某大跨度鋼連廊液壓同步提升施工技術(shù)*

王 晨,劉 馳,葛文杰

(1.江蘇華建地產(chǎn)集團有限公司,江蘇 揚州 225000; 2.揚州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 揚州 225127)

0 引言

鋼連廊作為連接不同建筑間的通道,由于自重小、造價低等優(yōu)勢,在大型辦公大樓、大型商場等建筑中廣泛應(yīng)用。但鋼連廊結(jié)構(gòu)一般具有施工復(fù)雜、跨度大且常規(guī)設(shè)備無法整體吊裝的特點。因此,液壓同步提升技術(shù)通常被采用以解決大跨度鋼連廊整體吊裝問題[1]。張明亮等[2]采用液壓提升施工方案以解決大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋施工中常見結(jié)構(gòu)不均勻、吊點多等難題。沙峰峰等[3]采取液壓同步提升等技術(shù),解決了蘇州陽澄湖景區(qū)配套酒店項目鋼連廊施工技術(shù)難題。潘桂林等[4]采用液壓同步提升技術(shù)以解決溫州甌江北口大橋鋼桁梁節(jié)段長、吊重大問題。李瑞川等[5]介紹了液壓同步提升系統(tǒng)的研究意義,并對閉環(huán)控制下液壓同步系統(tǒng)發(fā)展趨勢提出預(yù)測。馬張永等[6]采用分塊液壓同步提升等技術(shù)實現(xiàn)了大懸挑曲面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的提升。孫力[7]對液壓同步提升技術(shù)原理進行深入分析,并探究了該技術(shù)在大型起重機吊裝中的實際應(yīng)用。

本文以揚州建工科技園A2-A3鋼連廊項目為例,在鋼連廊施工過程中,對超大型構(gòu)件液壓同步提升施工技術(shù)進行了探究和分析,旨在解決部分鋼連廊常規(guī)起重設(shè)備無法完成整體吊裝的問題。

1 工程概況

建工科技園科技產(chǎn)業(yè)區(qū)項目位于揚州市廣陵區(qū)文昌東路北側(cè),臨灣路東側(cè),迎賓路南側(cè),總建筑面積約249 168.99m2,其中地上148 804.11m2,地下2層、建筑面積為100 364.88m2,容積率為3.07,建筑密度45.00%,綠地率15.10%。本工程主要包括A1,A2,A3,A4 4棟主樓,1棟綜合商業(yè)樓。其中A1樓17層,規(guī)劃高度84m;A2,A3樓23層,規(guī)劃高度114m;A4樓15層,規(guī)劃高度69.9m;綜合商業(yè)樓5層,規(guī)劃高度24m。設(shè)計使用年限為50年,建筑結(jié)構(gòu)及各類商業(yè)部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全等級和重要性系數(shù)分別為一級和1.1。其余部分均為二級,重要性系數(shù)為1.0。各單體耐火設(shè)計級別為一級。

GZ137地塊(建工科技園)A2-A3鋼連廊(見圖1,2),位于A2,A3樓間,跨度43.7m,自重約400t,連廊上弦混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)高99.300m(屋面層),下弦混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)高90.450m(22層),其中22層層高4.5m,23層層高4.35m,連廊主梁軸線寬度8.4m,兩側(cè)各外挑1.25m。

圖1 鋼連廊整體模型

圖2 鋼連廊竣工效果

由于鋼連廊跨度大、自重大、施工復(fù)雜且采用常規(guī)設(shè)備無法完成整體吊裝,經(jīng)多方論證,確定鋼連廊部分施工思路為:場外加工,場內(nèi)拼裝,主連廊部分整體安裝,一次成活;次結(jié)構(gòu)部分散吊散拼。即主連廊上弦柱頭分成2段,在場外加工制作完畢后,運至現(xiàn)場,在兩塔樓間23層高位置先行安裝。剩余上弦及下弦部分,將主梁、次梁、腹桿、加勁板、壓型鋼板施工完畢后,運用計算機控制液壓同步安裝技術(shù),采用4組液壓千斤頂整體安裝。次結(jié)構(gòu)及圍護結(jié)構(gòu)安裝需塔式起重機配合施工。

2 液壓同步提升數(shù)值模擬

為保證鋼連廊施工過程安全性,利用SAP2000結(jié)構(gòu)分析軟件對提升結(jié)構(gòu)及支架進行建模分析,根據(jù)結(jié)構(gòu)豎向位移及桿件應(yīng)力比等,驗算各構(gòu)件施工過程穩(wěn)定性。

