大跨度鋼桁架屋蓋計(jì)算機(jī)控制整體提升施工技術(shù)

陸 軍，熊建強(qiáng),石 韜,許文靖，鄭建榮

(1.杭州恒力科技實(shí)業(yè)有限公司，浙江 杭州 310009；2.杭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)總公司, 浙江 杭州 310053)

大跨度鋼桁架屋蓋計(jì)算機(jī)控制整體提升施工技術(shù)

陸 軍1，熊建強(qiáng)2,石 韜2,許文靖2，鄭建榮2

(1.杭州恒力科技實(shí)業(yè)有限公司，浙江 杭州 310009；2.杭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)總公司, 浙江 杭州 310053)

主要介紹了杭州某大型地標(biāo)性公建項(xiàng)目,其裙房3F商務(wù)會展區(qū)屋頂有一縱長50.4 m,橫跨23.9 m的桁架式鋼屋蓋,由于地面外縱墻南側(cè)18.6 m范圍內(nèi)有鋼筋混凝土地下室,大型施工機(jī)械不能直接?？康跹b。經(jīng)多種吊裝方案分析比較,鋼桁架結(jié)構(gòu)最終選擇“在三層樓地面散裝與計(jì)算機(jī)控制整體提升相結(jié)合的施工方案”,從而優(yōu)質(zhì)、安全、高效地完成了裙房屋面鋼結(jié)構(gòu)吊裝任務(wù)。該施工方案為今后類似工況條件下進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝提供了一個(gè)可借鑒的思路和方法。

鋼桁架屋蓋;整體同步提升;施工技術(shù)

1 工程概況

某工程位于杭州市蕭山區(qū)錢江世紀(jì)城中央?yún)^(qū),用地面積19 584 m2,總建筑面積146 701 m2,是由一幢A樓超高層(共38層,有直升機(jī)停機(jī)坪)和一幢B樓高層(共22層,為商業(yè)辦公)及裙樓(3層局部4層)組成的建筑群體。該項(xiàng)目系集甲級寫字樓、商務(wù)辦公、酒店以及精品商業(yè)、餐飲、娛樂等為一體的城市核心地標(biāo)性建筑。

B樓裙房南側(cè)3F商務(wù)會展區(qū)屋面有一縱長50.4 m,橫跨23.9 m的桁架式鋼屋面,屋面覆0.5 m厚綠化種植土。鋼屋面主要由7榀豎向平面桁架及平面外系桿、剪刀撐組成,主桁架上下弦及腹桿都由H型鋼組成,其中上下弦截面為H500×500×25×40、直腹桿H200×200×16×16、斜腹桿H300×300×16×25；主桁架上下弦截面中心距2.15 m,桁架實(shí)際凈長23.9 m,單榀桁架重為25.1 t,頂面標(biāo)高19.4 m。見圖1、圖2。

圖1 鋼桁架平面布置圖

圖2 鋼桁架立面圖

2 多種吊裝方案的分析比較

由于裙房地面外縱墻南側(cè)18.6 m范圍內(nèi)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)地下室,大型施工機(jī)械不能夠直接靠近吊裝施工。因此，采用多方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,見表1。

表1 多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

經(jīng)多種方案的分析比較,最終選擇方案三,即：“高空散裝與整體提升相結(jié)合的施工方案”。

3 實(shí)施吊裝的重點(diǎn)和難點(diǎn)分析

采用“高空散裝與整體提升相結(jié)合的施工方案”要解決以下五個(gè)難點(diǎn)：1)首先想到的是每榀桁架先“一分為三”——兩端頭各一段,中間一大段，但中間大段的重量仍然有21 t,LTM200型200 t汽車吊還是不能滿足要求；2)桁架兩端頭提前吊裝焊接固定后,該部分端頭桁架又兼作提升平臺的支撐底座,在桁架整體提升過程中的整體穩(wěn)定性成為提升的重點(diǎn)和難點(diǎn)；3)在3層樓面散裝,要解決桁架拼裝的重量超過樓面的設(shè)計(jì)活荷載的問題；4)整體同步提升的相關(guān)成套施工技術(shù)；5)每榀桁架有6個(gè)接頭(上弦桿2、下弦桿2、斜腹桿2),6榀桁架共有36個(gè)接頭,提升設(shè)備要在19.4 m高空的工況條件下負(fù)重進(jìn)行36個(gè)接頭三維空間精準(zhǔn)對接,難度可想而知,精準(zhǔn)施工的要求特別高。

4 實(shí)施方案安裝概述

前述每榀桁架如果“一分為三”,中間這一大段重量仍然有21 t,因此必須將中間大段桁架再次一分為三,分段后最重約6.5 t。然后將這三小段桁架從地面吊裝到3層樓面散裝,最后進(jìn)行中間大段桁架的整體提升。

