大型預應力張弦鋼結構滑移、同步提升技術

吳大剛, 李建亭, 葛志鵬, 張紅梟

(中國建筑第八工程局有限公司西南分公司, 四川成都 610000)

大型預應力張弦鋼結構滑移、同步提升技術

吳大剛, 李建亭, 葛志鵬, 張紅梟

(中國建筑第八工程局有限公司西南分公司, 四川成都 610000)

某工程建筑中庭頂(七層樓面)有大型吊掛式預應力張弦鋼結構采光天窗，由于現場作業面狹小，無法提供足夠的拼裝作業面，塔吊距離天窗安裝位置較遠，無法起吊太大的鋼構件，工期也比較緊。若按照傳統方法施工，措施工程量非常大，且高空作業量很大。為加快采光天窗的施工速度，降低相應措施成本，提高施工質量，根據現場實際情況及結構形式，特采用滑移拼裝+整體提升的施工方法安裝天窗鋼結構。

城市綜合體; 采光天窗; 鋼結構; 累積滑移; 同步整體提升

1 工程概況

某工程為城市綜合發展項目A1A2A3地塊工程，天窗位于整個A1裙房中部，平面位于E-J軸/13-22軸之間，北邊為屋頂標高35 m的宴會廳區域，南邊為7層混凝土結構，其西邊是A1塔樓。

天窗下部樓板根據建筑設計全部中空，天窗為此區域的屋頂圍護結構，起到采光和封閉建筑的作用。

天窗結構長度76.500 m，最大跨度32.800 m，總面積1 759.4 m2，總共240 t。空間鋼網格主要由方管構件拼裝組成，標高+32.750，網格平面尺寸約為3 m×3 m,截面采用方鋼管截面。預應力拉索桁架跨度有兩種，15軸桁架跨度為23.8 m，其余跨度均為17m。預應力拉索桁架桿件包括有上弦桿、下弦預應力索、斜拉桿和豎向撐桿。

2 主要施工工藝技術

根據結構的布置形式和天窗結構對應的下方混凝土結構布置情況，將天窗安裝分為3個區域，分別為A1-1區、A1-2區和A1-3區。其中A1-1區為累積滑移區域，A1-2區為樓面拼裝區，A1-3區為天窗提升就位后在吊裝區域(圖1)。

圖1 天窗拼裝分區示意

2.1 現場拼裝滑移技術

2.1.1 滑移拼裝及軌道安裝

在建筑5層樓面13軸～14軸有樓板區域搭設拼裝胎架，并在平行于H軸和F軸的樓板邊緣安裝滑移軌道。每條軌道從13軸開始鋪設，一直鋪設至17軸線(圖2)。滑移軌道鋼梁采用焊接H型鋼，規格為H 600×400×12×20，軌道梁和下部胎架焊接固定。軌道梁下部設置轉換橫梁，橫梁截面H 400×300×10×14。滑移軌道采用43 kg/m軌道，軌道通過壓板與熱軋H型鋼軌壓緊連接，壓板間距為800 mm。

圖2 滑移拼裝胎架及軌道布置

考慮到天窗滑移單元兩邊牛腿間距過大，而拼裝平臺寬度較窄，因此兩邊加焊臨時牛腿并設置滑靴保證整個天窗結構滑移。共設置18個滑靴，每邊各9個滑靴，保證了整個滑移區天窗架在軌道上滑移。

2.1.2 爬行器選用及布置

2.1.2.1 滑移推力統計

在滑移過程中，頂推器所施加的推力和所有滑移座與滑道間的摩擦力f達到平衡。

摩擦力f=滑移座在結構自重作用下豎向反力×1.2×0.15。

滑移座與滑軌之間的摩擦系數偏安全考慮取為0.2，1.2為自重放大系數。

滑移單元的重量約為90 t，則頂推滑移過程中所需的頂推力為：

f=90×1.2×0.2=21.6 t

單個滑移單元每條滑道上設置1個頂推點，每個頂推點配置1臺RY 30-600型液壓頂推器，單個滑移單元共配置2臺。單臺RY 30-600型液壓頂推器的額定頂推驅動力為30t，則頂推點的總頂推力設計值為60t>21.6t,能夠滿足滑移施工的要求。

單個提升單元各條滑道所需頂推力見表1。

表1 滑移區滑道頂推力統計

2.1.2.2 液壓爬行器布置

滿足鋼網格天窗累積滑移驅動力的要求，盡量使每臺液壓爬行器受載均勻；盡量保證每臺泵站驅動的液壓爬行器數量相等，提高泵源系統利用率。在總體布置時，要認真考慮系統的安全性和可靠性，降低工程風險。

2.1.3 滑移同步控制

2.1.3.1 同步控制策略

液壓滑移同步控制應滿足兩點要求：(1) 盡量保證各臺液壓牽引器均勻受載；(2) 保證各個滑移點保持同步。

控制系統根據一定的控制策略和算法實現對設備滑移的姿態控制和荷載控制。在液壓爬行過程中，從保證安全角度來看，應滿足兩點要求：(1) 保證各個推進點均勻受載；(2) 保證推進結構的姿態穩定，使在滑移過程中能夠保持同步。

根據以上要求制定控制策略為：將E軸線上的液壓爬行器1號設定為主令點1，其余液壓爬行器設為從令點，在計算機控制下從令點以位移差跟蹤主令點，保證每個牽引點在滑移過程中始終保持同步(同步精度為±5 mm)，保證鋼桁架在整個滑移過程中的穩定和平衡。