2.1 被提升結(jié)構(gòu)驗算

2.1.1原結(jié)構(gòu)提升驗算

由圖3a可知,正式提升過程桁架結(jié)構(gòu)豎向最大變形為97.5mm>L/400,不滿足提升要求;由圖3b可知,正式提升過程中,結(jié)構(gòu)有18根桿件應(yīng)力比為0.83,不滿足提升要求。

圖3 原結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果

2.1.2加固后結(jié)構(gòu)驗算

圖4a中藍色桿件截面為原結(jié)構(gòu)設(shè)計桿件,紅色、綠色桿件為臨時加固桿件,材質(zhì)均為Q355s,其中紅色桿件截面為H650×650×30×30,綠色桿件截面為H400×400×13×21。

圖4 加固后結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果

由圖4b可知,正式提升過程中桁架結(jié)構(gòu)豎向最大變形25.03mm

2.2 支撐結(jié)構(gòu)體系驗算

2.2.1支撐結(jié)構(gòu)驗算

由圖5a可知,正式提升過程中支撐結(jié)構(gòu)體系豎向最大變形11.96mm

圖5 支撐結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果

2.2.2加固后支撐結(jié)構(gòu)驗算

由圖6a可知,正式提升過程中支撐結(jié)構(gòu)體系豎向最大變形為10.07mm

圖6 加固后支撐結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果

3 液壓同步提升系統(tǒng)

3.1 主要設(shè)備

液壓同步提升系統(tǒng)主要設(shè)備包括TJJ-2000型液壓提升器、TJV-60型液壓泵源系統(tǒng)、YT-1型計算機同步控制系統(tǒng)。

3.2 主要技術(shù)

3.2.1液壓同步提升技術(shù)

液壓同步提升技術(shù)采用液壓提升器進行提升,并通過柔性鋼絞線實現(xiàn)承重,在液壓提升器兩端采用楔形錨具鎖緊,保證提升過程的安全可靠。液壓提升器行程長度為250mm,重物通過液壓提升器周期重復(fù)運動實現(xiàn)整體提升(見圖7,圖中L為1個行程,為250mm)。相比其他提升設(shè)備,液壓同步提升系統(tǒng)具有自重小、安裝方便等優(yōu)點,并且適用于一些常規(guī)起重設(shè)備無法完成的高空安裝任務(wù)。

圖7 液壓同步提升過程示意

3.2.2計算機同步控制技術(shù)

液壓同步提升技術(shù)檢測設(shè)備為行程和位移傳感器,并結(jié)合計算機控制系統(tǒng)進行自動化操作。該技術(shù)為實現(xiàn)同步動作、應(yīng)力控制、姿態(tài)矯正等多種功能,采用數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞方式。液壓同步控制系統(tǒng)在中央控制室內(nèi),可供操作人員觀察提升過程和發(fā)布控制指令(見圖8)。該技術(shù)具有高度智能化和自動化程度,能大大提高鋼連廊提升過程安全性及工作效率。液壓同步提升原理如圖9所示。

圖8 液壓同步提升控制系統(tǒng)人機界面

圖9 液壓同步提升原理

4 鋼結(jié)構(gòu)液壓提升施工

4.1 液壓提升設(shè)備安裝

1)液壓提升器與梁鋼絞線孔中心對齊,并根據(jù)液壓鎖方位調(diào)整位置。

2)提升地錨與地錨吊具鋼絞線孔中心對齊,底部采用壓板進行固定,當(dāng)固定提升地錨時,為使提升地錨可自由轉(zhuǎn)動,需使提升地錨與下吊具間有一定間距。

3)須于液壓提升器旁安裝導(dǎo)向架,并且導(dǎo)出方向需方便安裝傳感器等,同時不影響鋼絞線下墜。導(dǎo)向架最上方橫桿需與天錨高度相差1.5～2m(總高度約3.5m),距離液壓提升器位置需偏移0.4m左右,以確保鋼絞線可沿導(dǎo)向架導(dǎo)出及導(dǎo)向架移動。

4.2 提升過程控制要點

為保障鋼結(jié)構(gòu)在提升過程中的安全性,采用吊點油壓均衡、結(jié)構(gòu)姿態(tài)調(diào)整、位移同步控制、分級卸載就位策略,采用特定算法以實現(xiàn)對鋼連廊提升姿態(tài)和荷載控制。鋼連廊提升過程中,為確保鋼連廊吊裝安全性,需保證泵站同一電機的各吊點受力均勻、鋼連廊在提升過程中保持穩(wěn)定、各吊點盡可能保持同步。

