大跨度高空鋼結(jié)構(gòu)多連廊提升技術(shù)

劉 寧，錢(qián)建芳

（浙江寶業(yè)建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 紹興 312000）

0 引言

隨著我國(guó)建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，高層連廊越來(lái)越多地應(yīng)用在建筑中，高層連廊朝著更高、跨度更大、更復(fù)雜的方向發(fā)展，相伴隨地出現(xiàn)了新的結(jié)構(gòu)形式、新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝，對(duì)施工有著更高的要求［1-3］。本文以紹興瑞豐銀行大樓工程鋼結(jié)構(gòu)連廊為研究對(duì)象，詳細(xì)闡述大跨度高空鋼結(jié)構(gòu)多連廊提升技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)連廊分段拆分及預(yù)拼裝施工模擬、提升吊點(diǎn)驗(yàn)算、全過(guò)程提升方案模擬、施工測(cè)量檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，并給出了一套質(zhì)量精度高、安全可靠的施工方法和措施，可為其他類(lèi)似大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊安裝提供參考。

1 工程概況

紹興瑞豐銀行大樓工程由南（15 層）、北（21 層）兩棟塔樓構(gòu)成，塔樓間采用鋼連廊連接，總建筑面積 73 626.57 m2。南北塔樓間在 16 層、13 層、11 層、9 層、7 層、5 層、3 層共設(shè)大小 8 個(gè)鋼連廊，其中：大連廊 2 榀，為空間桁架結(jié)構(gòu)，寬 4.5 m，高 2.45 m，跨度 18 m，重約 71 t，最大安裝高度為+73.5 m，分別設(shè)在④～⑤軸、⑧～⑨軸；小連廊共 6 榀，采用平面鋼筋桁架組合樓承板結(jié)構(gòu)，寬 4.5 m，跨度 22.5 m，重約 38 t，分別設(shè)置在④～⑤軸大連廊下 3～13 層（見(jiàn)圖1）。連廊形式如圖2～圖7 所示。

圖1 整體立面圖

圖2 大連廊結(jié)構(gòu)立面圖（單位：mm）

圖3 大連廊結(jié)構(gòu)平面圖（單位：mm）

圖4 大連廊三維示意圖

圖5 小連廊立面圖（單位：mm）

圖6 小連廊平面圖（單位：mm）

圖7 小連廊三維示意圖

2 安裝思路

項(xiàng)目共8榀連廊，最上一榀連廊的安裝標(biāo)高為+73.5 m，如果采用高空散裝法施工，高空吊裝、組拼、焊接工作量大，常規(guī)施工機(jī)械無(wú)法滿(mǎn)足吊裝要求。高空散裝需搭設(shè)胎架，鋼連廊自重大，胎架搭設(shè)困難，且存在很大的安全、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，難于施工。

為降低施工難度，采用主體結(jié)構(gòu)先行施工，鋼連廊后吊裝的施工方式。在南北塔樓主體結(jié)構(gòu)施工完成后，在首層樓地面上進(jìn)行鋼連廊整體拼裝，依次采用整體液壓同步提升技術(shù)進(jìn)行多連廊提升施工，不僅可節(jié)約工期、節(jié)省施工成本，并有利于施工質(zhì)量、安全的管控。

大連廊提升時(shí)，利用連廊預(yù)先安裝段及與其相接的主塔樓鋼管混凝土柱作為提升平臺(tái)，設(shè)置上吊點(diǎn)；在待提升的鋼連廊上部橫梁安裝提升臨時(shí)吊具作為下吊點(diǎn)，下吊點(diǎn)與上吊點(diǎn)位置上下對(duì)應(yīng)，采用專(zhuān)用鋼絞線(xiàn)連接，利用液壓同步整體提升技術(shù)，將待提升鋼連廊整體提升到位，同預(yù)先安裝段焊接連接，大連廊安裝完成（見(jiàn)圖8）。

