鋼桁架附加拉桿整體提升施工技術(shù)

陜艷娟

（山西一建集團(tuán)有限公司，山西太原 030012）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，各類(lèi)建筑造型日益新穎，越來(lái)越多工程涉及鋼桁架整體提升，且鋼桁架整體提升段由初始的規(guī)則正方形逐漸演變成平行四邊形、梯形及各類(lèi)不規(guī)則圖形。因不規(guī)則圖形提升時(shí)，鋼桁架提升段受力狀態(tài)與原設(shè)計(jì)受力狀態(tài)差異較大，且易存在受力不平衡情況，增加了鋼桁架提升難度，存在較大安全隱患。針對(duì)這種情況，在施工過(guò)程中提出鋼桁架附加拉桿施工技術(shù)，根據(jù)不規(guī)則鋼桁架提升時(shí)受力特點(diǎn)，合理附加桿件，使鋼桁架提升段受力平衡，確保鋼桁架順利提升。該施技術(shù)具有簡(jiǎn)便高效、低成本、高質(zhì)量的特點(diǎn)，是一種節(jié)能環(huán)保的建筑施工技術(shù)[1-5]。

1 工程概況

某商業(yè)廣場(chǎng)將城市功能與交通系統(tǒng)有機(jī)統(tǒng)一。60萬(wàn)立方米超大體量，是集高端寫(xiě)字樓、大型購(gòu)物中心、高檔商業(yè)、星級(jí)酒店、教育于一體的都市綜合體，以品牌前瞻性實(shí)踐世界大都會(huì)經(jīng)驗(yàn)淬煉軌道上蓋物業(yè)的發(fā)展價(jià)值，動(dòng)車(chē)、地鐵、高速、BRT、城軌五大交通系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與城市功能空間無(wú)縫銜接，上班、休閑、旅行、商務(wù)、教育隨時(shí)切換。該商業(yè)廣場(chǎng)采用特大跨度連體鋼桁架結(jié)構(gòu)，鋼桁架呈現(xiàn)平行四邊形。鋼桁架由非提升段和提升段組成，非提升段隨提升部分進(jìn)度施工；提升段采用整體提升工藝施工。桁架層位于標(biāo)高64.95~69.05m范圍內(nèi)，主桁架最大跨度42.7m，次桁架最大跨度18.3m，桁架層鋼結(jié)構(gòu)總重約2300t，其中提升段重約1000t，非提升段重約1300t，如圖1所示。

2 提升工藝原理

鋼桁架提升段在地下室底板上拼裝，同時(shí)在非提升段設(shè)置提升支架（上吊點(diǎn)），每組提升支架上安裝1臺(tái)液壓提升器；在提升段鋼桁架上弦安裝提升臨時(shí)吊具（下吊點(diǎn)），上吊點(diǎn)與下吊點(diǎn)間通過(guò)鋼絞線連接。利用液壓同步提升系統(tǒng)將鋼桁架整體提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高并與非提升段對(duì)接，焊接嵌補(bǔ)段，卸載拆除液壓同步提升系統(tǒng)，完成鋼桁架的安裝工作。

3 鋼桁架附加拉桿技術(shù)

因本工程鋼桁架呈現(xiàn)平行四邊形，鋼桁架整體提升時(shí)，部分桿件與兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)沖突，故部分桿件需待提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高再進(jìn)行嵌補(bǔ)，由此導(dǎo)致提升段受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)差異較大，造成提升段部分桿件受力不平衡。針對(duì)這種情況，采用SAP2000計(jì)算分析平行四邊形提升段受力狀態(tài)，合理附加拉桿，保證提升段受力平衡，確保鋼桁架順利提升。

（1）根據(jù)計(jì)算分析，在鋼桁架提升段兩側(cè)増加臨時(shí)結(jié)構(gòu)拉桿，結(jié)構(gòu)拉桿截面尺寸H500mm×250mm×14mm×25mm，提高鋼桁架在提升過(guò)程中的整體穩(wěn)定性，如圖2所示。

圖1 桁架外觀

圖2 臨時(shí)結(jié)構(gòu)拉桿位置

（2）鋼桁架提升段兩端存在長(zhǎng)懸臂桿件，為防止懸臂端構(gòu)件下擾，影響提升段穩(wěn)定性及安裝精度，在長(zhǎng)懸臂桿件端部選取部分關(guān)鍵桿件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，將鉸接節(jié)點(diǎn)暫時(shí)變更為剛接。桿件鉸接節(jié)點(diǎn)暫時(shí)并更為剛接，采取在鋼梁連接位置，焊接補(bǔ)強(qiáng)板的方式進(jìn)行加強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)板截面尺寸500mm×200mm×20mm。

4 鋼桁架提升段計(jì)算分析報(bào)告

采用SAP2000對(duì)附加拉桿后的鋼桁架提升段進(jìn)行受力分析，主要針對(duì)提升工況及卸載工況的施工階段分析，得到桿件應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)，與相關(guān)規(guī)范、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，確保鋼桁架整體提升順利進(jìn)行。

4.1 SAP2000計(jì)算假定

（1）提升邊界條件提升吊點(diǎn)：2向固定、x和y向彈簧（模擬提升約束）。

（2）卸載邊界條件支撐點(diǎn)：部分剛接支座、部分鉸接支座。

（3）荷載自重、風(fēng)荷載（按十年一遇基本風(fēng)壓0.5kN/m2，風(fēng)荷載作用于桁架節(jié)點(diǎn)）。

（4）荷載組合強(qiáng)度及穩(wěn)定—1.35D（鋼桁架自重分項(xiàng)系數(shù)取1.35）、1.2D＋1.4W、1.2D-1.4W、1D＋1.4W，1D-1.4W，1.2D＋0.84W，1.2D-0.84W，1D＋0.84W、1D-0.84W。

