轉(zhuǎn)換桁架鋼骨液壓同步提升方案研究
——以某大樓為例

張樹(shù)鴻

（十一冶建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 廣西柳州 545007）

1 工程概況

本工程為一棟辦公樓，地上20層，地下2層，結(jié)構(gòu)形式為框架--核心筒結(jié)構(gòu)（帶轉(zhuǎn)換桁架層）。其中轉(zhuǎn)換桁架層位于7～14層（11軸～23軸之間），轉(zhuǎn)換桁架范圍以下2～6層為架空層。轉(zhuǎn)換桁架凈跨度50.4m，構(gòu)件為型鋼混凝土構(gòu)件，兩端支承柱為巨型型鋼混凝土柱。轉(zhuǎn)換桁架層以上還有6層普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層。

2 轉(zhuǎn)換桁架鋼骨液壓同步提升方案的選擇

單榀轉(zhuǎn)換桁架跨度50.4m，重約460t。綜合考慮質(zhì)量、工期以及經(jīng)濟(jì)效益等因素，根據(jù)以往類似工程的成功經(jīng)驗(yàn)，宜采用“超大型液壓同步提升技術(shù)”進(jìn)行安裝。將結(jié)構(gòu)在較低標(biāo)高處拼裝成整體后，將其同步提升到位，將大大降低安裝施工難度，于質(zhì)量、安全和工期等均有利。利用15層上部?jī)蓚?cè)框架結(jié)構(gòu)中的勁性柱設(shè)置懸挑支架，其上放置液壓提升器作為提升上吊點(diǎn)；提升部分在就位位置正下方較低標(biāo)高處拼裝成整體，對(duì)應(yīng)上吊點(diǎn)，在提升部分上弦上局部加固并焊接專用吊具，提升過(guò)程中，上下吊點(diǎn)的液壓提升器及提升地錨通過(guò)承重鋼絞線連接。利用超大型液壓同步提升技術(shù)，將結(jié)構(gòu)一次性同步提升到位。

圖1 桁架提升工作流程圖

3 桁架斷點(diǎn)位置及提升吊點(diǎn)處結(jié)構(gòu)加固

3.1 桁架斷點(diǎn)位置

采用液壓整體提升安裝，須將提升結(jié)構(gòu)在兩端與框架勁性柱連接處斷開(kāi)，每層弦桿依次錯(cuò)開(kāi)，確保提升通道的順暢（斷口距離巨型型鋼混凝土柱隨著樓層高度而增加），具體布置如2～3圖。桁架斷開(kāi)接口余量為10mm。

3.2 結(jié)構(gòu)加固

平面桁架間與兩端切斷部位加固：由于平面桁架之間沒(méi)有任何桿件相連，為了保證拼裝過(guò)程和提升過(guò)程桁架的穩(wěn)定，需在兩榀桁架之間和兩端切斷部位附近加臨時(shí)支撐桿（φ299×8鋼管）對(duì)桁架進(jìn)行臨時(shí)加固，具體做法見(jiàn)4圖。

圖2 K桁架斷點(diǎn)示意圖

圖3 G桁架斷點(diǎn)示意圖

圖4

3.3 荷載計(jì)算結(jié)果及分析

在荷載與約束條件設(shè)置完成后，可通過(guò)計(jì)算得到桁架在提升過(guò)程中的受力及變形情況。B、K軸桁架最大撓度為3.67mm，最大應(yīng)力為80.7MPa；E、G軸桁架最大撓度為3.01mm，最大應(yīng)力為95.9MPa。根據(jù)桁架在提升過(guò)程中的受力情況，計(jì)算出各吊點(diǎn)的反力，選其中最不利（反力數(shù)值最大的）工況進(jìn)行計(jì)算（重力工況最大節(jié)點(diǎn)反力1943.8kN，考慮加速度擴(kuò)大1.2倍，節(jié)點(diǎn)反力2332.56kN）。

4 提升上、下吊點(diǎn)制作

每榀桁架兩個(gè)端部各設(shè)置一個(gè)提升吊點(diǎn)。共計(jì)設(shè)置八個(gè)提升吊點(diǎn)。具體布置如圖5。

圖5

提升吊點(diǎn)平面布置圖（吊點(diǎn)A1-A4，B1-B4，共計(jì)8個(gè)）。結(jié)合結(jié)構(gòu)提升吊點(diǎn)的布置，綜合考慮各種因素，利用15層上部?jī)蓚?cè)框架結(jié)構(gòu)中的勁性柱設(shè)置懸挑支架（見(jiàn)圖6），其上放置液壓提升頂作為提升上吊點(diǎn)；在提升部分上弦上并焊接專用吊具，其內(nèi)放置提升地錨作為下吊點(diǎn)。

