大跨度钢结构连廊错层拼装同步提升控制技术_王振海.pdf

：大跨度钢结构连廊错层拼装同步提升控制技术收稿日期：作者简介：王振海（），男，工程师，国家一级注册建造师，从事房地产开发项目管理工作王振海，陈 果，王 博（东西汇（横琴）发展有限公司，广东 珠海）摘 要：以东西汇项目高空钢结构连廊为背景，根据连廊构件自重大、结构高度高的特点，结合现场实际施工条件，综合考虑工程造价成本、工程质量以及工程工期等目标，介绍了错层拼装 一次提升 低空连接 二次提升 高空补杆的施工方式，提前插入胎架和钢结构施工工序，对节省工期、降低成本有显著效果，还大大降低了高空拼装的施工安全风险，并通过有限元计算进行设计和施工校核，为国内同类工程提供了有效借鉴。关键词：大跨度钢结构；连廊；错层拼装；同步提升中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言随着建筑施工技术的不断进步，连体结构越来越多的出现在公众的视野中，此种建筑形式，使建筑外观气势恢宏、整体统一、造型独特，提升了建筑的整体美感。但是超大、超高、超重钢连廊构件的吊装给工程施工带来了巨大难度。近年来涌现了多种整体提升方式，主要有高空滑移法、高空散拼法、整体提升法、整体吊装法和分块吊装法等。庞鹏介绍了重型钢桁架错层拼装、多轮次提升法，根据各区域标高不同，分别进行低位拼装，多轮提升。本文结合工程项目的实际特点，在施工中利用“错层拼装累积液压同步提升控制技术”，有效降低了施工成本，节约了工期，降低施工风险。工程概况东西汇项目结构形式整体采用框架剪力墙结构，本工程高位连廊钢结构位于 塔楼与 塔楼之间，位于 塔楼的第 层 第 层，塔楼的第 层 第 层，跨度 ，连廊钢结构由两榀主桁架组成，连廊高度为 ，标高为 ，总提升质量约 。研究思路由于本工程钢结构连廊跨度和高度均较大，若采用常规的分件高空散装方案，需要搭设大量的高空支撑架，不但高空组装、焊接工作量大，技术经济性指标较差，而且存在较大的质量、安全风险，且工期无法保证，成本较高。又由于本工程连廊正下方投影有裙房结构，所以连廊无法在下部拼装成整体。因此，选择成本较低，且符合工期节点要求的施工方案就成为了本工程需要考虑的重点。最终本工程选取了“错层拼装累积液压同步提升”的施工工艺，因此将连廊分为两个预装区和三个拼装区（连廊分区情况见图），预装区分别为 预装区、预装区，拼装区分别为分区一、分区二和分区三。而施工的基本思路为：分区二和分区三拼装一次提升（分区二）分区二与分区三对接，同时拼装分区一二次提升（分区一、分区二、分区三）补齐剩余杆件。该施工工艺具有以下特点：）根据现场条件，提前插入胎架及结构拼装，合理穿插，节省工期。）将超高空散拼作业变为地面低空作业，大大降低高空施工安全风险，便于施工现场安全和质量管理。）减少大量大型机械台班并大大减少一次性措施材料投入，节约成本。图 1连廊结构分区图分区一分区二分区三D2 预装区D2 栋 17 层79.75D2 栋 16 层74.85D2 栋 15 层70.65D1 栋 19 层79.75D1 栋 18 层74.85D1 栋 17 层70.65D1 预装区单位：m 施工方法 临时胎架安装本工程胎架分为两部分：低位胎架和高位胎架，分别设置于地下室顶板（）与裙房屋面（），立柱采用 圆管，主受力横梁及支撑采用双拼 型钢，连接横梁采用 型钢。胎架柱与结构柱竖向位置合并，确保楼板不承受胎架以及连廊结构荷载，全部荷载通过胎架梁、胎架柱有效传导至结构柱、承台以及桩基础。错层拼装结合现场高低跨的实际情况，选择将桁架进行错层单独拼装（见图）。本次吊装需确保最不利吊装构件顺利安装到位，选取一根距离最远构件（质量 ），一根质量最大构件（质量 ）作为最不利吊装构件。吊装分析得知：第 卷 第 期 年 月 山西建筑 图 2钢结构主体错层拼装D1 栋 5 层22.150 mD1 栋 1 层-0.050 m最远构件质量 ，距吊车 ；最重构件质量 ，距吊车 ，汽车吊在此种工况下均满足施工要求。钢结构连廊主体结构拼装步骤：由于腹杆为一定角度连接在上弦杆与下弦杆之间，为了提前插入施工和确保腹杆对接角度的前提下，先在地面将腹杆两两用型钢支撑连接成整体，共 组，胎架上拼装时先装下弦杆和水平梁，再将组拼好的六组腹杆分别吊装在下弦杆上，最后吊装上弦杆和水平梁。