超高層屋頂鋼結(jié)構(gòu)天線滑移提升施工工藝

摘要：超高層建筑樓頂高聳尖塔一般為鋼結(jié)構(gòu)，由圓型主桅桿及其支持框架構(gòu)成。由于尖塔桅桿的高度超過了塔吊施工的起升能力，無法利用塔吊在高空直接拼裝。為解決這一難題，筆者研制了鉆石頂鋼結(jié)構(gòu)天線滑移提升施工技術(shù)，在此技術(shù)基礎(chǔ)上總結(jié)提高形成本工法。工程通過采用鋼結(jié)構(gòu)天線滑移提升施工技術(shù)，在屋頂狹窄的空間完成了鋼結(jié)構(gòu)的吊運和提升等一系列高難度工作，避免了屋頂天線高空施工的安全風(fēng)險，對今后類似工程具有一定的借鑒作用，同時也取得了良好社會效益。

關(guān)鍵詞：超高層；屋頂；鋼結(jié)構(gòu)天線滑移提升；工法

引言

本工法適用于沒有塔吊等起吊安裝條件且設(shè)有鋼桅桿的尖塔類高聳構(gòu)筑物的安裝工程。工藝原理是利用自升式塔吊的標準節(jié)加節(jié)原理進行設(shè)計施工的，在屋頂狹小的空間上預(yù)埋鐵件，安裝一個提升井架作為提升支架。并安裝提升葫蘆和卷揚機作為液壓傳動進行鋼結(jié)構(gòu)天線的提升倒裝。在鋼結(jié)構(gòu)最上一節(jié)（二節(jié)）和鋼結(jié)構(gòu)頂后，利用液壓提升器作為提升機具，柔性鋼絞線作為承重索具。液壓提升器為穿芯式結(jié)構(gòu)，以鋼絞線作為提升索具和提升裝置逐段進行倒裝。提升過程中，通過液壓控制系統(tǒng)進、回油使自鎖式液壓千斤頂往復(fù)運動。鋼絞線在千斤頂進油時完成上升移動，在千斤頂回油時自鎖不下滑。通過液壓千斤進、回油的不斷循環(huán)，使鋼絞線不斷提升，從而帶著鋼結(jié)構(gòu)同步上升，直到每節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的高度即可進行組焊。對接組焊后，松開液壓千斤頂自鎖裝置，就可以將提升桿落下，再進行下一結(jié)構(gòu)的提升倒裝。

1工法特點

⑴由于鋼結(jié)構(gòu)天線在樓面上分段倒裝拼裝焊接，便于使用機械化焊接作業(yè)，從而使焊接質(zhì)量和裝配精度及焊縫探傷檢測精度上更容易得到保證，而分段吊裝由于高空作業(yè)，無論構(gòu)件拼裝精度，還是焊接質(zhì)量及測控精度上都難以得到有效保障。

⑵鋼柱結(jié)構(gòu)主要的拼裝、焊接及油漆等工作相當于在地面進行，施工效率高，安全防護工作易于組織，施工質(zhì)量得到保證；

⑶采用“超大型構(gòu)件液壓同步提升施工技術(shù)”安裝鋼柱，技術(shù)成熟，安全性有充分的保障；

⑷采用液壓提升吊裝，將高空作業(yè)量降至最少，加之液壓整體提升作業(yè)絕對時間較短，能夠有效保證鋼柱的安裝工期；

⑸液壓同步提升設(shè)備設(shè)施體積較小，機動能力強，倒運和安裝方便。而且天線爬梯可以設(shè)置在內(nèi)部比設(shè)施在外面美觀且安全。

⑹采用自鎖式液壓千斤頂提升。安全可靠，施工中途停升調(diào)整或現(xiàn)場突然停電，提升的鋼結(jié)構(gòu)在任意高度位置可自鎖，不會發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)下滑的安全事故，消除工人高度緊張的精神壓力，減輕勞動強度提高工作效率。

