大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊整體提升平臺設(shè)計及提升同步安全性研究

郭振志

【摘要】新型大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工風(fēng)格及異形鋼結(jié)構(gòu)給施工難度帶來了機遇和挑戰(zhàn)，推動了施工技術(shù)的改革。本文結(jié)合中國牙谷科創(chuàng)園區(qū)建設(shè)項目工程實例，詳細(xì)說明了液壓整體提升平臺和提升同步性安全驗算，為后續(xù)提升設(shè)計和同步性控制措施提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】大跨度;鋼結(jié)構(gòu);平臺設(shè)計;安全性

1.工程概況

中國牙谷科創(chuàng)園區(qū)建設(shè)項目多功能館結(jié)構(gòu)類型為框架/框剪/鋼結(jié)構(gòu)，地下結(jié)構(gòu)為2層，地上結(jié)構(gòu)為6至8層，±0以上高度為48m，多功能館的主要功能為辦公樓。鋼連廊位于多功能館B區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)連廊平面上位于結(jié)構(gòu)的4-2軸～4-8 線交4- a軸～4-d軸之間，鋼結(jié)構(gòu)連廊平面尺寸為33.6m×17m，立面上位于結(jié)構(gòu)6層～屋面層，標(biāo)高為23.95m～32.95m，由三榀桁架組成，桁架自身高度9m，跨度33.6m。總重410t。

2.提升平臺的設(shè)計和吊點設(shè)置

2.1 提升平臺設(shè)計

2.1.1提升平臺平面布置

平臺采用鋼廊兩側(cè)主體建筑框架結(jié)構(gòu)，提升工藝要求和結(jié)構(gòu)特點，提升平臺共有四種形式，平臺具體布局如圖1。

2.1.2提升平臺設(shè)計

提升平臺設(shè)計參數(shù)如表1。

2.2 提升吊點設(shè)置

適用于液壓提升機同步整體提升技術(shù)提升鋼結(jié)構(gòu)，必須在方案編制階段進行合理計算，選擇最佳提升吊點。鋼結(jié)構(gòu)連廊吊點的平面布置如下圖2。

3.鋼連廊整體提升

3.1 分級加載試提升

準(zhǔn)備開始鋼結(jié)構(gòu)提升階段，液壓提升機將逐漸開始提升壓力，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)整體提升策劃，提前告知控制室將壓力逐步上調(diào)，增加的壓力最初為20%、40%，此時將暫停加壓并鎖定設(shè)備，安排專人進行全面的檢查，隨后將各單位檢查結(jié)果進行匯總，在所有正常情況下，通知控制室繼續(xù)將壓力加載到60%、70%、80%、90%、95%、100%。期間安排各單位流動性在外圍檢查，若發(fā)現(xiàn)提升結(jié)構(gòu)在剛開始有離地現(xiàn)象時應(yīng)立即暫停作業(yè)，保持液壓設(shè)備系統(tǒng)壓力不變的情況下鎖定設(shè)備。

3.2 同步吊點設(shè)置

根據(jù)圖紙及現(xiàn)場實際情況，在方案、策劃階段明確了每臺液壓提升器數(shù)量和各吊點設(shè)置行程傳感器，用來觀察監(jiān)測六個吊點在提升過程中位移同步性[1]。主控室根據(jù)各個傳感器的位移檢測信號及數(shù)據(jù)，來把控整個提升全過程的同步性和穩(wěn)定性。

3.3 提升分級加載

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)連廊在試提升過程中得出的數(shù)據(jù)為依據(jù)，對鋼結(jié)構(gòu)連廊正式提升作為可靠的參考資料，根據(jù)數(shù)據(jù)來確認(rèn)是否符合設(shè)計條件，來保證后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)整體提升的安全。結(jié)合試提升得出數(shù)據(jù)輸入控制臺，以計算機模擬計算得出數(shù)據(jù)得出各區(qū)域的提升吊點所受的力，結(jié)合數(shù)據(jù)進行分析得出接下來逐步對鋼結(jié)構(gòu)進行逐級加載數(shù)據(jù)，順序為由20%、40%、60%、70%、80%，逐步加載到相應(yīng)數(shù)據(jù)后在鎖定設(shè)備，安排專人進行系統(tǒng)性檢查，確認(rèn)各部分不存在安全隱患的情況下方可加載，加載到90%、95%、100%，直至鋼結(jié)構(gòu)連廊全部脫離拼裝胎架為止。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)離開地面檢查

