整体提升技术在大跨度钢桁架施工中的应用

整体提升技术在大跨度钢桁架施工中的应用

杨天峰 ,王康

中铁装配实业发展有限公司

摘要：改革开放后，我国高层建筑数量不断增加，以适应人们生活，娱乐之需，这就对施工技术提出了更高要求，高层建筑钢结构尺寸较大，质量较重，且施工所需高空作业较多，精度要求较高，集群千斤顶整体液压提升技术就在此背景情况下产生。这种新型技术不仅提高了建筑施工效率，还有效地保障了建筑结构的安全性和稳定性。文章以实际施工案例为背景，对整体提升技术如何应用于大跨径钢桁架施工进行了阐述。

关键词：整体提升；大跨度；钢结构

引言

改革开放以来，为适应人们生活和娱乐的需要，我国高层建筑不断增多，施工技术要求不断提高，高层建筑钢结构尺寸大，质量重，建设所需高空作业较多，精度较高，在此背景情况下集群千斤顶液压整体吊装技术应运而生，即整体吊装技术。整体提升技术是一种新型的施工方法，它主要由机械与液压两大部分组成，其原理就是通过液压油将重力作用于重物来实现升降运动。文章将以实际施工案例为基础，对整体提升技术如何应用于大跨径钢桁架施工进行阐述。

1.项目概况

某城市综合展览中心共有5层，总建筑高度23米，总体结构由外框钢框架及屋顶大跨度巨型钢桁架组成。其中外框钢结构采用预应力混凝土技术施工。屋面大跨巨型钢桁架桁架跨59m、距17m、高10m,由南北向三榀组成，上弦杆高程23m,总重1750t。该项目采用“钢屋盖+钢筋混凝土柱”组合体系进行结构设计，并对屋面板、纵梁等关键构件进行受力分析。屋面大跨度巨型钢桁架采用抗震球形钢支座，支撑于四周钢框架柱之上。

2.施工要点

本项目采用整体提升施工，其要点包括:1、屋面巨型钢桁架较高、跨度较大，地面拼装时，应采用合理拼装顺序和方式并考虑预起拱。2.拼装时用全焊接连接方式，焊接操作要按照操作规范进行，避免焊接变形现象发生；防止焊缝处出现开裂等现象。在进行厚板焊接时，焊前应作好预热准备；焊后要注意保温；做好防风防雨措施的准备。3.结构提升前首先要验算并依据验算结果暂时加固超应力杆件，同时做好提升结构和支架的验算。4.对结构进行吊装时，应保证吊装路径无障碍物，并组织人员进行观察，对吊装情况及时报告，保证结构吊装同步性。5.提升作业完成后将装置维持在待机状态至结构焊接合格检查完毕，然后将装置取出。6.此次项目工期紧、任务艰巨，要求在确保施工质量前提下，提高施工效率。

3.整体提升技术的优势

与传统卷扬机钢丝绳滑轮组提升技术相比较，本施工采用整体提升技术有如下优点:1、无需采用大型机械设备、所用液压提升设备轻便小巧、便于运输使用。2.主要拼装，焊接和油漆都是在拼装胎架上完成，施工效率高，施工质量容易得到保障。3.部分拼装工作可在地面进行，显着减少高空作业量和降低作业风险的前提下提高作业效率并确保操作人员安全。4.整体提升技术体系已发展成熟且施工风险低，能确保施工质量。5.辅助设施，设备要求不高，施工成本低。6.由于安装方便、灵活，因此可以快速适应现场环境条件变化及对提升高度的特殊要求。7.整个系统由多个构件组成，各部件之间通过连接方式实现了相互协调配合。8.根据不同需求，还设计了多种组合形式来满足不同功能需要。

4.关键技术点

4.1布置提升吊点

本项目屋面大跨度巨型钢桁架桁架包括三榀巨型桁架和连梁，提升吊点布置于框架柱上部上弦杆上，由于框架柱上部支承两端桁架并与周边钢框架共同构成稳定受力体系。为使升降附加弯矩达到平衡，在升降吊点布置位置后还要用临时斜向拉杆与下层框架立柱相连，使外围钢框架整体分担升降附加弯矩并确保升降过程中的平衡性。