（5）支座反力及變形1D+1W。

4.2 同步提升工況驗(yàn)算

針對(duì)鋼桁架提升時(shí)的工況進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，分析后了解到提升吊點(diǎn)1、吊點(diǎn)4反力值分別為2055kN和2274kN，提升吊點(diǎn)2、吊點(diǎn)3反力值分別為2845kN和2755kN，本工程配置額定提升能力為540t的液壓提升器，液壓提升器裕度系數(shù)最小值為1.90，滿足提升要求。同步提升工況桁架結(jié)構(gòu)最大下?lián)现?0.58mm，小于L/250＝170.8mm，桁架結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比0.166，均滿足提升要求。在鋼桁架附加拉桿的作用下，鋼桁架提升工況時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變均滿足規(guī)范要求，符合提升要求。

4.3 卸載工況驗(yàn)算

當(dāng)鋼桁架提升到位后，補(bǔ)裝所有嵌補(bǔ)桿件，并在進(jìn)行相關(guān)質(zhì)量檢測(cè)后進(jìn)行卸載作業(yè)。由于各個(gè)提升吊點(diǎn)的提升反力不同，按照吊點(diǎn)2→吊點(diǎn)4→吊點(diǎn)3→吊點(diǎn)1的順序卸載。單吊點(diǎn)卸載時(shí)分級(jí)卸載，先卸載至提升反力的90%，后卸載至80%、60%、40%、20%，直至卸載到位，鋼絞線不再受力，結(jié)構(gòu)載荷完全轉(zhuǎn)移至主體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)受力形式轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)工況。由于卸載的不同步效應(yīng)，進(jìn)行卸載流程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算分析，將提升段與非提升段進(jìn)行整體建模分析。分點(diǎn)分級(jí)卸載過(guò)程中，桿件最大應(yīng)力比為0.637，卸載完成后結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.211，均＜1.0，滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求。由此可知，分點(diǎn)分級(jí)卸載時(shí)安全可行。

4.4 不同步提升髙差工況驗(yàn)算

（1）根據(jù)《重型結(jié)構(gòu)和設(shè)備整體提升技術(shù)規(guī)范》（GB 51162—2016）的要求，提升過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生各吊點(diǎn)提升高度不一致的情況。為此通過(guò)分別在吊點(diǎn)處施加強(qiáng)制位移模擬各不同步提升工況，位移值根據(jù)相鄰吊點(diǎn)差值不大于L/250且≤25mm，為保證提升安全位移值宜取最大的25mm，分別驗(yàn)算4個(gè)吊點(diǎn)的不同步工況。

（2）兩吊點(diǎn)最小距離為19.2m，吊點(diǎn)不同步值取兩吊點(diǎn)間距離的0.005倍，即96mm，進(jìn)行驗(yàn)算4個(gè)吊點(diǎn)的不同步工況。

綜合以上分析，采用不同步提升高差96mm工況進(jìn)行驗(yàn)算，即各吊點(diǎn)分別強(qiáng)制位移96mm后進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析。不同步96mm提升工況桁架結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.648（包絡(luò)值），滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性提升要求。

4.5 不同步提升超載20%工況驗(yàn)算

在施工過(guò)程中，鋼構(gòu)件的實(shí)際質(zhì)量與理論質(zhì)量存在一定的差距，且鋼構(gòu)件拼裝過(guò)程中，實(shí)際位置與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)位置存在一定的位置偏差，故每個(gè)吊點(diǎn)的反力與理論計(jì)算值存在一定的偏差，故對(duì)可能存在的超載情況進(jìn)行驗(yàn)算。擬對(duì)鋼桁架4個(gè)吊點(diǎn)荷載分別增大20%進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，吊點(diǎn)超載20%不同步提升工況桁架結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.468，滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求。該驗(yàn)算為后期實(shí)際質(zhì)量偏差，提供良好的施工依據(jù)，為鋼桁架順利提升提供可靠的理論依據(jù)。

5 整體提升

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采取提升力控制和位移控制相結(jié)合，提升力控制為主的同步控制方式，即控制單臺(tái)液壓提升器提升力不超出同步狀態(tài)理論反力10%，可保證單點(diǎn)不同步矣25mm，故上述驗(yàn)算為極限情況，滿足要求。完成鋼桁架提升段拼裝并附加拉桿后，嚴(yán)格按提升工藝要求進(jìn)行鋼桁架整體提升。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著建筑造型的發(fā)展，平行四邊形、梯形等不規(guī)則鋼桁架不斷增多，鋼桁架整體提升難度日益增大。通過(guò)以上計(jì)算分析可知，對(duì)于不規(guī)則鋼桁架結(jié)合鋼桁架提升時(shí)的受力特點(diǎn)，合理附加拉桿是有效可行的。采用附加拉桿技術(shù)可有效增加地面拼裝時(shí)的拼裝量，進(jìn)而減少合攏時(shí)的拼裝量，降低施工難度，保障施工安全。該施工技術(shù)具有低成本、高質(zhì)量、簡(jiǎn)便高效的特點(diǎn)，為類(lèi)似工程施工提供借鑒，具有廣泛的應(yīng)用和推廣前景。