圖8 大連廊提升立面示意圖（單位：mm）

小連廊在大連廊提升就位后再提升。小連廊提升時(shí)，利用安裝完成的大連廊作為小連廊提升平臺(tái)。在大連廊上部橫梁上設(shè)置上吊點(diǎn)，在小連廊上部橫梁上安裝提升臨時(shí)吊具作為下吊點(diǎn)，下吊點(diǎn)與上吊點(diǎn)位置上下對(duì)應(yīng)，采用專(zhuān)用鋼絞線(xiàn)連接，利用液壓同步整體提升技術(shù)，將待提升鋼連廊整體提升到位，同預(yù)先安裝段焊接連接，小連廊安裝完成。提升過(guò)程中，按 13 層、11 層、9 層、7 層、5 層、3 層的順序依次提升小連廊（見(jiàn)圖9）。

圖9 小連廊提升立面示意圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 連廊分段拆分及預(yù)拼裝技術(shù)

連廊整體提升考慮高空對(duì)接、整體穩(wěn)定及提升過(guò)程中避免構(gòu)件碰撞干涉等，對(duì)連廊進(jìn)行分段，分別分為支座預(yù)安裝段、整體提升段，提升就位后，將提升段與支座預(yù)安裝段焊接成整體（見(jiàn)圖10）。大連廊端部斜桿在提升就位后安裝，小連廊在與鋼管混凝土柱連接部位拆分。

圖10 大連廊分段圖（單位：mm）

大連廊在其安裝位置投影面正下方的地面上（標(biāo)高為-0.1 m）拼裝為整體。拼裝時(shí)采用 14 mm 厚鋼板對(duì)樓面拼裝位置進(jìn)行保護(hù)，選用 H 型鋼 HM488 ×300×11×18 作為拼裝胎架鋼梁，拼裝機(jī)械采用塔吊和 50 t 汽車(chē)吊，拼裝胎架如圖11 所示。

圖11 大連廊拼裝胎架（單位：mm）

小連廊在現(xiàn)場(chǎng)的指定位置完成拼裝，再采用滑移方式牽引至其安裝位置的投影面正下方標(biāo)高-0.100 m 的首層樓面上，進(jìn)行整體提升。

3.2 吊點(diǎn)設(shè)置及驗(yàn)算

大連廊提升，在主塔樓鋼管混凝土柱上焊接預(yù)拼裝段及立柱、斜撐桿、提升梁等支撐桿件形成吊裝牛腿，組成提升平臺(tái)（上吊點(diǎn)）。南北塔樓高度不同，提升平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)置不同。南塔樓提升平臺(tái)斜撐桿、拉桿、立柱采用 H200×200×8×12，提升梁采用 B200×200 ×10，水平加固桿采用 P102×6 圓管，鋼管混凝土柱上設(shè)置-30×1 200×1 200 的封板（見(jiàn)圖12）。北塔樓提升平臺(tái)斜撐桿、立柱采用 H200×200× 8×12，提升梁采用 B200×200×10，水平加固桿采用 P102×6 圓管，各桿件節(jié)點(diǎn)處設(shè)置 8 mm 厚加勁板。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（見(jiàn)圖13）。

圖12 南塔樓提升平臺(tái)三維示意圖

圖13 北塔樓提升平臺(tái)三維示意圖

大連廊下吊點(diǎn)通過(guò)專(zhuān)用吊具與桁架上弦桿焊接連接，吊具材質(zhì)為 Q345B，開(kāi)孔板要求底面平整，吊具焊縫為一級(jí)焊縫，吊具與提升單元采用二級(jí)熔透焊縫（見(jiàn)圖14）。

圖14 下吊點(diǎn)設(shè)置

小連廊提升時(shí)，在大連廊上弦桿上架設(shè)提升梁，形成提升平臺(tái)，提升梁與大連廊采用角焊縫焊接連接（見(jiàn)圖15）。

圖15 小連廊提升平臺(tái)三維示意圖

小連廊地面預(yù)拼裝完成后，在小連廊下設(shè)置提升梁作為提升的下吊點(diǎn)（見(jiàn)圖16）。

圖16 小連廊下吊點(diǎn)三維示意圖

提升梁采用 B200×200×10，材質(zhì)為 Q345B。

3.3 提升結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

3.3.1 大連廊提升平臺(tái)驗(yàn)算

采用結(jié)構(gòu)分析軟件 midas 對(duì)大連廊提升平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)算分析。大連廊提升平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮的荷載如下。