圖6 提升支架立面圖

5 液壓提升系統(tǒng)的安裝

5.1 提升系統(tǒng)設(shè)備的介紹

液壓同步提升技術(shù)一項(xiàng)集齊計(jì)算機(jī)控制、機(jī)、傳感器、電和液等于一體的現(xiàn)代化施工的技術(shù)，具有方便經(jīng)濟(jì)和安全可靠的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)大面積、大噸位和大跨度的超高、超大規(guī)模構(gòu)建的同步整體提升，此項(xiàng)技術(shù)得到了推廣和普及。該提升系統(tǒng)主要由液壓泵站、千斤頂、鋼絞線、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。

5.2 設(shè)備選型

本工程中2榀平面桁架連接為整體后總重約1000t，根據(jù)上面的結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，最大節(jié)點(diǎn)反力2415.36kN，所以選用350t以上液壓千斤頂。選用設(shè)備：1臺(tái)LSDKC-16控制臺(tái)、2臺(tái)LSDB105液壓泵站、2臺(tái)TSF50擴(kuò)展閥組、8臺(tái)LSD3500（或LSD5000-400）提升千斤頂。每臺(tái)千斤頂配備30根（左、右旋向各15根）φ30mm鋼絞線。其中，提升千斤頂儲(chǔ)備系數(shù)：350t/臺(tái)×4 臺(tái)÷1000t=1.4；鋼絞線的儲(chǔ)備系數(shù)：30 根/臺(tái)×40.6t（破斷力）/根×8臺(tái)÷2000t=4.872。

根據(jù)上述結(jié)果，安全儲(chǔ)備完全能滿足施工的要求；鋼絞線的選擇：準(zhǔn)備1860MPa級(jí)φ30mm鋼絞線，50m/根，左右旋各120根，共240根。鋼絞線約重1350kg。下料場(chǎng)地長(zhǎng)70m，寬3m，要求平整干凈，以保持鋼絞線表面清潔。采用砂輪機(jī)下料，嚴(yán)禁用氧氣及電焊切割。鋼絞線不得有彎曲，散股現(xiàn)象，不得受到機(jī)械或過(guò)電等損傷。不得使用銹蝕嚴(yán)重的鋼絞線。

5.3 提升系統(tǒng)安裝調(diào)試

設(shè)備系統(tǒng)吊裝就位后，連接油管及控制通訊電纜、接通電源后進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，以確保提升系統(tǒng)的安全及正常工作。聯(lián)機(jī)調(diào)試分為電器元件測(cè)試、控制系統(tǒng)信號(hào)調(diào)試、液壓油路系統(tǒng)調(diào)試、單頂聯(lián)動(dòng)測(cè)試和多頂聯(lián)動(dòng)測(cè)試。

6 結(jié)構(gòu)提升

6.1 試提升

提升前要再次對(duì)提升裝置的液壓系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、錨夾具系統(tǒng)、控制與顯示系統(tǒng)及鋼絞線進(jìn)行全面細(xì)致檢查，并記錄于表。確保結(jié)構(gòu)上的無(wú)關(guān)荷載已去除、無(wú)拖掛、無(wú)阻礙。其中：①控制所有千斤頂主頂回到起始位，進(jìn)入手動(dòng)提升準(zhǔn)備；②手動(dòng)操作控制系統(tǒng)，適時(shí)調(diào)整泵站限壓，給千斤頂逐次增加20%、40%、60%、80%載荷；加載時(shí)隨時(shí)觀測(cè)各處情況并作好記錄，必要時(shí)召集有關(guān)各方分析決策；③手動(dòng)加載將鋼梁提升離開(kāi)地面5cm左右后靜置；期間組織監(jiān)測(cè)單位人員對(duì)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)（提升千斤頂支架、下吊點(diǎn)、下吊點(diǎn)下放相鄰桁架節(jié)點(diǎn)等）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢查各點(diǎn)應(yīng)力情況是否超限；④檢查結(jié)構(gòu)焊縫、結(jié)構(gòu)變形是否正常。

檢查所有設(shè)備（千斤頂、上下錨、各行程開(kāi)關(guān)、控制開(kāi)關(guān)、壓力表、鋼絞線、編碼儀、激光儀等）是否正常。

需要檢查：①臨時(shí)設(shè)施：上吊點(diǎn)及下吊點(diǎn)等的安裝、牢固情況；②提升構(gòu)件加固情況；③結(jié)構(gòu)提升時(shí)障礙物的清除情況；④結(jié)構(gòu)提離地面后檢查相關(guān)受力點(diǎn)的結(jié)構(gòu)安全；⑤對(duì)提升區(qū)域內(nèi)的安全警戒巡檢。

