中交三航局参建的银川文化园项目位于银川市金凤区,以融合文化和旅游要素为主,建设一座面积约10万平方米的综合性园区,由文化艺术博览中心、图书馆、音乐厅、融媒大厦等构成。项目实施过程中,需在融媒大厦顶部建造一个由上千根横梁和焊接球构成的网架,该网架长38米、宽30米、重达80吨,宛如一顶巨型“皇冠”。
要将这顶“皇冠”精准拼装到位绝非易事。项目团队曾设想采用整体吊装,但网架起吊后会因自重而晃动,没有支撑受力点,无法精准调整倾角。“对如此庞然大物的安装,国内还没有先例可循。更令人头疼的是,拼装操作空间也不够,容易撞到裙楼,高空吊装对焊接部位的影响较大,稍有不慎,就容易产生变形。”项目经理郭金双看在眼里,急在心里。
郭金双开始思考从横向空间上寻找解决方案从而化解纵向空间限制带来的诸多吊装问题。几经思虑,他从工厂的流水线作业中找到了灵感。“我们可以在高空建一条拼装‘流水线’,将大型网架分解成小块放进轨道,然后依次输送到指定位置,进行焊接就可以了。”他激动地说道。
技术团队重新计算了网架分解的模块与受力点,采用有限元计算软件模拟吊装单元的受力及变形情况,对分解后的网架钢结构的加工尺寸进行精确控制。根据模拟数据,项目部在房屋的两侧结构梁铺设轨道,为了调整网架位置,他们还自主发明了一种空间网架用承重小车,可满足两块网架在双轨上同步滑移,额外用电葫芦从侧方向上进行牵引,精准控制其左右扭转角度。
新工艺的试验效果立竿见影,只见分解后的小块网架在两台吊机的同时牵引下旋转到既定角度,并稳稳地停在了预定位置。“我们还借鉴了工厂流水线上的定位器,在网架上进行安装,确保网架就位精度了。”项目总工程师曾强令补充道。
由横梁和焊接球组成的网架拼接好后,就像用银丝和珍珠编织而成的“皇冠”初具雏形。然而,新的问题却随之而来。工人们站在搭设的操作平台上对网架进行焊接加固时,由于网架面积近1200平方米,多处都处于悬空状态,难以找到支点进行精细化焊接。
要找到支点,对网架的受力情况分析必不可少。郭金双带领团队利用软件测试网架焊接点不同支撑方式、不同支点网架焊接时的移动情况,最终发现,焊接球作为多条横梁的交汇处,是最佳支点“选项”。项目部模拟“套娃”的方法,在“皇冠”内部搭设一个迷你胎架,放置在焊接球下。胎架由双螺杆和一个剪刀机械千斤顶组成,用来随时调节焊接球高度。“站在胎架上进行网架安装,就一点也不晃了,还能根据需求调节高度,减少了高空拼装的风险,真是一举两得。”焊接工人刘师傅称赞道。
随着细节的持续完善,这一整套利用既有建筑屋面的高空拼装流水线得以大显身手,不仅降低了施工成本,还节约了28天工期。