1）提升段自重D，自重乘動(dòng)力系數(shù) 1.35，由軟件自動(dòng)計(jì)算。

2）提升荷載標(biāo)準(zhǔn)值L，為結(jié)構(gòu)提升過(guò)程中傳遞到提升平臺(tái)頂部的最大豎向荷載，根據(jù)施工過(guò)程分析計(jì)算結(jié)果，支撐架豎向荷載F=137.5 kN。

3）風(fēng)荷載W，取十年一遇基本風(fēng)壓ω0=0.30 kN/m2，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz按 B 類(lèi)場(chǎng)地根據(jù)提升高度取值，風(fēng)振系數(shù)取βz=1.5，體形系數(shù)μs=1.92，風(fēng)荷載折算為線(xiàn)荷載施加在平臺(tái)構(gòu)件上。提升平臺(tái)驗(yàn)算模型如圖17 所示。

圖17 大連廊提升平臺(tái)驗(yàn)算模型

在最不利荷載組合情況下，XY方向綜合變形如圖18 所示，最大水平變形為 1.46 mm；豎向變形如圖19 所示，最大豎向位移為-2.26 mm。大連廊提升平臺(tái)應(yīng)力比云圖如圖20 所示，最大應(yīng)力比為 0.23，滿(mǎn)足承載力要求；屈曲分析如圖21 所示，支撐架整體穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)到 110，滿(mǎn)足穩(wěn)定承載力要求。

圖18 水平方向（XY）變形云圖（單位：mm）

圖19 豎向（Z）變形云圖（單位：mm）

圖20 應(yīng)力比云圖

圖21 屈曲分析圖

3.3.2 大連廊下吊點(diǎn)驗(yàn)算

根據(jù) GB 50017－2020《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，Q345 鋼板厚度為 16 mm 時(shí)，其抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值分別為 295 MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為 170 MPa。單個(gè)吊具最大使用載荷為 45 t，每個(gè)提升器穿 2 根鋼絞線(xiàn)。大連廊自重 71 t，共設(shè) 4 個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)承擔(dān)自重 17.75 t，經(jīng)計(jì)算每個(gè)吊具承擔(dān)的荷載為 33.6 t。開(kāi)孔及底錨作用面積：吊具鋼絞線(xiàn)開(kāi)孔直徑為 80 mm，底錨外徑為 110 mm。環(huán)形接觸面積A=4 476 mm2；擠壓應(yīng)力；兩塊側(cè)板的拉應(yīng)力為

采用結(jié)構(gòu)分析軟件 ansys 對(duì)下吊點(diǎn)進(jìn)行受力分析。經(jīng)驗(yàn)算，最大應(yīng)力為 230 MPa（局部應(yīng)力），最大變形為 0.2 mm。

3.3.3 小連廊提升驗(yàn)算

提升梁計(jì)算。按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算，每個(gè)提升梁承擔(dān)的豎向荷載設(shè)計(jì)值約 38 t，經(jīng)計(jì)算提升梁滿(mǎn)足要求。

同理，被提升梁經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足要求。

4 液壓提升技術(shù)

4.1 液壓提升原理

本工程中液壓提升設(shè)備采用 YS-SJ 型穿芯式液壓千斤頂作為提升器，采用鋼絞線(xiàn)作為提升承重索具，提升系統(tǒng)安全、可靠，安裝使用方便。

鋼絞線(xiàn)索具穿入提升器后，以楔型錨具與提升器相連。提升器內(nèi)設(shè)有上錨具和下錨具，錨具具有單向自鎖功能，非工作狀態(tài)下，錨具處于放松狀態(tài)，鋼絞線(xiàn)可上下自由活動(dòng)；工作狀態(tài)下，錨具自動(dòng)鎖緊，鋼絞線(xiàn)同錨具緊固鎖定。液壓提升原理如圖22、圖23 所示，液壓提升一個(gè)流程，相當(dāng)于提升器提升一個(gè)行程。當(dāng)提升器周而復(fù)始動(dòng)作時(shí)，被提升重物則逐步向上移動(dòng)。

圖22 液壓提升原理

圖23 液壓提升工作原理示意圖

4.2 計(jì)算機(jī)同步控制及傳感檢測(cè)系統(tǒng)

本工程中配置一套 YS-CS-01 型計(jì)算機(jī)同步控制及傳感檢測(cè)系統(tǒng)。液壓同步提升施工技術(shù)采用傳感監(jiān)測(cè)和計(jì)算機(jī)集中控制，通過(guò)數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作、負(fù)載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過(guò)程顯示和故障報(bào)警等多種功能。

