超高層屋頂鋼結構天線滑移提升施工工藝

摘要：超高層建筑樓頂高聳尖塔一般為鋼結構，由圓型主桅桿及其支持框架構成。由于尖塔桅桿的高度超過了塔吊施工的起升能力，無法利用塔吊在高空直接拼裝。為解決這一難題，筆者研制了鉆石頂鋼結構天線滑移提升施工技術，在此技術基礎上總結提高形成本工法。工程通過采用鋼結構天線滑移提升施工技術，在屋頂狹窄的空間完成了鋼結構的吊運和提升等一系列高難度工作，避免了屋頂天線高空施工的安全風險，對今后類似工程具有一定的借鑒作用，同時也取得了良好社會效益。

關鍵詞：超高層；屋頂；鋼結構天線滑移提升；工法

引言

本工法適用于沒有塔吊等起吊安裝條件且設有鋼桅桿的尖塔類高聳構筑物的安裝工程。工藝原理是利用自升式塔吊的標準節加節原理進行設計施工的，在屋頂狹小的空間上預埋鐵件，安裝一個提升井架作為提升支架。并安裝提升葫蘆和卷揚機作為液壓傳動進行鋼結構天線的提升倒裝。在鋼結構最上一節（二節）和鋼結構頂后，利用液壓提升器作為提升機具，柔性鋼絞線作為承重索具。液壓提升器為穿芯式結構，以鋼絞線作為提升索具和提升裝置逐段進行倒裝。提升過程中，通過液壓控制系統進、回油使自鎖式液壓千斤頂往復運動。鋼絞線在千斤頂進油時完成上升移動，在千斤頂回油時自鎖不下滑。通過液壓千斤進、回油的不斷循環，使鋼絞線不斷提升，從而帶著鋼結構同步上升，直到每節鋼結構的高度即可進行組焊。對接組焊后，松開液壓千斤頂自鎖裝置，就可以將提升桿落下，再進行下一結構的提升倒裝。

1工法特點

⑴由于鋼結構天線在樓面上分段倒裝拼裝焊接，便于使用機械化焊接作業，從而使焊接質量和裝配精度及焊縫探傷檢測精度上更容易得到保證，而分段吊裝由于高空作業，無論構件拼裝精度，還是焊接質量及測控精度上都難以得到有效保障。

⑵鋼柱結構主要的拼裝、焊接及油漆等工作相當于在地面進行，施工效率高，安全防護工作易于組織，施工質量得到保證；

⑶采用“超大型構件液壓同步提升施工技術”安裝鋼柱，技術成熟，安全性有充分的保障；

⑷采用液壓提升吊裝，將高空作業量降至最少，加之液壓整體提升作業絕對時間較短，能夠有效保證鋼柱的安裝工期；

⑸液壓同步提升設備設施體積較小，機動能力強，倒運和安裝方便。而且天線爬梯可以設置在內部比設施在外面美觀且安全。

⑹采用自鎖式液壓千斤頂提升。安全可靠，施工中途停升調整或現場突然停電，提升的鋼結構在任意高度位置可自鎖，不會發生鋼結構下滑的安全事故，消除工人高度緊張的精神壓力，減輕勞動強度提高工作效率。

⑺液壓提升操作和監控只需幾個人，減少了勞動力投入降低施工成本。

⑻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。

⑼采用采用液壓提升吊裝，將高空作業量降至最少，加之液壓整體提升作業絕對時間較短，能夠有效保證鋼柱的安裝工期。

⑽液壓提升設備體積小、自重輕、承載能力大，特別適宜于在狹小空間或室內進行大噸位構件牽引提升安裝

2工藝流程及操作要點

2.1工藝流程

圖2.1工藝流程

⑴在芯筒小屋面樓層結構施工時按照技術方案在樓層上的相應位置布置提升井架的預埋件。

⑵提升支架主肢與埋件焊接固定，以承受提升鋼結構天線時支架傳遞的垂直和水平荷載。由于提升支架承受水平風載，由此可能引起埋件的垂直拉力，所以埋件設計時必須考慮一定的抗拔力和抗水平力。

⑶提升支架為格構式結構形式，中心距為4.7m*4.3m，主肢截面為鋼管Φ351*12，橫桿、斜桿為Φ159*10。支架頂安裝下托梁、上托梁、提升梁，和格構柱形成穩定的受力體系，如下圖2.2

⑷安裝提升支架，與樓面預埋件焊接固定。支架柱頂設置上、下托梁和提升梁，上面放置提升器。

圖2.2提升支架平面示意圖

⑸連接提升器泵站等設備，調試，檢查，確保一切正常后，準備提升。分級加載提升器，使天線上部第一節變截面段離開樓面。檢查液壓提升設備，確保正常后，準備正式提升作業。

⑹利用提升支架安裝鋼結構天線的變截面段，天線變截面段安裝好后，在底部的相應位置焊接提升牛腿，鋼絞線穿入牛腿，地錨和提升器通過鋼絞線連接。

⑺正式同步提升鋼結構天線，使其頂高2.1m左右（提升高度略大于第一分段的高度即可），停止提升。第二分段鋼柱滑移進入提升支架內，至第一分段的正下方。提升器下降作業，微調，使鋼柱分段坐落于下部的第二分段上，并焊接固定。

⑻檢查提升設備，確保正常后繼續提升，方法如前，提升高度約2.1m左右，停止提升。第三分段鋼柱滑移進入提升支架內，至第二分段的正下方。提升器下降作業，微調，使第一、二分段鋼柱坐落于下部的第三分段上，并焊接固定。

