淺談大型鋼結(jié)構(gòu)集成化整體提升

黃華

上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)聯(lián)合發(fā)展有限公司 上海 200120

引言

上海康德雙語學(xué)校綜合樓屋蓋結(jié)構(gòu)形式為雙層交叉型鋼桁架，提升鋼結(jié)構(gòu)總重量約為303噸、樓承板重量約為9噸。綜合樓屋頂桁架縱向4榀、橫向3榀，平面位置位于Y～AK軸線，縱向4榀桁架位于19、21、23、25軸線，桁架頂部標(biāo)高約21.750m；桁架整體提升到位后與兩端鋼柱牛腿焊接連接，提升高度約為13米。由于本項目場地原因無法使用大型機械，如使用現(xiàn)場塔吊進行常規(guī)分件高空散裝或高空組裝，桁架將需要分成數(shù)十段進行高空拼裝，將會大大提高本項目的安全質(zhì)量風(fēng)險，經(jīng)過多方論證最終確認采用整體提升技術(shù)進行安裝。

1 工程概況

本項目位于上海市浦東新區(qū)浦東新區(qū)北蔡御橋社區(qū)03A-01地塊，本項目西側(cè)為康意路，北側(cè)臨御路，南側(cè)御北路，東側(cè)為康恒珞，本次提升部位位于項目東北角，綜合樓屋頂，綜合樓共計5層，本次提升是在綜合館3層澆筑混凝土后，在3層樓面進行垂直方向原位拼裝，拼裝完成后安裝樓承板，然后進行提升[1]。項目效果圖如圖1。

圖1 項目效果圖

2 總體思路的確定

目前常用的大跨度型鋼桁架安裝施工技術(shù)有高空散裝、整體吊裝及整體提升等，選擇一種合適的安裝方法將會對后期的施工帶來巨大的影響。將上弦桿、腹桿、下弦桿分別進行現(xiàn)場高空散裝，高空作業(yè)多、危險系數(shù)大且安裝精度很難控制。將上弦桿、腹桿、下弦桿地面拼裝高空安裝，根據(jù)塔吊性能主桁架將要分成十段，胎架用量大且安裝、拆除所用周期長，對工程的進度及成本都會帶來不利影響。由于現(xiàn)場場地原因無法進行整體吊裝。整體提升多數(shù)工作將在三層平臺完成，可形成多點、多面流水施工且安裝安全性和安裝質(zhì)量也得到了有效的提升。綜合考慮工期、質(zhì)量、成本等因素，根據(jù)本項目的結(jié)構(gòu)特點，本項目決定采用超大型構(gòu)件液壓同步提升施工技術(shù)進行綜合館屋頂?shù)陌惭b[2]。

3 提升概況

本次提升主桁架長度30.64m，共計4榀，次桁架單條總長度約37米，共3榀。桁架整體由3層樓面標(biāo)高為（8.98m）提升至五層下弦下表面標(biāo)高為（19.23m）提升總高度10.25m，如圖2-圖4所示。

圖2 吊裝桁架平面圖

圖3 橫向桁架立面示意圖

圖4 縱向桁架立面示意圖

4 工程重難點分析

（1）由于本項目施工場地有限，大型吊機無法進場拼裝，型鋼桁架分段只能按照塔吊性能性能進行分段，分段數(shù)量較多，現(xiàn)場安裝精度不好控制現(xiàn)場焊接量較大。

（2）在提升至相應(yīng)標(biāo)高處，提升桁架與相應(yīng)牛腿有28處對接處，4榀主桁架，上弦桿及下弦桿總計16處，3榀次桁架總計12處，如何在提升到位后28個拼裝點都可以相應(yīng)位置對接，為本提升一大難點。

5 型鋼桁架拼裝思路

提升主桁架上弦桿、下弦桿均為BOX 400×500×40×40，腹桿為BH250×250×16×16和BH300×300×18×20。提升次桁架上弦桿、下弦桿均為BH400×450×16×38腹桿為BH200×200×12×14和BH250×250×14×16。主桁架連接次梁均為H型鋼，如圖5所示。

圖5 型鋼主桁架分段示意圖

型鋼桁架在三層樓面垂直原位拼裝，根據(jù)塔吊性能將上弦桿、下弦桿按照塔吊性能分段，所有腹桿全部在現(xiàn)場散裝，最后整體提升。由于整體拼裝是在三層樓面澆筑后進行拼裝，地面比較平整因此無須調(diào)平胎架。拼裝過程中需要設(shè)置桁架防傾倒胎架，如圖6所示。