鋼結(jié)構(gòu)離開地面組裝胎架約15cm后，告知控制室將液壓提升機設(shè)備上鎖，鋼結(jié)構(gòu)在懸空狀態(tài)下放置4至12小時，在此期間檢查人員應(yīng)進行全面檢查（包括主體結(jié)構(gòu)受力點、提升機器、增壓泵的工作狀態(tài)、吊點結(jié)構(gòu)、提升平臺等）。待各項全面檢查全部符合要求且不存在安全、質(zhì)量隱患的情況下，再進行正式提升。

3.5 狀態(tài)檢測調(diào)整

當(dāng)設(shè)備鎖定以后，安排專業(yè)人員用測量儀器進行檢測各吊點距離地面的實際數(shù)據(jù)，通過測量出的數(shù)據(jù)計算出各吊點相對高差。根據(jù)相對高差告知控制室相應(yīng)吊點的對應(yīng)數(shù)據(jù)，由控制室通過設(shè)備微調(diào)各吊點高度，使鋼結(jié)構(gòu)相對高差能夠達到設(shè)計狀態(tài)。

3.6 整體同步提升

在整體提升過程中，每提升5m（不足按5m算）高度進行測量各觀測點，觀測點設(shè)在連廊的中間位置和吊點正下方，保持連廊位置關(guān)系和提升前的位置關(guān)系一致，如不一致利用液壓設(shè)備進行微調(diào)保證連廊高度一致，根據(jù)此方法同步提升至設(shè)計高度。

4.提升平臺和整體提升同步性驗算

4.1鋼連廊提升過程計算

4.1.1分析計算模型

本工程采用SAP2000 Ver 17.3.0采集的數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)如今SAP2000為國際上通用的有限元計算分析程序，其計算分析功能強大。

按照圖紙，構(gòu)件為Q345鋼，臨時措施為Q345鋼。

4.1.2 荷載與荷載組合數(shù)據(jù)

（1）結(jié)構(gòu)荷載取值

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012），該結(jié)構(gòu)主要應(yīng)考慮以下荷載和作用：

①永久荷載

結(jié)構(gòu)自重 —— 按鋼材重度為78.5 kN/m3，由程序自動計算。

②可變荷載（見表2）

風(fēng)荷載計算如下：

計算得總的水平風(fēng)力為Fx=40KN、Fy=50KN。

（2）荷載組合

荷載組合依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）選取如下情況進行計算：

豎向荷載為桁架結(jié)構(gòu)自重（包含10噸樓承板），按照最不利的荷載取值;水平力為桁架風(fēng)荷載。

豎向荷載的荷載分項系數(shù)1.2或1.4，風(fēng)荷載的分項系數(shù)1.4，應(yīng)力計算時考慮如下荷載組合：

1.2DEAD+1.4WINX

1.2DEAD+1.4WINY

1.2DEAD+1.4×0.7WINX+1.4×0.7WINY

1.4DEAD+1.4×0.6WINX

1.4DEAD+1.4×0.6WINY

計算變形時，不考慮分項系數(shù)，考慮如下荷載組合：

1.0DEAD

（3）支座約束

提升吊點—Z向固定、XY向彈簧。

4.1.3結(jié)構(gòu)主要分析結(jié)果

連廊計算

（1）計算模型（見圖3）

（2）反力（見圖4）

（3）應(yīng)力（見圖5）

（4）變形（見圖6）

結(jié)構(gòu)最大豎向變形11.3mm，吊點之間的距離為28900mm，變形為跨度的1/2258，小于L/250，滿足規(guī)范要求。

（5）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

作用在結(jié)構(gòu)上的荷載即為自重，一次提升結(jié)構(gòu)的前幾階失穩(wěn)模態(tài)如下：（見圖7）

根據(jù)失穩(wěn)的極限荷載安全系數(shù)來看，結(jié)構(gòu)的臨界荷載安全系數(shù)最小值為12大于1，滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)要求，結(jié)構(gòu)安全。