桁架拼裝機(jī)械選擇LTM200型200 t汽車吊和現(xiàn)場塔吊：200 t汽車吊站在距離①-軸外墻邊約24 m的施工道路上,主要負(fù)責(zé)主桁架的拼裝；塔吊主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場主桁架間鋼結(jié)構(gòu)的吊裝。

在樓面進(jìn)行拼裝時(shí),由于桁架拼裝的重量會超過3樓樓面的設(shè)計(jì)活荷載,我們首先想到的是如何將主桁架全部重量不經(jīng)過樓板直接傳遞到跨中的2層混凝土柱上。因此,首先搭設(shè)拼裝胎架,利用底部混凝土柱作為支撐點(diǎn),設(shè)置拼裝胎架立桿,離樓面100 mm設(shè)置水平連桿(圖3),并在各豎向立桿之間設(shè)置剪刀撐,這樣既能夠保證胎架整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,又能夠避免鋼桁架拼裝過程中因局部集中荷載過大對樓面結(jié)構(gòu)造成破壞,當(dāng)然在拼裝區(qū)域混凝土樓面應(yīng)做好適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施以防止樓面不必要的破壞。

圖3 水平連桿

鋼桁架提升采用大型液壓提升設(shè)備進(jìn)行整體同步提升,經(jīng)設(shè)計(jì)分析計(jì)算,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)置埋件及提升支架等輔助措施,以保證提升的順利進(jìn)行。

5 鋼結(jié)構(gòu)整體提升方案

5.1 提升工藝重點(diǎn)說明

本工程整體提升采用超大型液壓同步提升施工技術(shù),主要使用如下關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備：

1)超大型構(gòu)件液壓同步提升施工技術(shù)；

2)YS-SJ-75型液壓提升器；

3)YS-PP-15型液壓泵源系統(tǒng)；

4)YS-CS-01型計(jì)算機(jī)同步控制及傳感檢測系統(tǒng)。

5.2 提升桁架分段

鋼桁架屋蓋采用整體提升工藝吊裝,因桁架支撐于兩側(cè)框架柱的牛腿上,故所有桁架兩端要提前吊裝到位,并與框架柱臨時(shí)固定；中間分段在3層地面散件拼裝,整體成型；分段接口處節(jié)間的部分斜腹桿影響主桁架的提升就位,根據(jù)提升安裝所需尺寸預(yù)留分段,在上下弦桿對接完成之后安裝。其分段圖見圖4。

圖4 分段圖

5.3 提升吊點(diǎn)布置

根據(jù)鋼桁架屋蓋結(jié)構(gòu)布置及提升單元的劃分,各提升單元提升吊點(diǎn)布置如下：1)D01～D04,D07～D10作為提升單元一,共設(shè)置8組吊點(diǎn),每組吊點(diǎn)配置1臺YS-SJ-75型液壓提升器,共計(jì)8臺,單臺YS-SJ-75型液壓提升器的額定提升能力75 t,其反力標(biāo)準(zhǔn)值在159～191 kN,鋼絞線(φ17.80 mm)最小安全系數(shù)3.66>2.5(滿足要求)；2)D05～D06,D11～D12作為提升單元二,共設(shè)置4組吊點(diǎn),每組吊點(diǎn)配置1臺YS-SJ-75型液壓提升器,共計(jì)4臺,單臺YS-SJ-75型液壓提升器的額定提升能力75 t,其反力標(biāo)準(zhǔn)值在168 kN,鋼絞線(φ17.80 mm)最小安全系數(shù)4.18>2.5(滿足要求)。

5.4 提升臨時(shí)措施設(shè)置

液壓同步提升需要設(shè)置：1)利用主樓結(jié)構(gòu)和鋼桁架的兩端預(yù)裝段設(shè)置提升平臺,在提升平臺上設(shè)置液壓提升器,即上吊點(diǎn)；2)下吊點(diǎn)設(shè)置在待提升單元桁架的上弦,位置與上吊點(diǎn)對應(yīng),下吊點(diǎn)采用臨時(shí)吊具與桁架上弦焊接連接。液壓提升器通過提升專用鋼絞線和底錨與鋼結(jié)構(gòu)整體提升單元上對應(yīng)的下吊點(diǎn)相連接。臨時(shí)措施材料材質(zhì)均為Q345B。

5.4.1 布置提升平臺

圖5 提升平臺圖

提升平臺計(jì)算： 根據(jù)鋼屋蓋提升吊點(diǎn)最大反力標(biāo)準(zhǔn)值,提升時(shí)考慮恒載系數(shù)1.35,動載系數(shù)1.05,提升器、臨時(shí)吊具以及鋼絞線等按照10 kN考慮。提升平臺構(gòu)件受力特點(diǎn)及驗(yàn)算要求見表2。