圖6 桁架拼裝胎架示意圖

吊裝步驟：（1）先下弦吊裝就位后吊裝直腹桿，吊裝上弦，最后填充卸腹桿。

（2）當(dāng)兩榀主桁架拼裝完成，連接主桁架間次桁架，連接成整體增強穩(wěn)定性，當(dāng)?shù)谌麒旒芷囱b完成安裝第二跨與第三跨間次桁架以此類推。

（3）安裝次梁，完成屋頂桁架及次梁提升前拼裝及安裝工作。

（4）安裝鋼筋桁架樓承板及相應(yīng)輔材。

6 提升點的設(shè)置

為保證提升狀態(tài)接近其原設(shè)計狀態(tài)，宜將提升吊點設(shè)置在縱向主桁架兩端，本次提升共計設(shè)置8個提升吊點（如下圖）[3]。吊點設(shè)置在每榀桁架上弦節(jié)點位置，Y軸線一側(cè)吊點中心距離Y軸線鋼柱中心距離約1650mm，AK軸線一側(cè)吊點中心距離AK軸線鋼柱中心距離約2040mm，如圖7-8所示。

圖7 提升架平面布置示意圖

圖8 提升支架示意圖

7 提升流程

步驟1：在結(jié)構(gòu)正下方的安裝拼裝方案拼裝型鋼桁架，安裝提升下吊具和提升支架，安裝液壓提升器、鋼絞線、提升專用底錨，連接液壓油管、布設(shè)通訊訊號線等液壓提升設(shè)備設(shè)施。

步驟2：液壓提升器、液壓泵源、液壓同步控制系統(tǒng)整體調(diào)試；確認無誤后，整體加載至結(jié)構(gòu)離地100mm，停留12h觀察。

步驟3：各方面確認正常后，正式提升作業(yè)。

步驟4：提升期間每間隔3～5m測量其各吊點提升相對高度，如有需要單吊點微調(diào)處理。

步驟5：正常提升，將原結(jié)構(gòu)提升至原設(shè)計位置附近，各吊點進行微調(diào)處理；放慢提升速度，將原結(jié)構(gòu)提升至原設(shè)計位置，復(fù)測各吊點提升高度是否與設(shè)計狀態(tài)吻合。

步驟6：確認提升到位后，主桁架桿件對口焊接、安裝后補桿件，并對主要焊縫進行相關(guān)檢測。

步驟7：液壓提升器分級卸載，結(jié)構(gòu)荷載平穩(wěn)轉(zhuǎn)移，拆除鋼絞線、液壓提升器和提升臨時措施。

8 提升過程監(jiān)控

本工程結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜，施工也較為困難，施工風(fēng)險大，過程中不確定因素較多，為確保綜合館屋頂型鋼桁架在提升過程中結(jié)構(gòu)受力變形始終處于安全可控范圍，且在提升到位后桁架與牛腿連接節(jié)點滿足設(shè)計與規(guī)范要求，在提升過程中必須進行嚴格的施工監(jiān)控[4]。

9 安全質(zhì)量控制

確保結(jié)構(gòu)在提升過程的安全，根據(jù)提升吊點的布置，擬采用“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”的同步提升和卸載就位控制策略。控制系統(tǒng)根據(jù)上述控制策略和特定算法實現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)的提升姿態(tài)控制和荷載控制。在提升過程中，從保證結(jié)構(gòu)吊裝安全角度來看，應(yīng)滿足以下要求：

保證泵站同一電機的各個吊點受載均勻；

保證提升結(jié)構(gòu)的空中穩(wěn)定，也即要求各個吊點在提升過程中能夠保持一定同步。

根據(jù)以上要求，制定如下的控制策略：

圖9 同步控制策略控制示意圖

提升前應(yīng)對提升系統(tǒng)及設(shè)備進行全面檢查及調(diào)試工作

提升器：下錨緊的情況下，松開上錨，啟動泵站，調(diào)節(jié)一定的壓力(3Mpa左右)，伸縮提升器主油缸，檢查A腔、B腔的油管連接是否正確，檢查截止閥能否截止對應(yīng)的油缸；調(diào)節(jié)變頻器，在電流變化時能否加快或減慢對應(yīng)提升器的伸縮缸速度；

