大跨度高空连体钢结构整体提升施工控制技术

发表时间:2021/5/7   来源:《工程管理前沿》2021年7卷第3期   作者:李德飞
[导读] 高空多层连体钢结构的施工工艺,是先搭设起止地面或空中的模板支撑架,
        李德飞
        中国建筑第二工程局有限公司 北京市 100160
        摘要:高空多层连体钢结构的施工工艺,是先搭设起止地面或空中的模板支撑架,然后利用起重设备再一个构件一个构件吊装、对位、焊接、组装、涂装最终成型,其弊端在于工程量大、空中对接困难、焊接质量难于保证、安全系数低。现代的连体钢结构整体提升技术是在地面组装成型然后整体提升到位。通过对高空大跨度的连体钢结构的地面安装、液压提升设备选择、分级加载压力、提升质量安全控制措施,地介绍了连体钢结构的整体提升技术。
关键词:连体钢结构;整体提升;施工技术
随着人类的不断发展,社会的不断进步,人们对于建筑的需求和要求也在不断增加与提高。由于大跨度高空结构本身具有许多特点如跨越能力大、自重轻、刚度大且容易展现建筑美感等,其被广泛运用于车站、机场、体育馆、展览馆等具有跨度大、空间广的大型建筑结构中。高空连体结构体系的连体部位处于高空,连 体部位施工往往属于高空作业,施工难度大,工艺 复杂,安全要求高,连体部位的合理施工是高空连体结构施工的重要环节。
一、大跨高空连体钢结构施工方法
在大跨度高空连体钢结构中,运用最频繁的结构形式包括钢框架、钢架、钢桁架和网架等。此类大跨度高空连体钢结构的施工技术的核心是结构构件的地面拼装、高空吊装以及就位组装等。下面将介绍安装施工方法:
l、高空散装法。高空散装法,是指在结构高空设计预定的点,然后在预定的地点把结构的散件以及全部节点拼接成一个整体。此方法又可分为悬挑法与全支架法,悬挑法,主要用于小拼单元在高空总拼,而绝大部分的散件拼装都采用全支架法。高空散装法主要存在如下三点技术问题:第一,需要根据结构工程实际情况来确定较合理的拼装工序。第二,,当使用悬挑法时,需要保证已完工部分结构的刚度和稳定性。高空散装法一般适用于非焊接连接的结构,且施工时不需使用大型起重设备,普通的起重机械以及扣件式钢管脚手架就能胜任安装工作,且该方法对结构设计以及施工方面的要求都较低。但是,高空散装法存在实际操作中需要数量较多的脚手架,施工工期及场地占用时间较长等缺点。
2、整体提升法。整体提升法与整体吊装法类似,不同之处是在地面完成结构的拼接组装后,通过安装于结构顶端的提升器械和控制设备将结构提升到预定地点,在结构整体提升的过程中还能够对结构柱进行滑模施工。整体提升法同样不需要进行空中作业。提升时使用的支撑结构可以是结构柱,也可以是格构式提升架,提升机械则可选择升板机或千斤顶。整体提升法包括了单独提升法、滑升结合法以及升梁法,三种方法不同之处在于:单独提升法将完成拼接组装的结构整体提升到预定位置,完成整体的安装固定工作。滑升结合法是在提升拼接组装好的结构的过程中,对结构柱进行滑模施工,因此,拼接组装的结构就充当了滑模施工的基础平台。升梁法是将结构至于梁构件上,在提升结构梁结构的同时就将拼接组装的结构一起提升到预定位置,从而完成了结构的提升工作。
二、整体提升液压提升设备选型
该工程地下一层局部二层、地上 25-31 层,裙房三层,主楼工程高 117 米,建筑面积 133791 平方米,结构形式为框架剪力墙结构,由六座高楼相连,是集商住于一体的高级商住楼。连体钢结构要安全整体提升,必须选用合适的提升设备。
1、液压提升系统构成。液压提升系统主要由液压提升器、承重钢绞线、泵源系统、传感检测及计算机控制系统组成。液压提升器为穿芯式结构,中间穿过 18 根钢绞线,两端有主动锚具,利用锲形锚片的逆向动力自锁性,卡紧钢绞线向上提升。每台液压提升器最大设计提升重量为 200t。

钢绞线作柔性承重索具,采用高强度低松弛预应力钢绞线,直径为 15.24 毫米,抗拉强度为 1860MP,破断力为 26.3 吨。钢绞线的安全系数为 26.3*18/80=5.92.