⑼如前步驟，提升倒裝前三個分段鋼柱，并把第四分段滑移至倒裝位置，下降提升器，使前三個分段坐落于第四分段上。在第四分段上焊接提升牛腿，提升器下降，然后提升牛腿連接。

⑽重復如上述步驟，倒裝最后的鋼柱分段，下降提升器，使整個天線鋼柱坐落就位于安裝樓層上。

拆卸提升設備、提升臨時設施等。天線鋼柱倒裝液壓同步提升安裝完畢。

2.2操作要點

為了完成如此超高鋼結構天線的整體提升以及構件的滑移，需充分考慮提升和滑移過程中的各個環節，方案的優劣將直接影響到整體提升過程中的結構穩定和施工安全性，因此，對整體提升應慎重考慮，提升方案應保證足夠的安全、可靠性，根據以往重大工程類似的施工經驗，我們將主要從以下幾個方面來加強現場管理。

⑴體施工工況的分析

施工前充分驗算天線鋼柱在提升過程中的鋼結構應力和變形是否滿足施工工況要求、風載下鋼柱的受力情況、抗風桁架（樓頂自身的桁架）是否滿足極端風荷載情況下的提升工況、考慮極限工況即提升不同步的情況下的結構分析等。根據詳細的計算分析，配置相應的提升設備，編制具體的提升實施方案。

⑵提升支架的設計及設置

提升支架的設計關系到整個提升過程的安全穩定性，如何設置支架的跨度、位置、高度及臨時穩定桿是本工程的重點。如下圖

圖2.3提升支架平面示意圖

⑶提升吊點的設置

合理確定提升點的位置，是整體提升施工中相當重要的工序，它直接關系到提升階段結構的穩定、提升支架的高度、臨時構件的材料用量以及施工安全性。

⑷提升過程的控制及監測

提升過程的控制及監測有利于觀測提升過程中的結構變形及結構受力情況，通過監測手段以確定提升過程中的各項指標，并確保提升過程中的整體同步性。

⑸提升支架

提升支架的設計主要考慮支架在提升過程中的承重能力、支架的整體剛性及穩定性。支架的高度越高，一次提升的高度越高，所需置換牛腿的數量越少，但是支架的穩定性越差。所以必須綜合考慮，選擇合適的高度，在保證工程實施的安全前提下，達到材料用量最少。

⑹提升支架基礎

提升支架設置在樓層上，所以需要在樓層上預先設置埋件，支架立柱與埋件焊接，與樓層牢固連接，以承受提升過程中的垂直荷載和水平荷載。

⑺抗風桿

鋼柱提升過程中，為了抵抗風載施加于鋼柱上的水平荷載，必須設計抗風桿。在提升支架的頂部和底部位置設置兩層抗風桿。由于在提升過程中，錐形段鋼結構天線與抗風桿的接觸點是變化的，變化距離為550mm，所以抗風桿必須設計成可調節的形式。

⑻提升上吊點

提升上吊點設置在提升支架上的提升梁上，地錨放置在梁上，通過鋼絞線與提升下吊點連接。本工程中，采用TJJ-600型提升器，地錨的外形尺寸為Φ200*170。

⑼提升下吊點

提升下吊點的數量及設計位置主要從兩方面進行考慮，其一，主要考慮提升設備的提升能力要求；其二，需考慮提升過程中柱體的變形控制。本方案中通過多方案的比選及計算結構表明，采用4吊點的方案，圓周均勻布置，角度為90°。

⑽提升過程的控制和監測

提升過程的控制及監測有利于觀測提升過程中的結構變形及結構受力情況，通過監測手段以確定提升過程中的各項指標，并確保提升過程中的整體同步性。

⑾提升過程的同步性

對于天線鋼柱在提升倒裝過程中的同步性，依靠液壓提升系統本身的計算機同步系統來控制（詳見液壓同步控制系統說明），并架設經緯儀隨時跟蹤監測提升過程中的鋼柱中心偏移量。加載過程中各項監測數據均應做好完整記錄。

a.液壓同步提升施工技術采用行程及位移傳感監測和計算機控制，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。

b.操作人員可在中央控制室通過液壓同步計算機控制系統人機界面進行液壓提升過程及相關數據的觀察和（或）控制指令的發布。

3效益分析

某188工程由兩幢帶有鉆石頂鋼結構鋼管天線的AB樓組成，鉆石頂分為鋼管鉆石型框架和鋼管天線組成。A樓鉆石型框架由φ377×14，φ273×12，φ219×12鋼管組成標高為238.5m，重約274.45t；天線由φ2600×30，φ2600×25，φ2600～700×25組成標高為282m，重約：164.75。B樓鋼管鉆石型框架由φ377×14，φ426×14，φ159×8，φ203×10，φ273×10，φ180×10，φ159×8等鋼管組成標高為211.68m，重約150t，B樓天線由φ1800×25，φ1800～720×25組成標高為240m，重約：110t。

采用本工法，使整根天線截面變化均勻美觀精致的目的，并且增加了天線內爬梯施工的安全性和降低了施工難度。天線可以設置在內部比設施在外面美觀且安全。整個施工安全無事故，質量優良，應用情況均良好。取得了良好的社會與經濟效益。本工法，雖然只在AB塔樓屋頂應用兩次，但是通過專家鑒定為達到國際先進技術水平的成熟技術，因此通過兩項應用案例，可以推廣為工法到所有類似工程應用。