導(dǎo)向架：導(dǎo)向架與提升器的安裝牢固，導(dǎo)出鋼絞線順暢；

鋼絞線：作為承重系統(tǒng)，在提升前應(yīng)派專人進行認真檢查，鋼絞線不得有松股、彎折、錯位、外表不能有電焊疤；

底錨：吊具安裝無誤，錨片能夠鎖緊鋼絞線；

管線及閥塊：由于運輸?shù)脑颍谜旧蟼€別閥或硬管的接頭可能有松動，應(yīng)進行一一檢查，并擰緊，同時檢查溢流閥的調(diào)壓彈簧是否完全處于放松狀態(tài)；檢查泵站、同步控制系統(tǒng)及液壓提升器之間電纜線及控制線的連接是否正確；檢查泵站與液壓提升器主油缸、錨具缸之間的油管連接是否正確；系統(tǒng)送電，校核液壓泵主軸轉(zhuǎn)動方向，在泵站不啟動的情況下，手動操作同步控制系統(tǒng)主控制器中相應(yīng)按鈕，檢查各電磁閥和截止閥的動作是否正常，各截止閥與每一提升器編號是否對應(yīng)；

傳感器：包括行程傳感器，錨具缸傳感器，油壓傳感器。輕拉各油缸行程傳感器拉線和錨具缸的SM、XM的行程開關(guān)，使主控制器中相應(yīng)的信號燈發(fā)訊、數(shù)值正常變化；

預(yù)載入：調(diào)節(jié)一定的壓力（3Mpa），使每臺提升器內(nèi)每根鋼絞線基本處于相同的張緊狀態(tài)；

臨時設(shè)施：上吊點及下吊點等的安裝、牢固情況；提升構(gòu)件加固情況；結(jié)構(gòu)正式提升時障礙物的清除。

10 試提升

通過試提升過程中對鋼結(jié)構(gòu)、提升設(shè)施、提升設(shè)備系統(tǒng)的觀察和監(jiān)測，確認符合模擬工況計算和設(shè)計條件，保證提升過程的安全。

以主體結(jié)構(gòu)理論載荷為依據(jù)，各提升吊點處的提升設(shè)備進行分級加載，依次為20%，40%，60%，80%。確認各部分無異常的情況下，可繼續(xù)載入到90%，100%，直至鋼結(jié)構(gòu)全部離地。

每次分級加載后均應(yīng)檢查相關(guān)受力點的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，甲方應(yīng)通過全站儀跟蹤監(jiān)測鋼結(jié)構(gòu)的高差及下?lián)希员汶x地后進行調(diào)平，加載過程中各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均應(yīng)做好完整記錄。

當(dāng)分級加載至鋼結(jié)構(gòu)即將離開地面時，可能存在各點不同時離地，此時應(yīng)降低提升速度，并密切觀察各點離地情況，必要時做“單點動”提升。確保結(jié)構(gòu)離地平穩(wěn)，各點同步。

分級加載完畢，結(jié)構(gòu)提升離開拼裝胎架約100mm后暫停，停留12h做全面檢查，停留期間組織專業(yè)人員對提升支架、鋼結(jié)構(gòu)、提升吊具、連接部件及各提升設(shè)備進行專項檢查。

停留期完畢后，各專業(yè)組對檢查結(jié)果進行匯總，并經(jīng)起吊指揮部審核確認無任何隱患和問題后，由總指揮下達正式提升命令

11 分級卸載

相同于提升工況，卸載時也為同步分級卸載，依次為20%，40%，60%，80%，在確認各部分無異常的情況下，可繼續(xù)卸載至100%，即提升器鋼絞線不再受力，結(jié)構(gòu)載荷完全轉(zhuǎn)移至基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)受力形式轉(zhuǎn)化為設(shè)計工況。

12 結(jié)束語

結(jié)合本工程的特點及施工現(xiàn)場的實際情況，采用液壓整體提升技術(shù)對上海康德雙語試驗學(xué)校鋼結(jié)構(gòu)工程綜合館型鋼桁架工程進行安裝，節(jié)約的施工成本，縮短了施工工期，減少了安全隱患，在三層樓面拼裝構(gòu)件便于整體桁架的質(zhì)量控制，減少了大量的高空焊接作業(yè)，減少了樓承板高空安裝的各種風(fēng)險且為上海康德雙語試驗學(xué)校其他專業(yè)交叉施工贏得了時間，取得了良好的綜合效益，為以后類似項目提供有效參考。