表2 提升平臺構(gòu)件受力特點(diǎn)及驗(yàn)算要求

5.4.2 上吊點(diǎn)水平構(gòu)造措施

圖6 上吊點(diǎn)水平構(gòu)造措施圖

5.4.3 預(yù)拼裝段加固措施

5.4.4 提升下吊點(diǎn)設(shè)置

鋼桁架在整體提升過程中主要承受自重產(chǎn)生的垂直荷載。本工程中根據(jù)提升上吊點(diǎn)的設(shè)置,下吊點(diǎn)設(shè)置在待提升的單元弦桿的上翼緣上,并且與上吊點(diǎn)在同一鉛垂線,見圖7。

圖7 提升下吊點(diǎn)示意圖

5.4.5 液壓提升設(shè)備、導(dǎo)向架等安裝

1)液壓提升器的安裝

液壓提升器安裝到位后,利用臨時(shí)固定板固定,提升器及專用錨環(huán)固定板技術(shù)要求：①每臺提升器安裝4塊固定板,使之能卡住提升器底座；②將固定板緊靠提升器底座,固定板與下部結(jié)構(gòu)焊接,焊接時(shí)不得接觸提升器底座,見圖8。

圖8 提升專用錨環(huán)固定圖

2)導(dǎo)向架的制作及安裝

在液壓提升器提升或下降過程中,其頂部必須預(yù)留長出的鋼絞線,如果預(yù)留的鋼絞線過多,對于提升或下降過程中鋼絞線的運(yùn)行及液壓提升器天錨、上錨的鎖定及打開有較大影響。所以每臺液壓提升器必須事先配置好導(dǎo)向架,方便其頂部預(yù)留多余鋼絞線的導(dǎo)出順暢。多余的鋼絞線可沿提升平臺自由向后、向下疏導(dǎo)。導(dǎo)向架安裝于液壓提升器上方,導(dǎo)向架的導(dǎo)出方向以方便安裝油管、傳感器和不影響鋼絞線自由下墜為原則。導(dǎo)向架橫梁離天錨高約1.5～2 m,偏離液壓提升器中心50～100 mm為宜。具體可在現(xiàn)場用角鋼或腳手管架臨時(shí)制作。尺寸詳見圖9。

圖9 導(dǎo)向架尺寸要求圖

3)專用底錨的安裝

每一臺液壓提升器對應(yīng)一套專用底錨結(jié)構(gòu)。底錨結(jié)構(gòu)安裝在提升下吊點(diǎn)臨時(shí)吊具的內(nèi)部,要求每套底錨與其正上方的液壓提升器和提升吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)開孔垂直對應(yīng)、同心安裝。

4)鋼絞線的安裝

本工程中,最大單根鋼絞線長度約10 m,總用量為16根鋼絞線。穿鋼絞線采取由下至上穿法,即從液壓提升器底部穿入至頂部穿出。應(yīng)盡量使每束鋼絞線底部持平,穿好的鋼絞線上端通過夾頭和錨片固定。待液壓提升器鋼絞線安裝完畢后,再將鋼絞線束的下端穿入正下方對應(yīng)的下吊點(diǎn)底錨結(jié)構(gòu)內(nèi),調(diào)整好后鎖定。每臺液壓提升器頂部預(yù)留的鋼絞線應(yīng)沿導(dǎo)向架朝預(yù)定方向疏導(dǎo)。

本工程所有鋼絞線均在地面進(jìn)行安裝,安裝完成后連同液壓提升器一起吊裝到位。

5)對被提升結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算分析

本次工程鋼結(jié)構(gòu)采用液壓提升,按提升的模擬施工工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗力復(fù)核驗(yàn)算。本次計(jì)算包括被提升結(jié)構(gòu)和提升支承系統(tǒng)的應(yīng)力、變形等受力狀況。本次提升的作用荷載即為結(jié)構(gòu)自身的重量,由程序自行考慮。鋼結(jié)構(gòu)桿件應(yīng)力驗(yàn)算時(shí),考慮1.4的荷載分項(xiàng)系數(shù)。計(jì)算變形時(shí),不考慮分項(xiàng)系數(shù)。復(fù)核結(jié)果是：提升時(shí),結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力比為0.436,應(yīng)力比均小于1,結(jié)構(gòu)滿足安全要求；結(jié)構(gòu)的整體變形情況是結(jié)構(gòu)跨中的最大豎向變形僅為3.9 mm,中間的無支撐跨度為23 900 mm,變形為跨度的1/6 462,小于規(guī)范規(guī)定的1/400的變形限值,滿足規(guī)范的要求；各吊點(diǎn)受力狀況見表3。

