng)。鉸線的數(shù)量通?？梢赃x擇6條，這樣網(wǎng)殼分成了5塊，鉸線的位置確定宜以分解后每塊網(wǎng)殼盡可能貼近地面為原則。鉸線上鉸接點(diǎn)數(shù)可以根據(jù)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)縱向長度確定，長度長則需要多設(shè)置鉸接點(diǎn)，在保證鉸接處構(gòu)件強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，盡量減少鉸接點(diǎn)的數(shù)目，因?yàn)殂q節(jié)點(diǎn)數(shù)量少易于結(jié)構(gòu)整體活動(dòng)。通常一條鉸線上的鉸節(jié)點(diǎn)可以設(shè)置3~5個(gè)。見圖3所示。

二、鉸線位置確定后，應(yīng)對機(jī)構(gòu)進(jìn)行施工階段驗(yàn)算，驗(yàn)算內(nèi)容包括：

1.勻速提升狀態(tài)機(jī)構(gòu)受力分析；

2.沖擊荷載作用下機(jī)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析；

3.提升過程中瞬變結(jié)構(gòu)的受力分析及其預(yù)防措施；

4.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)一維自由度控制的構(gòu)造措施；

5.活動(dòng)鉸節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。

通過驗(yàn)算，確保機(jī)構(gòu)在施工過程中處于安全狀態(tài)。驗(yàn)算時(shí)，計(jì)算模型按圖4所示圖形采用，即將整個(gè)連續(xù)的提升過程劃分為有限的幾個(gè)階段，分別計(jì)算各個(gè)階段結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形及支座反力，從結(jié)構(gòu)在有限的幾個(gè)階段中作用效應(yīng)變化情況歸納出結(jié)構(gòu)在整個(gè)提升過程中的作用效應(yīng)變化，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)。

三、單曲率網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)變成一個(gè)機(jī)構(gòu)時(shí)，具有豎向和跨度水平向兩個(gè)方向的自由度。但是在施工過程中要采取措施使機(jī)構(gòu)只在豎直方向做一維運(yùn)動(dòng)，不可以前后左右移動(dòng)。

四、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由多條鉸線分成多個(gè)區(qū)域，而每條鉸線又包含多個(gè)活動(dòng)鉸。在單曲率網(wǎng)殼的安裝過程中應(yīng)保證各條餃線互相平行，一條鉸線上的各個(gè)鉸節(jié)點(diǎn)在一條直線上，否則將阻礙機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生較大的附加力。所以該施工方法對于安裝精度要求較高。

五、對于某些網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，在提升過程中可能會出現(xiàn)瞬變現(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)添加臨時(shí)支撐或臨時(shí)拉索，保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生瞬變。

六、將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)分成幾段后，每—部分都是一個(gè)拱形結(jié)構(gòu)。若拱的跨度比較大，在拱的端部會產(chǎn)生較大的水平推力和水平位移。此時(shí)應(yīng)在拱的兩端之間設(shè)置拉索或采取其他措施來保證不會產(chǎn)生較大的水平推力和位移。

七、由于提升結(jié)構(gòu)具有大噸位、高空施工的特點(diǎn)，就使得承重系統(tǒng)不但要有足夠大的承載能力，而且要有足夠長的承重索具，一般采用抗拉強(qiáng)度大、單根制作長度長的柔性鋼絞線作為承重索具。而采用承載能力大、自重輕、結(jié)構(gòu)緊湊的液壓提升器作為提升機(jī)具。承重系統(tǒng)可按一定的方式組合使用鋼絞線和提升器集群，使得承重系統(tǒng)的提升重量及高度不受限制。

八、在整體提升的過程中應(yīng)使用計(jì)算機(jī)對所有液壓千斤頂進(jìn)行控制，確保所有液壓千斤頂能夠同步動(dòng)作，使網(wǎng)殼始終保持合適的姿態(tài)。同步提升控制采用液壓同步提升技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)，它主要由柔性鋼鉸線承重系統(tǒng)、電液比例液壓控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及傳感器檢測系統(tǒng)組成，如圖5所示。同步提升主要控制要素是吊點(diǎn)的提升力和測控點(diǎn)高度偏差。這種系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)液壓提升器集群的同步協(xié)調(diào)動(dòng)作，包括集群聯(lián)動(dòng)、局部聯(lián)動(dòng)、單點(diǎn)單動(dòng)等。按施工工藝規(guī)定的作業(yè)流程進(jìn)行連續(xù)提升施工，并能自動(dòng)改半自動(dòng)地根據(jù)不同工況修正作業(yè)流程，將提升過程中測控點(diǎn)高度偏差限制在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)。在吊點(diǎn)分布不均勻、吊點(diǎn)負(fù)載差異很大、液壓系統(tǒng)采用多規(guī)格不同組合配置時(shí)，進(jìn)行吊點(diǎn)負(fù)載的均衡控制。

