鋼結構液壓整體提升(滑移)施工技術應用研究

李 峻

(福建六建集團有限公司 福建福州 350014)

0 引言

隨著經濟高速發(fā)展，建筑形狀和構造多樣化發(fā)展，大量空中連廊在各類型建筑中相繼出現(xiàn)。傳統(tǒng)空中連廊結構形式采用鋼結構，自重大且提升高度高，傳統(tǒng)施工方法采用分件高空散裝焊接成型，增加施工難度，增大風險系數(shù)[1-2]。如何降低高空安裝的施工難度，降低施工風險是亟需解決的課題，基此，本文在汲取類似工程施工經驗后總結出空中鋼連廊結構液壓整體提升與滑移結合的施工技術，并運用于實際工程。工程實踐效果表明，該工程安裝精度符合要求，可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

東二環(huán)泰禾城市廣場四期工程，位于福州市晉安區(qū)塔頭路與連江北路交匯處。該工程含一幢30層的辦公樓、一幢23層的酒店、4層的裙樓及地下室，總面積約123 489 m2，其中，地上建筑面積90 520 m2，地下面積32 969 m2。通過兩側塔樓懸挑牛腿，在辦公樓與酒店之間搭設一座空中連廊。連廊底標高位于89.950 m，頂標高位于97.150 m，整體高約7.3 m，寬約10.125 m，跨度約19.555 m，計40支桿件，鋼結構整體重量90.968t，如圖1～圖2所示。

圖1 3D渲染圖

圖2 現(xiàn)場圖

鋼連廊兩端橫向桿件與連廊支座投影沖突，故，鋼連廊拼裝場地為連廊垂直投影沿右上45°移3m，可避開連廊支座。范圍在酒店裙樓5-2層頂板上，連廊桿件采用辦公樓西側TCT3150塔吊進行轉運及安裝。

技術難點：連體鋼結構單榀桁架重量大、連體鋼結構提升高度高、連體結構采用下弦支座落位，高空對接難度大。

2 液壓整體提升及滑移技術簡介

2.1 關鍵技術及設備

該工程采用液壓同步整體提升的新型吊裝工藝，配合該工藝的先進性和創(chuàng)新性，主要使用如下關鍵技術和設備：

(1)超大型構件液壓同步提升施工技術；

(2)TJJ-600型液壓提升器；

(3)TJV-30型變頻液壓泵源系統(tǒng)；

(4)YT-1型計算機同步控制系統(tǒng)。

2.2 液壓整體提升

“液壓整體提升技術”是以液壓提升器為提升動力，以鋼絞線為動力媒介，在設備兩端采用單向自鎖裝置，使提升物單向提升，避免下墜，具體操作步驟如圖3所示。

第1步：上錨緊，夾緊鋼絞線 第2步：提升器提升重物；

第3步：下錨緊，夾緊鋼絞線第4步：主油缸微縮，上錨片松；圖3 液壓提升器原理圖

2.3 高空滑移

在兩側的承力平臺上設置滑移梁，將液壓提升器安裝在滑移梁上，鋼結構提升到預定高度后，在塔樓兩側操作平臺各設置一個水平液壓千斤頂，采用滑移方式使鋼連廊推至設計位置就位。

3 施工工藝流程及操作特點

3.1 工藝流程

鋼連廊結構整體提升滑移施工工藝流程如下。

施工準備→胎架布置安裝→鋼結構拼裝、焊接→提升吊點設置→液壓提升設備安裝→鋼結構預提升→姿態(tài)檢測及調整→鋼結構正式提升→提升過程微調→高空滑移→鋼結構就位→設備拆除。