表3 各吊點(diǎn)受力狀況

6 液壓同步提升施工全過程

液壓提升系統(tǒng)主要由液壓提升器、液壓泵源系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)同步控制及傳感檢測系統(tǒng)組成。

6.1 計(jì)算機(jī)同步控制及傳感檢測系統(tǒng)

液壓同步提升施工技術(shù)采用傳感監(jiān)測和計(jì)算機(jī)集中控制,通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞,可全自動實(shí)現(xiàn)同步動作、負(fù)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(bào)警等多種功能。

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

本工程中配置1套YS-CS-01型計(jì)算機(jī)同步控制及傳感檢測系統(tǒng),其人機(jī)操作界面非常清晰。

6.2 施工前準(zhǔn)備及檢查工作

6.2.1 液壓提升設(shè)備安裝

1)液壓提升器安裝。

2)導(dǎo)向架制作及安裝。

3)專用底錨的安裝。

4)鋼絞線的安裝：最大單根鋼絞線長度約10 m,總用量為16根鋼絞線；YS-SJ-75型液壓提升器滿載標(biāo)準(zhǔn)配置5根鋼絞線,額定提升能力為75 t；鋼絞線作為柔性承重索具,采用高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,抗拉強(qiáng)度為1 860 MPa,單根直徑為17.80 mm,破斷拉力不小于36 t。

5)液壓管路的連接。

6)控制、動力線的連接。

6.2.2 設(shè)備的檢查及調(diào)試

1)調(diào)試前的檢查工作有:①提升臨時(shí)措施結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢查，②設(shè)備電氣、油管、節(jié)點(diǎn)的檢查，③提升結(jié)構(gòu)臨時(shí)固定措施是否拆除，④將提升過程可能產(chǎn)生影響的障礙物清除;

2)系統(tǒng)調(diào)試;

3)分級加載試提升：開始試提升時(shí),液壓提升器伸缸壓力逐漸上調(diào),依次為所需壓力的20%、40%,在一切都正常的情況下,可繼續(xù)加載到60%、70%、80%、 90%、95%、100%。

6.3 正式提升

采用“吊點(diǎn)油壓均衡,結(jié)構(gòu)姿態(tài)調(diào)整,位移同步控制,分級卸載就位”的同步提升和卸載落位控制策略。

6.3.1 同步吊點(diǎn)設(shè)置

主控計(jì)算機(jī)根據(jù)各個(gè)傳感器的位移檢測信號及其差值,構(gòu)成“傳感器—計(jì)算機(jī)—泵源控制閥—提升器控制閥—液壓提升器—鋼結(jié)構(gòu)單元”的閉環(huán)系統(tǒng)以控制整個(gè)提升過程的同步性。

6.3.2 提升分級加載

各吊點(diǎn)處的液壓提升系統(tǒng)伸缸壓力分級增加,依次為20%、40%、60%、70%、80%；在確認(rèn)各部分無異常的情況下,可繼續(xù)加載到90%、95%、100%,直至鋼結(jié)構(gòu)提升單元全部脫離拼裝胎架。

6.3.3 結(jié)構(gòu)離地檢查

鋼結(jié)構(gòu)提升單元離開拼裝胎架約150 mm后,液壓提升系統(tǒng)設(shè)備鎖定,空中停留12 h做全面檢查(包括吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)、承重體系和提升設(shè)備等),并將檢查結(jié)果以書面形式報(bào)告現(xiàn)場總指揮部。各項(xiàng)檢查正常無誤,再進(jìn)行正式提升。見圖10。

圖10 整體提升現(xiàn)場

鋼結(jié)構(gòu)提升單元提升至距離設(shè)計(jì)標(biāo)高約100 mm 后,暫停提升；各吊點(diǎn)微調(diào)使各弦桿精確提升到達(dá)設(shè)計(jì)位置；液壓提升系統(tǒng)設(shè)備暫停工作,保持鋼結(jié)構(gòu)提升單元的空中姿態(tài),后將桿件安裝,使鋼結(jié)構(gòu)形成整體穩(wěn)定受力體系。液壓提升系統(tǒng)設(shè)備同步減壓,至鋼絞線完全松弛；拆除液壓提升系統(tǒng)設(shè)備及相關(guān)臨時(shí)措施,完成鋼結(jié)構(gòu)提升單元的整體提升安裝。

Construction Technology of the Overall Ascension under Computer Controlled for the Steel Truss Roof with a Large Span

LUJun1,XIONGJianqiang2,SHITao2,XUWenjing2,ZHENGJianrong2

2016-12-28

陸 軍(1968—)，男，浙江杭州人，工程師，從事計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成和控制技術(shù)。

TU756.4+3

B

1008-3707(2017)03-0035-06