⑺液壓提升操作和監(jiān)控只需幾個人，減少了勞動力投入降低施工成本。

⑻液壓提升器兩端的楔型錨具具有單向自鎖作用。當錨具工作（緊）時，會自動鎖緊鋼絞線；錨具不工作（松）時，放開鋼絞線，鋼絞線可上下活動。

⑼采用采用液壓提升吊裝，將高空作業(yè)量降至最少，加之液壓整體提升作業(yè)絕對時間較短，能夠有效保證鋼柱的安裝工期。

⑽液壓提升設(shè)備體積小、自重輕、承載能力大，特別適宜于在狹小空間或室內(nèi)進行大噸位構(gòu)件牽引提升安裝

2工藝流程及操作要點

2.1工藝流程

圖2.1工藝流程

⑴在芯筒小屋面樓層結(jié)構(gòu)施工時按照技術(shù)方案在樓層上的相應(yīng)位置布置提升井架的預(yù)埋件。

⑵提升支架主肢與埋件焊接固定，以承受提升鋼結(jié)構(gòu)天線時支架傳遞的垂直和水平荷載。由于提升支架承受水平風(fēng)載，由此可能引起埋件的垂直拉力，所以埋件設(shè)計時必須考慮一定的抗拔力和抗水平力。

⑶提升支架為格構(gòu)式結(jié)構(gòu)形式，中心距為4.7m*4.3m，主肢截面為鋼管Φ351*12，橫桿、斜桿為Φ159*10。支架頂安裝下托梁、上托梁、提升梁，和格構(gòu)柱形成穩(wěn)定的受力體系，如下圖2.2

⑷安裝提升支架，與樓面預(yù)埋件焊接固定。支架柱頂設(shè)置上、下托梁和提升梁，上面放置提升器。

圖2.2提升支架平面示意圖

⑸連接提升器泵站等設(shè)備，調(diào)試，檢查，確保一切正常后，準備提升。分級加載提升器，使天線上部第一節(jié)變截面段離開樓面。檢查液壓提升設(shè)備，確保正常后，準備正式提升作業(yè)。

⑹利用提升支架安裝鋼結(jié)構(gòu)天線的變截面段，天線變截面段安裝好后，在底部的相應(yīng)位置焊接提升牛腿，鋼絞線穿入牛腿，地錨和提升器通過鋼絞線連接。

⑺正式同步提升鋼結(jié)構(gòu)天線，使其頂高2.1m左右（提升高度略大于第一分段的高度即可），停止提升。第二分段鋼柱滑移進入提升支架內(nèi)，至第一分段的正下方。提升器下降作業(yè)，微調(diào)，使鋼柱分段坐落于下部的第二分段上，并焊接固定。

⑻檢查提升設(shè)備，確保正常后繼續(xù)提升，方法如前，提升高度約2.1m左右，停止提升。第三分段鋼柱滑移進入提升支架內(nèi)，至第二分段的正下方。提升器下降作業(yè)，微調(diào)，使第一、二分段鋼柱坐落于下部的第三分段上，并焊接固定。

⑼如前步驟，提升倒裝前三個分段鋼柱，并把第四分段滑移至倒裝位置，下降提升器，使前三個分段坐落于第四分段上。在第四分段上焊接提升牛腿，提升器下降，然后提升牛腿連接。

⑽重復(fù)如上述步驟，倒裝最后的鋼柱分段，下降提升器，使整個天線鋼柱坐落就位于安裝樓層上。

拆卸提升設(shè)備、提升臨時設(shè)施等。天線鋼柱倒裝液壓同步提升安裝完畢。

2.2操作要點

為了完成如此超高鋼結(jié)構(gòu)天線的整體提升以及構(gòu)件的滑移，需充分考慮提升和滑移過程中的各個環(huán)節(jié)，方案的優(yōu)劣將直接影響到整體提升過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和施工安全性，因此，對整體提升應(yīng)慎重考慮，提升方案應(yīng)保證足夠的安全、可靠性，根據(jù)以往重大工程類似的施工經(jīng)驗，我們將主要從以下幾個方面來加強現(xiàn)場管理。

⑴體施工工況的分析

施工前充分驗算天線鋼柱在提升過程中的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形是否滿足施工工況要求、風(fēng)載下鋼柱的受力情況、抗風(fēng)桁架（樓頂自身的桁架）是否滿足極端風(fēng)荷載情況下的提升工況、考慮極限工況即提升不同步的情況下的結(jié)構(gòu)分析等。根據(jù)詳細的計算分析，配置相應(yīng)的提升設(shè)備，編制具體的提升實施方案。

⑵提升支架的設(shè)計及設(shè)置

提升支架的設(shè)計關(guān)系到整個提升過程的安全穩(wěn)定性，如何設(shè)置支架的跨度、位置、高度及臨時穩(wěn)定桿是本工程的重點。如下圖

圖2.3提升支架平面示意圖

⑶提升吊點的設(shè)置

合理確定提升點的位置，是整體提升施工中相當重要的工序，它直接關(guān)系到提升階段結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、提升支架的高度、臨時構(gòu)件的材料用量以及施工安全性。