4.2设计升降平台

此次建造的升降平台首先装配巨型桁架上弦杆并拓宽上弦杆两边局部上翼缘并安放竖向加劲板，形成两条升降临时牛腿。再用钢板对上弦杆内的相应部位进行补强，临时牛腿处设置液压提升器并于牛腿翼缘开贯穿的孔内设置提升专用钢绞线。在施工中还将采用新型焊接工艺和先进技术来提高整体强度、缩短工期、降低造价等方面取得了突破性进展。据了解，该项目是目前国内最大的钢吊篮吊装工程之一，其建成后可满足大型公共建筑及高档住宅使用要求，具有良好的社会效益和经济效益。

4.3建立提升下吊点

所述下吊点布置于下弦杆处，且临时牛腿位置处与上吊点中心线相对应，其布置方式与上吊点布置方式一致，所述临时牛腿构造的底面也需设置特殊的地锚构造。本实用新型主要用于大吨位水平转体施工中对承台或台座进行支撑。为方便垂直提升反力的传递，液压提升器通过钢绞线与地锚连接，并将两端锚固在一起。

4.4施工流程

此次屋面施工需吊装钢结构19m高，吊装时预计需空中滞留三次，其具体步骤为:1、将拼装胎架设置于设计安装部位正下方地面，胎架待吊装结构组装为一体；同时准备好吊装工具。并装设了液压同步提升系统设备及提升专用平台；2.上弦杆与下弦杆分别布置上下吊点与对应提升平台进行局部加固处理；3.进行试提升并观测12小时，预加载液压提升系统，然后将屋面钢结构单元的整体提升200mm,进行第一次的空中停留；4.在试提升测试无问题时，对屋面钢结构单元进行1.5m整体吊装，二次空中停留并安装辅助设备；5.把屋面钢结构单元抬高到设计标高左右，调整结构姿态并在空中作第3次停留，每层弦杆对接口开始调整，完成调整后焊接；6.两端斜腹杆后装段装设；7.搞好补缺检查、卸除提升系统、拆除临时加固杆件等工作；

4.5分级加载

首次试提升过程中，为对系统设备进行精确观测，确保提升过程中的安全性，吊点提升器伸缸压力应慢分级增大，初始加压是要求压力的40%、60%、80%、90%，分级加载的每一步均应暂停和认真检查上、下吊点和提升平台以及整体结构稳定性，确定无问题后再加至100%。在升降单元试升降过程中存在着各点不同时间离地现象，要反复测试查找原因并保证各点同步进行。

4.6液压提升系统的构型

液压同步升降承重系统包括液压升降器，升降地锚，专用钢绞线。本文通过对某大型钢结构厂房吊装实例进行分析，总结了该结构吊装过程中吊点布置方案与荷载取值情况以及不同起升方式下各构件内力分布规律。在该项目中，通过钢桁架模拟吊装工况的计算，每个吊点的吊装反力最大可达380吨左右，最小可达310吨左右。因此，该方案应尽量减小起升高度以减少吊重对地面结构造成损害。通过对前期提升经验和桁架受力特性的计算可知，此次施工要求各榀桁架各端配置两台YS-SJ-400型规格液压提升器共计12件；及在南、北两侧分别配置两台YS-PP-60液压泵源系统四套。

4.7计算机同步控制

为利用计算机系统对提升过程进行同步性控制，必须在每一个提升吊点上安装位移同步传感器，计算机系统根据传感器所发信号确定各点的位置并进行位移差值计算。由于液压泵站和液压缸等系统都是采用串联结构，因此必须保证各元件间压力相等。起吊时，各吊点液压起吊器应平行布置，以保证起吊时同压同速并提供同步起吊。

结语：液压整体提升技术在大跨度钢桁架建造过程中有效地解决了钢桁架高，跨，质等难题，既控制了建造成本，又较预定工期早20天建成，对该类大跨桁架屋盖结构建造具有一定借鉴意义。通过对钢桁架的受力特点进行分析和试验研究，结合有限元计算软件ANSYS,建立其三维模型并模拟各节点内力分布情况；然后采用改进后的Midas-GTS单元分别对模型施加水平力，垂直力及横向力，以获取相应荷载作用下杆件应力状态变化曲线，最后根据计算结果与实测结果对比验证所建模型合理性。

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