4.2.1提升前準(zhǔn)備及檢查

提升結(jié)構(gòu)前,須對提升系統(tǒng)及提升設(shè)備進行檢查和調(diào)試,以確保提升過程的安全性和順暢性。

1)提升器 在下錨固定情況下,需松開上錨,啟動泵站,調(diào)節(jié)壓力。然后檢查提升器主油缸油管是否正確連接,并檢查截止閥是否正常。還要調(diào)試變頻器,確保在電流變化時,能調(diào)節(jié)對應(yīng)提升器伸縮缸速度。

2)導(dǎo)向架 需檢查其與提升器安裝是否正確,同時確保鋼絞線能順暢導(dǎo)出。

3)鋼絞線 提升前必須認真檢查鋼絞線,確保鋼絞線無松股、彎折等問題,并且外表無電焊疤等影響承重缺陷。

4)地錨 需檢查吊具安裝是否正確,同時確保錨片能鎖緊鋼絞線。

5)管線及閥塊 由于運輸過程中的振動和摩擦等原因,個別閥塊或硬管接頭可能會出現(xiàn)松動現(xiàn)象,因此需進行逐一檢查,并擰緊。同時檢查溢流閥調(diào)壓彈簧是否處于完全放松狀態(tài),并檢查各設(shè)備電纜線、控制線和油管連接是否正確。檢查手動操作同步控制系統(tǒng)主控制器中按鈕及各電磁閥和截止閥是否正常。檢查截止閥與提升器編號是否逐一對應(yīng)。

6)臨時設(shè)施 檢查上、下吊點安裝情況,同時還要檢查提升構(gòu)件加固情況。

4.2.2預(yù)提升

在預(yù)提升過程中,需觀察和監(jiān)測鋼連廊、提升設(shè)施和設(shè)備系統(tǒng),以保證與模擬工況計算和設(shè)計條件相統(tǒng)一,以保證鋼連廊在提升過程中的安全性。

根據(jù)主體結(jié)構(gòu)理論荷載對各吊點處設(shè)備進行20%,40%,60%,80%分級加載。在確保各情況均正常后,才進行90%,100%加載,直至鋼連廊全部離地。在分級加載時,當(dāng)出現(xiàn)各點離地高度不同情況時,降低鋼連廊提升速度,觀察各點離地高度,必要時采取單點動提升方式。

鋼連廊提升離開拼裝胎架約50mm后,暫停提升,并停留12h進行全面檢查。停留期間,組織專業(yè)人員對提升支架、鋼結(jié)構(gòu)及提升設(shè)備等進行檢查。停留期結(jié)束后,經(jīng)起吊指揮部確認各專業(yè)組匯總檢查結(jié)果無誤后,下達正式提升命令。

4.2.3正式提升

為確保鋼連廊提升過程的安全性,整個提升過程需不斷對以下方面進行檢查和監(jiān)測。

1)各吊點提升器需受荷均勻,以確保鋼結(jié)構(gòu)受力平衡。

2)上吊點平臺需整體穩(wěn)定,以防鋼結(jié)構(gòu)在提升過程中出現(xiàn)晃動或傾斜。

3)鋼連廊提升過程需整體穩(wěn)定,包括提升速度、提升高度等,以確保鋼結(jié)構(gòu)在提升過程中的安全性。

4)吊點在計算機控制下需同步,以確保各吊點運動同步。

5)檢查系統(tǒng)噪聲情況,以確保各部件的正常運行。

6)認真檢查和仔細觀察承重系統(tǒng),確保其正常運行。

7)檢查液壓動力系統(tǒng)運行情況,以確保提升設(shè)備穩(wěn)定性和安全性。

4.2.4提升就位

一旦鋼結(jié)構(gòu)同步提升接近設(shè)計位置,應(yīng)暫停提升,對每個吊點進行微調(diào),以確保結(jié)構(gòu)精確到達設(shè)計位置。此時,提升設(shè)備應(yīng)暫停并鎖定,以維持結(jié)構(gòu)在空中姿態(tài)穩(wěn)定不變。最后,需進行鋼連廊后補桿件對口焊接。

4.2.5分級卸載

與提升過程相同,卸載過程同樣采用20%,40%,60%,80%的分級卸載方式,卸載時需時刻觀察各部分狀況,確認無異常后才能繼續(xù)卸載至100%。鋼連廊施工竣工效果如圖10所示。

圖10 鋼連廊施工竣工效果

5 結(jié)語

本工程采用液壓同步提升技術(shù),相較于其他施工方式,該技術(shù)具有以下優(yōu)勢:①在樓面進行主要鋼結(jié)構(gòu)拼裝、焊接等工作,施工效率高,質(zhì)量易保證;②鋼連廊構(gòu)件可在樓面進行預(yù)安裝,極大地減少了吊裝工作量,大大縮短了鋼連廊施工周期;③整體提升能減少所需臨時設(shè)施安裝量,有利于降低施工成本。