九、提升前，應(yīng)先將網(wǎng)殼試提升100毫米，檢查吊點(diǎn)標(biāo)高是否相同，鉸點(diǎn)是否轉(zhuǎn)動(dòng)自如，網(wǎng)殼有否水平移動(dòng)，當(dāng)有異?，F(xiàn)象時(shí)應(yīng)查明原因并整改。在整個(gè)提升過程中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控機(jī)構(gòu)變化，及時(shí)調(diào)整不同千斤頂?shù)倪M(jìn)度，確保整個(gè)機(jī)構(gòu)按設(shè)計(jì)要求運(yùn)動(dòng)，確保提升過程的安全性。

十、該方法的核心思想是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，而機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵就是可動(dòng)鉸的構(gòu)造?？蓜?dòng)鉸由一個(gè)銷軸連接兩塊鋼板而成。兩邊的弦桿和腹桿焊接在一塊鋼板上，這塊鋼板再與節(jié)點(diǎn)板交叉焊接連接。應(yīng)保證可動(dòng)鉸節(jié)點(diǎn)可以在豎向方向自由轉(zhuǎn)動(dòng)。制作時(shí)應(yīng)考慮安裝誤差等不利因素，插板連接以及銷軸與節(jié)點(diǎn)板之間應(yīng)留有一定的間隙，在間隙處加涂潤滑油，要確保節(jié)點(diǎn)的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，為了防止在不利情況下的突然大幅度翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)在節(jié)點(diǎn)板的適當(dāng)位置加設(shè)限位裝置，以便限制節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。見圖6、圖7所示。

十一、還應(yīng)對提升塔進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保提升塔具有足夠的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。同時(shí)液壓提升系統(tǒng)的塔柱位置，也應(yīng)嚴(yán)格模擬計(jì)算確定，確保在整個(gè)吊裝過程中機(jī)構(gòu)不與塔柱發(fā)生碰撞。

十二、使用液壓提升設(shè)備將網(wǎng)殼提升到設(shè)計(jì)高度，然后進(jìn)行少量構(gòu)件的補(bǔ)缺工作。應(yīng)確定合理的桿件補(bǔ)缺方案，盡量使需補(bǔ)缺的桿件數(shù)量最少。補(bǔ)缺時(shí)應(yīng)先補(bǔ)缺各區(qū)域之間的桿件，然后使液壓裝置卸載并拆除塔柱，最后安裝塔柱位置的補(bǔ)缺桿件。

• 整體提升過程中機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升施工工法》在整體提升過程中機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析有：

一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡化模型的建立

六道鉸線將網(wǎng)殼分割成五個(gè)部分，每個(gè)部分相對于相鄰的兩道鉸線可認(rèn)為是固定不動(dòng)的，即將網(wǎng)殼機(jī)構(gòu)五個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)視為剛體運(yùn)動(dòng)，因此，浙江大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心、浙江東南網(wǎng)架股份有限公司將網(wǎng)殼的運(yùn)動(dòng)模型簡化成五連桿的運(yùn)動(dòng)模型，見圖8所示。只要掌握了五連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也就了解整個(gè)網(wǎng)殼提升過程中的運(yùn)動(dòng)特性。

二、五連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

五連桿機(jī)構(gòu)由五根桿和六個(gè)平面活動(dòng)鉸組成，其中兩個(gè)鉸點(diǎn)固定，在提升運(yùn)動(dòng)過程中，C、D兩點(diǎn)沿Y方向作直線運(yùn)動(dòng)，A、F兩點(diǎn)固定不動(dòng)，B、E兩點(diǎn)分別以A、F兩點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)?？紤]五連桿機(jī)構(gòu)的對稱性，將其簡化為圖9所示。所要求的就是當(dāng)C點(diǎn)上升D點(diǎn)時(shí)B點(diǎn)的坐標(biāo)。

根據(jù)AB段和BC段長度不變條件建立二元二次方程組有：

求解方程組，舍去不合理的根，得：

其中：

以河南鴨河口電廠干煤棚柱面網(wǎng)殼為例，計(jì)算不同提升高度時(shí)的鉸點(diǎn)坐標(biāo)。將該柱面網(wǎng)殼簡化為五連桿模型時(shí)，L₁=20.705米、L₂=13.555米。鉸點(diǎn)坐標(biāo)如表1所示。

三、確定網(wǎng)殼上任意一點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中的坐標(biāo)