2.1.3.2 同步測控

在滑板上設置容柵旋轉位移傳感器，將磁鐵吸附在滑道上，保持純滾動，形成位移反饋、速度控制的計算機閉環系統，隨時進行滑移過程的測控。

牽引器同步采用液壓牽引系統本身的計算機系統控制，同步精度可控制在10mm以內。

監測儀器為瑞士萊卡儀器廠的TC 2000全站儀，其測量邊精度為3mm+2×10-6，測角精度為1″，可自動記錄并處理觀測數據，具有精度高、速度快的特點，可以滿足監測的精度要求。

2.1.3.3 計算機同步控制系統

液壓同步滑移施工技術采用計算機控制，通過數據反饋和控制指令傳遞，可全自動實現同步動作、負載均衡、姿態矯正、應力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能(圖3)。

圖3 液壓牽引控制系統組態人機界面

2.2 液壓同步整體提升技術

“液壓同步提升技術”采用穿芯式結構液壓提升器作為提升機具，以柔性鋼絞線作為提升承重索具，有著安全、可靠、承重件自身重量輕、運輸安裝方便、中間不必鑲接等一系列獨特優點。液壓提升器兩端的楔型錨具具有單向自鎖作用，當錨具工作(緊)時，會自動鎖緊鋼絞線；錨具不工作(松)時，放開鋼絞線，鋼絞線可上下活動。當液壓提升器周期重復動作時，被提升重物則一步步向前移動。本工程液壓提升器一個行程距離為30 cm，正式提升速度約為8 m/h。

2.2.1 相關提升技術參數

天窗滑移部分就位后，與其他天窗結構對接拼裝成為整體結構，對整體結構進行提升。提升點位布置依據原結構中拉桿和吊柱的位置，共設18個提升點(圖4)，每個提升點布置1臺40 t油缸。

圖4 天窗提升點布置

油缸及鋼膠線性能見表2、表3。

表2 油缸性能

表3 鋼絞線性能

根據上海市工程建設規范《重型結構(設備)整體提升技術規程(DG/TJ08-2056-2009)》，第7.1.3規定總提升能力(所有提升油缸總額定載荷)應不小于總提升荷載標準值的1.25倍，且不大于2倍；第7.1.2規定提升油缸中單根鋼絞線的拉力設計值不得超過其破斷拉力的50%。因此此提升能力儲備系數及鋼絞線的安全系數完全滿足大型構件提升工況的要求。

2.2.2 泵站的布置

結合本工程提升油缸的布置，共準備5臺液壓泵站，流量為80 L/min。泵站為雙泵、雙比例閥和雙路液壓泵站，兩路既能夠獨立使用，也能夠合并使用。

根據上述液壓泵站配置，提升速度可達3～5 m/h。泵站技術參考見表4。

表4 泵站技術參數

2.2.3 提升同步控制

提升控制系統見圖5。

圖5 計算機同步控制系統

(1) 地面布置1臺計算機控制柜，從計算機控制柜引出比例閥通訊線、電磁閥通訊線、油缸信號通訊線、工作電源線。

(2) 通過比例閥通訊線、電磁閥通訊線將所有泵站聯網。

(3) 通過油缸信號通訊線將所有油缸信號通訊模塊聯網。

(4) 通過電源線將所有的模塊電源線連接。

當完成傳感器的安裝和現場實時網絡控制系統的連接后，計算機控制系統的布置就完成。

2.3 預應力張拉技術

預應力張拉進行2級張拉，不考慮結構屋面荷載，長跨最大鋼拉桿張拉力為696 kN，短跨最大張拉力475 kN，每榀預應力桁架在拼裝滑移時張拉90%，提升完畢后張拉至設計值。

鋼拉桿的安裝端位于桿的兩端，采用的叉耳式索頭。安裝前檢測耳板的厚度是否與索頭配套，若有差別盡快調整。安裝時將套筒松開一定的長度以便于安裝。鋼拉桿的張拉端位于中間的連接套筒處，張拉工裝及張拉操作均在此處進行。

張拉端在拉桿的中間，張拉節點位于徑向桿連接套筒處。施加預應力的方法是：根據設計張拉力的值，通過油泵將油壓傳給兩個千斤頂，然后調節自身的調節套筒達到所要施加的力。

由于工程張拉設備組件較多，因此在進行安裝時必須小心安放，使張拉設備形心與鋼拉桿重合，以保證預應力鋼拉桿(索)在進行張拉時不產生偏心。

在油泵啟動供油正常后，開始加壓，當壓力達到鋼拉桿(索)設計拉力時，超張拉5%左右，然后停止加壓。張拉時，要控制給油速度，給油時間不應低于0.5min。

3 施工體會

通過對該項目的實施，對安裝高度高、跨度較大、施工場地狹小的城市綜合體屋頂采光天窗的滑移、整體提升等施工方法進行了驗證，達到了提高工作效率、降低施工成本、保證施工質量及安全的目的，特別適用于大型公共建筑、城市綜合體、體育場館等大體積建筑屋頂天窗或屋蓋結構的安裝。

本施工方法是將傳統的搭設滿堂支撐架作為操作平臺進行高空散拼，根據現場實際情況及結構特點調整為先在最高樓板面上進行滑移拼裝，然后在進行整體提升的施工方法。此施工方法符合社會可持續發展要求，節約施工成本，縮短施工工期，同時保證施工質量和安全。這種滑移+提升相結合的施工方法在類似結構施工中上屬首次。

[1] 吳欣之.現代建筑鋼結構安裝技術[M].中國電力出版社，2009.

[2] GB 50755-2012 鋼結構工程施工規范[S].

吳大剛，男，大學，工程師。

758.11

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[定稿日期]2015-11-30