整體同步提升安裝流程圖解如圖4所示。

3.2 操作要點

3.2.1施工準備

(1)根據現(xiàn)場施工特點，編制符合規(guī)范并具可操作性的《泰禾廣場空中鋼連廊整體提升方案》。

(2)根據方案對吊點位置主體結構承載力進行驗算，對需要加固的結構采取臨時加固措施，經設計單位認可后組織實施。

3.2.2胎架的布置安裝

結合鋼連廊拼裝場地及自身結構強度需求，拼裝胎膜架采用截面高度200 mm～500 mm熱軋H型鋼作為主要受力構件，采用L70角鋼作為斜撐加固,如圖5所示。

拼裝區(qū)域存在反梁，最大高差2.45 m。為了保證原建筑結構安全及穩(wěn)定性，連廊拼裝胎架布置在混凝土反梁位置，保證胎架上口水平±1 mm。

①安裝吊點并設置臨時支撐體系 ②設置操作平臺吊點 ③各項正常后繼續(xù)整體提升

④提升至設計標高，微調 ⑤利用倒鏈拖動液壓提升，水平滑移 ⑥整體卸載，拆除設備

圖5 拼裝胎架平面圖

3.2.3鋼結構的拼裝、焊接

(1)結合現(xiàn)場場地情況和鋼結構特點，先安裝兩榀桁架的下弦桿，再安裝底部水平連系桿；接著，通過安裝豎腹桿，利用腹桿頂端節(jié)點安裝上軒桿G1和G2，并安裝上部水平連系桿。通過現(xiàn)場3D模擬判斷G3、G4桿件在提升過程中會與支座位置碰撞，因此，G3、G4桿件整體鋼結構提升滑移到位后再進行焊接拼裝；通過焊接豎向斜撐腹桿，使結構形成穩(wěn)定剛體；通過有限元模擬計算校核，自身結構通過吊裝，無需進行加固。

(2)鋼結構對接桿件截面積較大，構件鋼板尺寸較大，焊縫收縮量變化較大。因此，對構件焊接變形進行嚴格控制核查。

(3)連廊結構整體拼裝結束后，對該結構軸線和標高偏差進行復核，滿足規(guī)范偏差要求的10 mm之內，校核鋼連廊是否按照1/1000的起拱值起拱。

圖6為連廊結構BIM組裝圖。

步驟一下弦桿組裝 步驟二底部橫桿組裝

步驟三立柱組裝 步驟四上弦桿組裝

步驟五頂部橫桿組裝 步驟六側向腹桿組裝

3.2.4吊點設置

(1)構件點設置

連廊結構承重體系為兩側桁架，結合結構受力形式，選取兩側兩榀主桁架上弦桿斷口附近作為提升上吊點，共計4個(圖7)，通過有限元對結構強度進行分析復核。

圖7 提升吊點平面布置圖

采用ANSYS建立連廊結構有限元模型，其中，G3G4構件在提升過程尚未焊接，故未進行建模，模型如圖8(a)所示。其中，采用BEAM44單元模擬連廊結構各桿件，材料彈性模量取2.1×105MPa，密度取7850 kg/m3，泊松比取0.2。4個吊點視為支座，結構在起吊過程重力作用下，變形如圖8(b)所示，最大變形3.2 mm，發(fā)生在上弦桁架間水平連系桿跨中，從圖8(c)、圖8(d)可見，連廊結構在起吊過程，兩個水平向變形量均小于1mm，主要為豎向變形，如圖8(e)所示。結構應力云圖如圖8(f)所示，起吊過程桿件最大應力19.4 MPa，遠小于材料強度。

圖8(a) 連廊結構有限元模型 圖8(b)整體變形

圖8(c) 水平向1變形圖 圖8(d)水平向2變形

圖8(e) 豎向變形 圖8(f) 應力云圖

(2)提升上吊點設置

在二十四層樓板設置懸挑提升吊點，通過該層結構拉伸桿和二十三層結構斜撐對提升平臺進行加固。在二十二層樓板對二十三層樓板進行頂板加固，確保原有結構體系安全性，如圖9所示。

圖9 臨時提升吊點設置圖

3.2.5鋼結構預提升

(1)鋼結構預提升前，清除提升通道內障礙物。

(2)在對鋼結構進行提升前，對鋼絞線分級加載預緊，每級加載增量為20%[3]；在每級加載后對吊點和鋼結構變形以及穩(wěn)定性進行檢查確認，在確定所有構件安全合格后再進行下一步分級加載，直至結構全部離地(胎架)，如圖10所示。