設(shè)網(wǎng)殼中任意一點(diǎn)的起始坐標(biāo)是（x₀，y₀，z₀），z軸是母線方向。在單曲率網(wǎng)殼中，當(dāng)機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，網(wǎng)殼內(nèi)沿母線方向沒有運(yùn)動(dòng)，只是在與母線垂直的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。下面分別分析網(wǎng)殼中段和邊上四段的運(yùn)動(dòng)。

由于網(wǎng)殼的中段只在豎直方向做平動(dòng)，所以當(dāng)提升距離為d時(shí)，中段任意一點(diǎn)的新坐標(biāo)為（x₀，y₀ d，z₀）。

對于邊上四段上的任意點(diǎn)則根據(jù)坐標(biāo)變換求得新坐標(biāo)。以BC段上任意一點(diǎn)P為例。以BC為x軸建立局部坐標(biāo)系（圖10），則局部坐標(biāo)系與整體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為：

式中l(wèi)₁，l₂，m₁，m₂——局部坐標(biāo)系與整體坐標(biāo)系的方向余弦，設(shè)P點(diǎn)在起始時(shí)刻整體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為（x₀，y₀，z₀），則P點(diǎn)在局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為

在網(wǎng)殼運(yùn)動(dòng)了一段距離后，P點(diǎn)相對于B、C兩點(diǎn)并沒有相對位移，即P點(diǎn)的局部坐標(biāo)值不變，而坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣T發(fā)生變化，設(shè)此時(shí)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣為T₁，P點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下的新坐標(biāo)為（x₁，y₁，z₁），則

參考資料：

四、雙曲率網(wǎng)殼的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

柱面網(wǎng)殼是單曲率網(wǎng)殼，研究其運(yùn)動(dòng)的五連桿模型是建立在垂直于母線的坐標(biāo)平面內(nèi)的，網(wǎng)殼上點(diǎn)的z方向坐標(biāo)在運(yùn)動(dòng)中不變，而對于雙曲面網(wǎng)殼如球面網(wǎng)殼，五連桿模型所在平面并不一定總與總體坐標(biāo)系保持一致，所以需要進(jìn)行坐標(biāo)變換。

設(shè)整體坐標(biāo)系為XYZ，局部坐標(biāo)系為zyz，坐標(biāo)變換矩陣為

式中l(wèi)₁，l₂，l₃，m₁，m₂，m₃，n₁，n₂，n₃為局部坐標(biāo)系與整體坐標(biāo)系的方向余弦，運(yùn)動(dòng)分析時(shí)先從整體坐標(biāo)系變換到局部坐標(biāo)系，即

在局部坐標(biāo)系下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析得到新坐標(biāo)，再轉(zhuǎn)換回整體坐標(biāo)系

除了坐標(biāo)轉(zhuǎn)化外，雙曲率網(wǎng)殼與單曲率網(wǎng)殼的運(yùn)動(dòng)分析相同。

五、運(yùn)動(dòng)過程中的瞬變現(xiàn)象

研究五連桿機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，隨著提升高度的變化，兩桿夾角α隨之改變。當(dāng)達(dá)到一定提升高度時(shí)，α=180°，方程組式的解為重根，體現(xiàn)在幾何上就是兩個(gè)圓只有一個(gè)交點(diǎn)。此時(shí)會發(fā)生瞬變現(xiàn)象，見圖11所示，整個(gè)機(jī)構(gòu)的受力、變形將會發(fā)生很大的變化。事實(shí)上角接近180°時(shí)就會發(fā)生瞬變。因此，應(yīng)該采取合理措施防止瞬變的發(fā)生。首先，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)綜合考慮施工問題，合理調(diào)整網(wǎng)殼曲率，避免出現(xiàn)在整體提升時(shí)發(fā)生瞬變問題。對于已有的設(shè)計(jì)，在施工方案中應(yīng)合理選擇鉸點(diǎn)位置，避免出現(xiàn)瞬變。如果由于結(jié)構(gòu)體型先天不足無法避免瞬變的發(fā)生時(shí)，應(yīng)該采取足夠安全的措施保證結(jié)構(gòu)安全。

《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升施工工法》的應(yīng)用實(shí)例如下：

河南南陽鴨河口電廠干煤棚網(wǎng)殼設(shè)計(jì)跨度108米，長度90米，矢高38.766米，采用正放四角錐三心圓柱面雙層網(wǎng)殼形式，是2005年前亞洲跨度最大的三心圓柱面煤棚結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)跨度大，矢高高，施工難度較大。工程采用"折疊展開式"整體施工方法，產(chǎn)生了較好的社會及經(jīng)濟(jì)效益（圖12~圖18）。

《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開式整體提升施工工法》安裝速度快，不需要占用大量場地，施工時(shí)液壓提升設(shè)備噪聲很小，不會對周圍環(huán)境造成不良影響。