6.2 提升

啟動(dòng)自動(dòng)提升，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。泵站最大流量為105L/min，每臺(tái)泵站通過(guò)閥體規(guī)控制兩臺(tái)LSD3500千斤頂，千斤頂?shù)男谐虨?.3m，伸缸活塞面積為13.95×10-2m2，回程活塞面積為8.68×10-2m2：則升缸所需時(shí)間為：105/2臺(tái)/（13.95×10-2×0.3）×1000≈1.3min，回程所需時(shí)間為：105/2臺(tái)/（10.81×10-2×0.3）×1000≈1.7min：一個(gè)循環(huán)行程有 4次松緊錨動(dòng)作，共耗時(shí)：8s×4=32s，由此可推算出千斤頂一個(gè)行程耗時(shí)為：1.3+1.7+0.5=3.53min，則3m提升最快速度約為36min，整體體提升高度約為36.2m，最快時(shí)間約為7.2h。在自動(dòng)提升過(guò)程中，如果各頂?shù)觞c(diǎn)同步誤差超過(guò)控制系統(tǒng)的設(shè)定誤差，進(jìn)行調(diào)整；如果吊點(diǎn)同步誤差超過(guò)控制系統(tǒng)設(shè)定的最大誤差，進(jìn)入緊急停機(jī)，等待調(diào)整；調(diào)整完畢，進(jìn)入準(zhǔn)提升狀態(tài)，再次啟動(dòng)自動(dòng)提升。

提升過(guò)程中，觀察提升過(guò)程中同步控制誤差對(duì)構(gòu)件的影響；注意記錄提升過(guò)程中的油壓最大、最小值，并時(shí)刻監(jiān)測(cè)鋼梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)偏移是否在規(guī)定范圍內(nèi)，在誤差出現(xiàn)時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修正。提升過(guò)程應(yīng)隨時(shí)監(jiān)控負(fù)荷、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、及提升通道是否暢通。當(dāng)鋼梁結(jié)構(gòu)提升到設(shè)計(jì)位置后，停機(jī)懸置，期間將所有夾持器夾緊以確保懸掛安全可靠。桁架持續(xù)提升過(guò)程中，監(jiān)測(cè)單位人員需定時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)（提升千斤頂支架、下吊點(diǎn)、下吊點(diǎn)下放相鄰桁架節(jié)點(diǎn)等）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢查各點(diǎn)應(yīng)力情況是否超限。吊裝過(guò)程通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)操作人員進(jìn)行提每一步提升的嚴(yán)格監(jiān)控，保證吊裝能夠安全順利的完成。

6.3 提升就位、對(duì)口焊接

結(jié)構(gòu)同步提升至設(shè)計(jì)位置附近后，暫停。我公司操作提升設(shè)備按對(duì)口指令調(diào)整各吊點(diǎn)，微調(diào)使結(jié)構(gòu)精確提升到達(dá)設(shè)計(jì)位置，提升設(shè)備暫停、鎖定，保持結(jié)構(gòu)的空中姿態(tài)穩(wěn)定不變。精確對(duì)口需要指令需要鋼構(gòu)加工方提供、鋼結(jié)構(gòu)加工制作方最后集中對(duì)口焊接與補(bǔ)桿。焊接作業(yè)接地必須可靠，防止鋼絞線過(guò)電損傷。

7 方案優(yōu)點(diǎn)

在這項(xiàng)工程項(xiàng)目中，轉(zhuǎn)換桁架采取液壓同步提升的施工方案進(jìn)行吊裝，取得了良好的施工效果。總體而言，液壓同步提升具有如下優(yōu)點(diǎn)：采取液壓提升吊裝的施工措施，可以最大程度減少高空作業(yè)量，除此之外，液壓整體提升作業(yè)絕對(duì)時(shí)間非常短，可以有效保證結(jié)構(gòu)的安裝工期；因?yàn)殇撹旒茉谳^低標(biāo)高處拼裝，便于使用機(jī)械化焊接作業(yè)，從而使焊接質(zhì)量和裝配精度及檢測(cè)精度上更容易得到保證，而分段吊裝由于高空作業(yè)，無(wú)論構(gòu)件拼裝精度，還是焊接質(zhì)量及測(cè)控精度上都難以得到有效保障；采用“超大型構(gòu)件液壓同步提升施工技術(shù)”吊裝，技術(shù)成熟，吊裝過(guò)程的安全性有充分的保障；鋼桁架結(jié)構(gòu)主要的拼裝、焊接及油漆等工作在較低標(biāo)高處進(jìn)行，施工效率高，安全防護(hù)工作易于組織，施工質(zhì)量易于保證；液壓同步提升設(shè)備設(shè)施體積、重量較小，機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)，倒運(yùn)和安裝方便；將大大降低安裝施工難度和大型吊機(jī)及配套臨時(shí)措施的使用，于質(zhì)量、安全和工期等均有利。

8結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在轉(zhuǎn)換桁架施工中，液壓提升技術(shù)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了施工作業(yè)，提升了施工的進(jìn)度和效率，保證了施工質(zhì)量，在今后的施工中，可以進(jìn)行推廣和普及。

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