⑷提升過程的控制及監(jiān)測

提升過程的控制及監(jiān)測有利于觀測提升過程中的結(jié)構(gòu)變形及結(jié)構(gòu)受力情況，通過監(jiān)測手段以確定提升過程中的各項指標，并確保提升過程中的整體同步性。

⑸提升支架

提升支架的設(shè)計主要考慮支架在提升過程中的承重能力、支架的整體剛性及穩(wěn)定性。支架的高度越高，一次提升的高度越高，所需置換牛腿的數(shù)量越少，但是支架的穩(wěn)定性越差。所以必須綜合考慮，選擇合適的高度，在保證工程實施的安全前提下，達到材料用量最少。

⑹提升支架基礎(chǔ)

提升支架設(shè)置在樓層上，所以需要在樓層上預(yù)先設(shè)置埋件，支架立柱與埋件焊接，與樓層牢固連接，以承受提升過程中的垂直荷載和水平荷載。

⑺抗風(fēng)桿

鋼柱提升過程中，為了抵抗風(fēng)載施加于鋼柱上的水平荷載，必須設(shè)計抗風(fēng)桿。在提升支架的頂部和底部位置設(shè)置兩層抗風(fēng)桿。由于在提升過程中，錐形段鋼結(jié)構(gòu)天線與抗風(fēng)桿的接觸點是變化的，變化距離為550mm，所以抗風(fēng)桿必須設(shè)計成可調(diào)節(jié)的形式。

⑻提升上吊點

提升上吊點設(shè)置在提升支架上的提升梁上，地錨放置在梁上，通過鋼絞線與提升下吊點連接。本工程中，采用TJJ-600型提升器，地錨的外形尺寸為Φ200*170。

⑼提升下吊點

提升下吊點的數(shù)量及設(shè)計位置主要從兩方面進行考慮，其一，主要考慮提升設(shè)備的提升能力要求；其二，需考慮提升過程中柱體的變形控制。本方案中通過多方案的比選及計算結(jié)構(gòu)表明，采用4吊點的方案，圓周均勻布置，角度為90°。

⑽提升過程的控制和監(jiān)測

提升過程的控制及監(jiān)測有利于觀測提升過程中的結(jié)構(gòu)變形及結(jié)構(gòu)受力情況，通過監(jiān)測手段以確定提升過程中的各項指標，并確保提升過程中的整體同步性。

⑾提升過程的同步性

對于天線鋼柱在提升倒裝過程中的同步性，依靠液壓提升系統(tǒng)本身的計算機同步系統(tǒng)來控制（詳見液壓同步控制系統(tǒng)說明），并架設(shè)經(jīng)緯儀隨時跟蹤監(jiān)測提升過程中的鋼柱中心偏移量。加載過程中各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均應(yīng)做好完整記錄。

a.液壓同步提升施工技術(shù)采用行程及位移傳感監(jiān)測和計算機控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動實現(xiàn)同步動作、負載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。

b.操作人員可在中央控制室通過液壓同步計算機控制系統(tǒng)人機界面進行液壓提升過程及相關(guān)數(shù)據(jù)的觀察和（或）控制指令的發(fā)布。

3效益分析

某188工程由兩幢帶有鉆石頂鋼結(jié)構(gòu)鋼管天線的AB樓組成，鉆石頂分為鋼管鉆石型框架和鋼管天線組成。A樓鉆石型框架由φ377×14，φ273×12，φ219×12鋼管組成標高為238.5m，重約274.45t；天線由φ2600×30，φ2600×25，φ2600～700×25組成標高為282m，重約：164.75。B樓鋼管鉆石型框架由φ377×14，φ426×14，φ159×8，φ203×10，φ273×10，φ180×10，φ159×8等鋼管組成標高為211.68m，重約150t，B樓天線由φ1800×25，φ1800～720×25組成標高為240m，重約：110t。

采用本工法，使整根天線截面變化均勻美觀精致的目的，并且增加了天線內(nèi)爬梯施工的安全性和降低了施工難度。天線可以設(shè)置在內(nèi)部比設(shè)施在外面美觀且安全。整個施工安全無事故，質(zhì)量優(yōu)良，應(yīng)用情況均良好。取得了良好的社會與經(jīng)濟效益。本工法，雖然只在AB塔樓屋頂應(yīng)用兩次，但是通過專家鑒定為達到國際先進技術(shù)水平的成熟技術(shù)，因此通過兩項應(yīng)用案例，可以推廣為工法到所有類似工程應(yīng)用。