大型鋼結(jié)構(gòu)桁架液壓同步整體提升技術(shù)應(yīng)用及設(shè)計(jì)

涂序伙

(中國電建集團(tuán)江西省水電工程局有限公司 ，江西 南昌 330096)

0 引 言

某會(huì)展中心項(xiàng)目#1、#2展廳主體采用鋼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)體系為鋼柱-支撐+鋼結(jié)構(gòu)桁架-鋼梁+鋼筋桁架樓承板+金屬屋面板，呈東西方向?qū)ΨQ布置；地上3層，地下1層，建筑規(guī)劃高度28.10 m，總建筑面積34 000 m2，鋼結(jié)構(gòu)總重量為18 000 t。

圖1 大廳屋蓋桁架立面圖

大型鋼結(jié)構(gòu)桁架的安裝標(biāo)高為+23.29 m，此時(shí)地下室頂板結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完成，如采用大型起重機(jī)械設(shè)備進(jìn)行單榀桁架吊裝方案，起重機(jī)械設(shè)備需在地下室頂板上行走及起吊作業(yè)，其頂板遠(yuǎn)滿足不了荷載的需求，則需要投入很高的地下室頂板加固費(fèi)用。若將桁架結(jié)構(gòu)在安裝位置正下方的頂板上拼裝成整體后，利用“超大型構(gòu)件液壓同步提升技術(shù)”將整體提升到位，將大大降低安裝施工難度，施工質(zhì)量、安全、工期和施工成本控制等均得到有效的保障。

1 提升吊點(diǎn)布置

桁架鋼結(jié)構(gòu)在其投影面正下方的地面上拼裝為整體，根據(jù)其結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱的特點(diǎn)，分別在兩側(cè)面各布置五個(gè)吊點(diǎn)，如圖2。

圖2 提升吊點(diǎn)平面布置圖

在桁架結(jié)構(gòu)層(標(biāo)高+23.290 m)處，利用主樓結(jié)構(gòu)的鋼管柱及桁架結(jié)構(gòu)上弦設(shè)置提升平臺(tái)(上吊點(diǎn))，在鋼結(jié)構(gòu)提升單元的下弦桿件上與上吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置處安裝提升臨時(shí)吊具(下吊點(diǎn))，上下吊點(diǎn)間通過專用底錨和專用鋼絞線連接。

2 提升支架設(shè)計(jì)

桁架提升支架(見圖3)由斜撐、托座和提升梁組成，斜撐將提升反力直接傳遞到主體結(jié)構(gòu)的鋼柱上，優(yōu)化了提升情況下主體結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。提升梁規(guī)格為B300×250×14，斜撐規(guī)格為P180×6，水平加固桿規(guī)格為P114×6,托座由20厚的鋼板焊接制成。所有臨時(shí)措施材質(zhì)均為Q345B，提升平臺(tái)各桿件之間均采用焊接連接，焊縫均采用熔透焊縫，焊縫等級(jí)為二級(jí)，加勁板采用角焊縫連接。

圖3 提升支架示意圖

3 抗震球鉸支座臨時(shí)固定

球鉸支座采用鋼板(材質(zhì)Q345B，厚度20 mm)四面將其座板和頂板之間焊接連接固定，焊縫均采用熔透焊縫，焊縫等級(jí)為二級(jí)。鋼板分析采用ANSYS 有限元程序仿真分析(見圖4),基本荷載組合：1.4LL；LL為水平反力。LL取最大水平反力485 N，1.4LL取679 N。

根據(jù)抗震球鉸支座應(yīng)力分布云圖(見圖5)得知，其最大應(yīng)力為69.341 MPa，且遠(yuǎn)小于295 MPa,滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)抗震球鉸支座應(yīng)力分布云圖(見圖6)得知，其最大應(yīng)力為0.26 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 抗震球鉸支座計(jì)算模型 圖5 抗震球鉸支座應(yīng)力分布云圖