4.1.4 提升不同步工況分析

根據(jù)主體結(jié)構(gòu)的對稱性，選擇結(jié)構(gòu)中的3#、5#、6#吊點進行同步誤差驗算，驗算方法采用強制位移法分析，先根據(jù)支座反力特點分析該工況的可能性，從而找出不同步的極限工況（即實際施工中比此工況更為安全），再分析結(jié)構(gòu)在此極限工況下的結(jié)構(gòu)是安全的，也就證明了實際提升過程的安全性。

（1）計算模型（見圖8）

（2）連廊反力（單位：kN）（見圖9）

（3）連廊應(yīng)比力（見圖10）

整體提升時，不同步20mm位移下，最大桿件應(yīng)力比小于0.735，滿足提升工況要求，整體提升不同步監(jiān)測預(yù)警值設(shè)定為20mm。

4.2提升平臺安全驗算

4.2.1平臺計算模型（見圖11）

4.2.2 平臺應(yīng)力

提升平臺臨界的最大應(yīng)力為0.703，小于1，數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。

4.2.3 平臺變形

提升平臺端部臨界的最大豎向變形為0.33cm，滿足規(guī)范要求。

4.2.4 平臺反力（見圖12）

4.3 整體提升結(jié)論

（1）連廊鋼結(jié)構(gòu)拼裝時，鋼材桿件臨界的最大應(yīng)力比0.211，小于1，滿足規(guī)范要求;最大變形值為1.6mm，小于L/250，滿足設(shè)計要求。

（2）連廊鋼結(jié)構(gòu)整體提升過程中，桁架最大豎向位移最大值為12mm，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.495，位移和應(yīng)力值均滿足規(guī)范要求。

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（附條文說明[另冊]）》（GB50017-2017），本工程鋼結(jié)構(gòu)桁架撓度控制在L/250以內(nèi)（L為桁架跨度）[2]。承載力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合下的最大設(shè)計應(yīng)力比0.495。

（3）連廊整體提升不同步工況：不同步20mm位移下，最大桿件應(yīng)力比小于0.735，滿足提升工況要求;不同步計算時最大反力為5號點不同步20mm時，反力值為1424kN，為正常情況下的1.48倍，但實際提升過程中液壓泵源系統(tǒng)按照實際壓力的1.1～1.15倍調(diào)節(jié)各個點的泵源壓力，以保證個別或者部分點無法單獨完成整體提升構(gòu)件的升降動作，因此，不同步20mm計算偏于完全，可以滿足提升工況的要求。

（4）提升平臺驗算：最大應(yīng)力比0.7，豎向變形最大3.3mm，水平變形最大2.6mm，滿足提升工況要求。

綜上，結(jié)構(gòu)在整個鋼連廊在拼裝和提升過程中位移和應(yīng)力滿足提升工況要求。

5.結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)連廊整體提升施工重點在于提升過程控制，而控制參數(shù)就來源于提升平臺和提升同步性驗算的數(shù)據(jù)。鋼連廊整體提升技術(shù)適用于高層大型場館大跨度、超重力的鋼結(jié)構(gòu)施工。尤其體現(xiàn)在看見狹隘的、不便于施工的區(qū)域采取此方法，節(jié)省了空間，縮短了工期，提高了工程質(zhì)量。中國牙谷科創(chuàng)園區(qū)建設(shè)項目多功能館在鋼結(jié)構(gòu)連廊提升的過程中，通過計算機全程計算、控制，使同步提升全過程監(jiān)控得以實現(xiàn)。本文就相關(guān)驗算進行總結(jié)，為同類項目提供借鑒和依據(jù)。

參考文獻

[1]王宏. 大跨度鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工技術(shù)的應(yīng)用[C].大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)建筑工程施工新技術(shù)與應(yīng)用論文集，中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會，2012：455-466.

[2]陳德龍. 鋼結(jié)構(gòu)液壓整體同步提升施工技術(shù)研究[J]. 價值工程，2018，37（31）：135-136.

（作者單位：中交四公局建筑工程有限公司）

【中圖分類號】TU391

【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】1671-3362（2020）10-0037-04