本工程的液壓同步提升系統(tǒng)設(shè)備采用 CAN 總線(xiàn)控制、以及從主控制器到液壓提升器的三級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)中每一個(gè)液壓提升器的獨(dú)立實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，從而使得液壓同步提升過(guò)程的同步控制精度更高，實(shí)時(shí)性更好。

操作人員可在中央控制室通過(guò)液壓同步計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面進(jìn)行液壓提升過(guò)程及相關(guān)數(shù)據(jù)的觀(guān)察和控制指令的發(fā)布。通過(guò)計(jì)算機(jī)人機(jī)界面的操作，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、順控（單行程動(dòng)作）、手動(dòng)控制以及單臺(tái)提升器的點(diǎn)動(dòng)操作，從而達(dá)到提升單元整體提升安裝工藝中所需要的同步提升、空中姿態(tài)調(diào)整、單點(diǎn)毫米級(jí)微調(diào)等特殊要求（見(jiàn)圖24）。

圖24 液壓同步提升計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面

5 連廊提升檢測(cè)控制

因?yàn)檫B廊提升、安裝受大氣環(huán)境、矯正焊后變形等不確定因素的影響，拼裝尺寸采取地面拼裝尺寸與牛腿安裝尺寸上下匹配為準(zhǔn)，但連廊在提升過(guò)程中端部會(huì)發(fā)生微小的變形，為了滿(mǎn)足連廊提升后對(duì)口合攏工作，需在連廊提升過(guò)程中對(duì)連廊的端部變形量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)過(guò)程分為三個(gè)階段，在連廊提升至 1 m 高度、提升至 30 m 高度、提升至安裝高度時(shí)，分別測(cè)量連廊端部與預(yù)裝段對(duì)口的尺寸。在每次監(jiān)測(cè)結(jié)束后，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)已有成果分析得出的變形規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)等信息，以書(shū)面形式報(bào)相關(guān)部門(mén)研究處置，必要時(shí)重新調(diào)整預(yù)裝段安裝尺寸。

在提升過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)觀(guān)測(cè)液壓提升系統(tǒng)壓力變化情況、吊點(diǎn)工作狀態(tài)、連廊提升段的整體穩(wěn)定性、鋼絞線(xiàn)的垂直度、液壓提升設(shè)備的同步性、支撐牛腿的可靠性等，務(wù)必做到認(rèn)真檢查，仔細(xì)觀(guān)察，重點(diǎn)檢查各種傳感器及其導(dǎo)線(xiàn)。

6 注意事項(xiàng)

在施工前，對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，詳細(xì)講解鋼連廊整體提升工藝和施工方案。檢查作業(yè)安全設(shè)施設(shè)備及安全措施，施工區(qū)域應(yīng)設(shè)警戒線(xiàn)，警示標(biāo)識(shí)，并派專(zhuān)人監(jiān)護(hù)，非作業(yè)人員禁止進(jìn)入。上吊點(diǎn)提升平臺(tái)操作區(qū)域，應(yīng)當(dāng)設(shè)置符合安全標(biāo)準(zhǔn)的走道和防護(hù)欄桿，鋪設(shè)安裝、操作臨時(shí)平臺(tái)，可利用腳手架及跳板等搭設(shè)。

施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)安全監(jiān)控。吊裝作業(yè)時(shí)，任何人員不得在起重構(gòu)件、起重臂下或受力索具附近停留。提升過(guò)程中密切注意提升系統(tǒng)各設(shè)備的工作狀態(tài)，對(duì)壓力、荷載變化情況實(shí)時(shí)記錄，如有異常情況及時(shí)報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人。

鋼絞線(xiàn)作為鋼連廊整體提升主要承重結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取必要特殊保護(hù)，避免在提升安裝、電焊和氣割作業(yè)時(shí)發(fā)生損傷。

7 結(jié)語(yǔ)

瑞豐銀行大樓工程大跨度高空鋼結(jié)構(gòu)連廊采用地面拼裝、整體提升方法施工，克服了工期緊、連廊重量大、跨度大的難點(diǎn)，順利實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確提升就位，工程質(zhì)量和施工安全得到了很好的保障?？蔀槠渌?lèi)似大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊安裝參考。Q