圖6 抗震球鉸支座變形分布云圖

4 同步提升的實(shí)施

試提升階段：提升前，應(yīng)檢查提升單元和所有臨時(shí)措施是否滿足施工方案和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求；確認(rèn)無誤后以計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算的各提升吊點(diǎn)反力值為依據(jù)，對(duì)提升單元進(jìn)行分級(jí)加載(試提升)，各吊點(diǎn)處的液壓提升系統(tǒng)伸缸壓力分級(jí)增加，依次為20%、40%、60%、70%、80%；再次檢查各部分無異常的情況下，可繼續(xù)加載到90%、95%、100%，直至提升單元全部脫離拼裝胎架。提升單元離開拼裝胎架約150 mm后，利用液壓提升系統(tǒng)設(shè)備鎖定，空中停留12 h作全面檢查(包括吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，承重體系和提升設(shè)備等)，各項(xiàng)檢查正常無誤，再進(jìn)行正式提升。靜載時(shí)用測(cè)量?jī)x器檢測(cè)各吊點(diǎn)的離地距離，計(jì)算出各吊點(diǎn)相對(duì)高差。

正式提升階段：通過液壓提升系統(tǒng)設(shè)備調(diào)整各吊點(diǎn)高度，使提升單元達(dá)到設(shè)計(jì)姿態(tài)。以調(diào)整后的各吊點(diǎn)高度為新的起始位置，復(fù)位位移傳感器，在同步整體提升過程中，保持該姿態(tài)直至提升距離設(shè)計(jì)標(biāo)高約200 mm時(shí)，暫停提升。

提升就位階段：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；液壓提升系統(tǒng)設(shè)備暫停工作，保持提升單元的空中姿態(tài)，緊接著后裝桿件安裝，使提升單元結(jié)構(gòu)形成整體穩(wěn)定受力體系。

拆除階段：后裝桿件焊縫經(jīng)檢測(cè)合格后方可將液壓提升系統(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，完成提升單元的整體提升安裝。

5 受力結(jié)構(gòu)有限元分析

整個(gè)提升過程采用空間有限元程序MIDAS/Gen仿真分析，其計(jì)算模型如圖7所示。荷載工況: 恒荷載DL(DL為結(jié)構(gòu)自重)。提升結(jié)構(gòu)包括管桁架結(jié)構(gòu)、檁條結(jié)構(gòu)、女兒墻結(jié)構(gòu)、鋼絞線共412.45 T，平均分布在桁架結(jié)構(gòu)上。荷載組合:標(biāo)準(zhǔn)荷載組合為1.0 DL、基本荷載組合為1.4 DL。提升時(shí)，桁架被提升結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比約為0.62(見圖8)，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。提升時(shí)，通過桁架結(jié)構(gòu)變形分布圖(如圖9、10)可知，桁架被提升結(jié)構(gòu)跨中最大豎向變形為44 mm，提升點(diǎn)間距約為48 000 mm，變形為跨度的1/1090，滿足規(guī)范要求的1/400。通過以上計(jì)算結(jié)果可知，被提升結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

圖7 桁架被提升結(jié)構(gòu) 圖8 屋蓋桁架被提升結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布圖

圖9 桁架被提升結(jié)構(gòu)DXYZ分布圖(單位：mm) 圖10 桁架被提升結(jié)構(gòu)DZ分布圖(單位：mm)

6 吊裝施工實(shí)施效果

此工程大型桁架結(jié)構(gòu)施工中采用了“超大型構(gòu)件液壓同步提升”吊裝施工技術(shù)，于2019年4月10日開始地面拼裝至2019年6月10日液壓提升設(shè)備拆除，經(jīng)過2個(gè)月的日夜奮戰(zhàn)，順利圓滿地完成了安裝任務(wù)，受到了監(jiān)理和業(yè)主的一致好評(píng)，工程質(zhì)量被南昌贛江新區(qū)評(píng)為“優(yōu)質(zhì)工程”稱號(hào)，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)綜合效益。

7 結(jié) 語

目前，在我國大型鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中，整體提升技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，該技術(shù)應(yīng)用于大面積、大跨度、大噸位空間桁架或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安裝，降低了拼裝和焊接作業(yè)高度，避免使用大型起重機(jī)械設(shè)備，縮短了施工工期和節(jié)約了工程成本。

該技術(shù)應(yīng)用時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

(1) 提升受力點(diǎn)鋼柱頂部的抗震球鉸支座應(yīng)采取臨時(shí)加固措施。

(2) 鋼絞線的垂直度偏差不大于h/1000，且小于等于22 mm。

(3) 提升過程中提升單元、提升設(shè)備和吊點(diǎn)受力構(gòu)件各階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析表。

(4) 根據(jù)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算分析確定合理的分級(jí)加載順序。