圖10 結構臨時加固措施

(3)鋼連廊脫離拼裝胎架時，連廊未平穩(wěn)提升，應采取微調4個吊點，確保提升物各點同步提升。

(4)鋼結構分級加載完畢后，將鋼結構懸停在100 mm高度約4h。在懸停期間對吊點設置可靠性、臨時支撐體系穩(wěn)定性和鋼結構懸停穩(wěn)定性進行檢查；在對各項構件性能檢查無誤安全合格后，再正式進行對鋼結構的提升工作[4]。

(5)液壓同步提升施工技術采用行程及位移傳感監(jiān)測和計算機控制，通過數(shù)據反饋和控制指令傳遞，可全自動實現(xiàn)同步動作、負載均衡、姿態(tài)矯正、應力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。

操作人員可在中央控制室通過液壓同步計算機控制系統(tǒng)人機界面進行液壓提升過程及相關數(shù)據的觀察和(或)控制指令的發(fā)布，如圖11所示。

圖11 液壓同步提升控制系統(tǒng)人機界面

3.2.6姿態(tài)檢測調整

在鋼連廊結構提升時接近設計標高時，通過激光測距儀復測，并通過4個液壓提升機進行微調，確定提升的標高符合設計標高的誤差值。

3.2.7鋼結構正式提升

連廊鋼結構的整體剛度非常大。測量的工程偏差一般小于1/400，拐角變形較小，正式提升應注意以下要求：

(1)正式提升速度時，嚴格按照方案要求的速度(6m/h)執(zhí)行。

(2)提升鋼絞線時，派專人及時整理，避免造成提升故障。

(3)在提升過程遇到五級大風時，暫停提升工作，并通過纜風繩對鋼結構限制其水平擺動。

(4)提升過程隨時檢查以下情況：

①4個吊點均勻受力情況；

②吊點提升平臺的穩(wěn)定情況；

③鋼連廊提升過程的整體穩(wěn)定性；

④4吊點受控系統(tǒng)的同步性；

⑤提升過程鋼連廊水平標高監(jiān)測的同步性；

⑥提升承重系統(tǒng)監(jiān)視：錨具緊固狀態(tài)、鋼絲繩工作狀態(tài)、主油缸及上下錨具油缸工作狀態(tài)、液壓鎖、軟管及管接頭工作狀態(tài)、各類傳感器及其導線工作狀態(tài)；

⑦液壓動力系統(tǒng)監(jiān)視：系統(tǒng)壓力變化情況、油路泄漏情況、油溫變化情況、油泵、電機、各電磁閥線圈溫度變化情況、系統(tǒng)噪音情況。

(5)提升時要確保電力供應正常。

3.2.8提升同步控制策略

液壓提升同步控制應滿足以下要求：

(1)盡量保證各臺液壓提升設備均勻受載；

(2)保證各個吊點在提升過程中保持一定的同步性。

根據以上要求，制定如下控制策略：

將一部分提升吊點(液壓提升器)設為主令點A，該處液壓提升器均采取并聯(lián)形式，并將其速度設定為標準值，作為同步控制策略中速度和位移基準。將剩余部分的提升吊點(液壓提升器)均分為兩部分，分別為從令點B(該部分液壓提升器采取并聯(lián)形式)和從令點C(該部分液壓提升器采取并聯(lián)形式)。在計算機的控制下從令點B、C以位移量來動態(tài)跟蹤比對主令點A，保證各提升吊點在網架結構整體提升過程始終保持同步。通過3點確定一個平面的幾何原理，保證結構在整個提升過程平穩(wěn)。

3.2.9提升過程微調

當鋼結構開始提升到兩側塔樓設計標高處500 mm位置時，將計算機同步控制系統(tǒng)切換成手動模式，對4個液壓提升器手動實時微調。當鋼結構繼續(xù)提升到設計標高時，用水平儀再對其標高繼續(xù)復核，確保其誤差在允許范圍。