2、提升器参数设置。连体钢结构主要承重结构为两榀 GHJ 桁架两侧的四根立柱,即主要有四个支撑点。提升状况以尽量接近结构设计工作状况为原则,提升点考虑四点布置。提升地锚设置在桁架 GHJ 上弦两端分段处附近。为保证连体钢结构在提升到位后有一定的自由度,以及考虑到提升系统的安全,在桁架先装柱上安装提升支架,提升支架与剪力墙筒体连接。提升器设置在提升支架上,中心线与提升地锚中心线重合。根据连体钢结构设计图纸重量及施工临时措施重量估算,提升总重量约 320 吨。提升点均匀承载,提升点重量为 320/4=80 吨。共配置四台 200 吨液压提升器,每个提升点一台。单台提升器提升安全系数为:200/80=2.5。综合工程施工经验及设计规范,提升器在此安全系数下工作是安全的。
3、拼装吊装机械选用及拼装胎架。根据设计图纸,最大杆件单重约 2.l 吨;连体钢结构宽度 8.5 米,高度 9 米,选用 QY25 型 25 吨汽车吊一台进行单侧吊装拼装作业。根据连体钢结构上部为长方体、主要框架为四片桁架的结构特点,为了对口、焊接操作方便,在桁架节点位置设置了拼装用胎架,胎架高度为1米。
三、连体钢结构安装过程
该工程连体钢结构拼装场地设置在设计位置正下方地面,考虑此处有地下室,在拼装施工前,对地下室进行了局部加固处理。拼装顺序结合安装顺序,总体拼装顺序为:按照外形的几何特点,将连体钢结构分为上下两部分,先拼装上半部,再拼装下半部。第一次提升高度达到 6M 后,停止提升,上下锚锁紧,开始 构件安装;第二次提升高度达到 12M 后,停止提升,上下锚锁紧,开始构件安装。对于杆件的拼装,采用“从下向上,先桁架构件后桁架间杆件”的顺序,以确保拼装精度。检查钢绞线、地锚的质量、位置,避免钢绞线相互缠绕。测量两座主楼之间楼面的垂直度,并提供出数据。检查相关的质保资料,在主桁架上设置提升观测点,并在地面上设置激光测距仪的观测点。经过系统的、全面的检查后,都符合设计要求后,开始提升。最终提升时间用了 18 个小时成功完成作业。
整体提升控制措施,保证提升结构的姿态稳定,以便结构能正确就位,要求各个提升吊点在上升或下降过程中能够保持同步。提升系统的速度取决于泵站的流量、锚具切换和其他辅助工作所占用的时间。在本方案中,每台液压泵站的泵机功率为 35KW,供两台提升器工作,提升速度约 6 米/小时。分级加载预开始提升时,加正常提升所需压力的 20%,40%,在一切都正常的情况下,可继续加载,设备离地后停止提升,对液压提升系统、剪力墙结构、连体钢结构杆件的工作情况以及预埋件、提升架、下吊点、安全锚、钢绞线等有无异常变化进行全面检查,并检查整体结构的平衡状态,在确认整体结构的稳定性及安全性绝无问题的情况下,才能继续提升。
        连体钢结构整体提升技术适用于大体量、大重量的构件的空中安装,高层建筑间的连体结构安装,超大空间(体育场馆、会议厅、多功能厅)的整体屋架安装,大型起重机和其它吊装方法完成不了的质量大、起升高度高的大型结构吊装,吊车无法靠近的其它部位的结构安装。可以进行钢结构主体竖向提升、进而水平平移和转向等复杂安装到位等方式。是近几年在钢结构安装界兴起的一种新工艺,其安装规范和施工工法相信不久以后就会出来,具有广泛的应用前景。  
参考文献:
[1] 崔晓强,郭彦林,叶可明.大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究[J].工程力学.2019,23(5):83—88.
[2] 张营营,张其林,陈鲁,叶志燕.体育馆弦支穹顶结构预应力施工监测[J].振动、测试与诊断.2018,30(2):13.
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