3.2.10鋼結構高空滑移

(1)同側液壓提升器底座用槽鋼焊接固定，以保證同側液壓提升器的間距保持不變。

(2)鋼結構的滑移采用50t的螺旋千斤頂(每側一臺)進行頂推，如圖12所示。

圖12 螺旋千斤頂

(3)滑移過程，為了達到減少摩擦力目的，派專人在提升前于軌道上涂抹潤滑油進行潤滑。

(4)為確保兩側的滑移速度保持一致，在滑移梁上設置刻度尺；當鋼結構滑移時，兩側千斤頂?shù)牟僮饕鷱闹笓]統(tǒng)一動作，每滑移5 mm時，就必須停下來檢查核對。如果兩側滑移速度不同步，則應進行糾偏，待糾偏完成后再滑移。

(5)滑移速度嚴格按照施工方案，避免滑移速度過快造成鋼結構晃動過大。

3.2.11鋼結構就位

(1)鋼結構就位前，復核鋼結構位置是否與設計一致。

(2)鋼結構提升滑移到位后，由于鋼結構的安裝需要十分高的精度，因此，其點動調整以毫米級作為單位。調整完畢后，保持鋼結構的空中姿態(tài)，暫停設備，將其鎖緊靜止。

4 質量控制

4.1 工藝流程質量控制標準

施工過程嚴格遵守《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009、《鋼結構規(guī)程施工規(guī)范》GB50755、《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50205、《建筑鋼結構焊接技術規(guī)程》JGJ81等相關規(guī)范要求。

4.2 保證措施

(1)在進行鋼結構提升前，按照國家有關規(guī)范和驗評標準編制施工方案，并對施工班組做好技術、質量交底的工作。

(2)施工所需材料進場前，校對檢查材料質量合格證、出廠檢驗報告、型號、規(guī)格、外觀質量、數(shù)量，對需要復試檢驗的材料按照抽樣檢測的相關要求和規(guī)定檢測合格后才能使用。

(3)嚴格實行過程質量控制和各個工序自檢、互檢、交接檢的“三檢制度”。

(4)各崗位操作技術人員在上崗前必須經過培訓，且持證上崗。

(5)利用超聲波或射線探傷檢驗成型的鋼結構內部缺陷。

(6)承力臺的鋼柱、滑移梁的強度和剛度設計與大小應滿足施工要求和結構要求，滑移梁受荷載后最大撓度應控制在1/400L內。

(7)通過有限元模擬提升，根據模擬情況布置鋼連廊下吊點位置和數(shù)量，以及校核提升平臺。

(8)使用的液壓提升器提升能力應滿足提升要求，且應有足夠的安全儲備。

5 安全措施

(1)施工前熟悉圖紙，并對施工班組進行逐級安全技術交底。

(2)施工現(xiàn)場圍擋，禁止非施工人員進入場地。

(3)吊裝范圍施工通道口建立安全防護設置，地面劃分安全區(qū)域，避免高空墜物砸傷人員，非安全區(qū)域不得有人員停留。

(4)在周邊臨空面樓層設置防護欄桿，高度為1.2 m。

(5)登高作業(yè)，如鋼絞線安裝等，應設臨時操作平臺。

(6)現(xiàn)場焊接前辦理好動火許可。

(7)對各危險源制定應急預案。

(8)易燃易爆規(guī)定存放和使用，現(xiàn)場焊接時嚴格按“十不焊”實施。

(9)夜間施工要有足夠的照明，且在孔洞處周邊設置防護欄和警示燈。

6 結語

東二環(huán)泰禾城市廣場四期工程，鋼結構連廊采用地面胎膜組裝，降低高空組裝帶來施工難度和風險系數(shù)。采用液壓提升方法避免了采用重型起重機械設備，降低了對施工場地工作面要求。采用高空滑移施工方法，降低了兩側樓塔工作面不足對鋼結構安裝影響。地面胎膜組裝、液壓提升、高空滑移施工方法，降低了施工難度，提高效率，工程質量、安全和進度得到保障。