连廊提升本次提升共设置 个吊点，其中临时吊点 临时吊点 为第一次提升（分区二）使用的临时措施，需借助地面格构柱作为起吊提升架；吊点 吊点 为二次整体提升使用吊点，即利用连廊结构 和 预装区作为二次提升架来使用（见表），提升吊点布置见图。表 吊点设备使用情况编号提升器配置泵源系统传感器配置钢绞线型号钢绞线配置临时吊点 股 临时吊点 股 临时吊点 股 临时吊点 股 吊点 股 吊点 股 吊点 股 吊点 股 图 3提升吊点布置图吊点一吊点四临时吊点一临时吊点四临时吊点二临时吊点三吊点二吊点三首次提升区域裙房临时提升架安装连廊第一次提升采用临时提升架，每个吊点设置一组支架，每组支架由两个格构式支架及提升梁组成，为避免对地下室顶板造成结构损伤，需在提升支架对应位置的地下室顶板下部设置格构式支架进行回顶，在与混凝土楼板及底板接触位置需要用钢板塞实，提升支架底部设置路基箱进行传力，使提升荷载顺利传导至地下室底板及基础。二次提升架安装连廊第二次进行整体提升，可以利用连廊结构，预装的桁架设置提升支架结构，为使提升过程稳定，需对上吊点及下吊点进行加固，上吊点牛腿和下吊点牛腿安装及加固等（见图）。图 4二次提升系统立面图79.7574.8570.65上吊点加固杆下吊点牛腿6 500下吊点加固杆上吊点牛腿提升器7 00010 700单位：mm试提升以计算机仿真计算的各提升吊点反力值为依据，对连廊结构进行分级加载（试提升），各吊点处的液压提升系统伸缸压力以 幅度缓慢分级增加至；在确认各部分无异常的情况下，可继续加载到，直至连廊全部脱离拼装胎架。连廊离开胎架约 后，将液压提升系统设备锁定，空中停留 以上并作全面检查（包括吊点结构、承重体系和提升设备等），并将检查结果以书面形式报告现场总指挥部。各项检查正常无误，再进行正式提升。一次提升用测量仪器检测各吊点的离地距离，计算出各吊点相对高差。通过液压提升系统设备调整各吊点高度，使结构达到水平姿态。以调整后的各吊点高度为新的起始位置，复位位移传感器。在结构整体提升过程中，保持该姿态直至提升到设计标高，因为空中姿态调整和杆件对口等原因，需要对结构高度进行微调，使其高度及杆件接口达到对接精度范围以内。在结构一次提升就位并微调后，立即锁定提升器，并使用耳板对主桁架钢箱梁进行临时固定，然后进行分区二和分区三之间连接杆件拼装，同时进行分区一与分区二的拼装，使其形成整体并达到二次提升条件（见图）。图 5一次提升吊点及起吊布置图D1 栋 5 层22.150 mD1 栋 1 层-0.050 m二次提升在一次提升完成，分区一、分区二及分区三连接完成，并探伤完成后，需对错层拼装后钢结构连廊进行二次第 卷 第 期 年 月 山西建筑 提升。二次提升将使用吊点 吊点 四个吊点，需进行一次吊点转换。在吊点转换过程中，临时吊点 临时吊点 仍然处于持荷状态，不得卸载。按照加载程序，由计算机仿真计算的反力作为依据，对吊点 吊点 进行逐级加载，加载幅度控制为，然后锁定油缸持荷，并对提升系统进行全面检查。此时，临时吊点 临时吊点 将产生被动卸载，在经过检查确认无误后，对临时吊点 临时吊点 按照卸载程序进行卸载，卸载幅度以此时荷载的 为一级进行，直至完全卸载并拆除临时吊点。由于临时吊点卸荷，荷载将转移至吊点 吊点，因此，需卸载程序必须缓慢，并通过传感器数据结合现场测量仪器观测，确保卸载安全。继续加载吊点 吊点 直至连廊全部脱离裙房高位胎架，连廊结构离开二次胎架约 ，锁定液压提升系统，并执行全面检查程序。确认无误后，开始进行连廊二次提升。提升速度控制为 ，当提升达到设计标高后，将自动提升系统调整为手动模式，并对结构高度及杆件接口位置进行微调，以达到准确对接目的。锁定液压提升系统，利用耳板对结构进行临时定位，采用 汽车吊进行剩余杆件安装（见图）。图 6二次提升吊点及起吊布置图D1 栋 5 层22.150 mD1 栋 1 层-0.050 m下吊点牛腿79.75 mD1 栋 18 层74.85 mD1 栋 17 层70.65 m上吊点加固杆上吊点牛腿提升器提升器上吊点牛腿上吊点加固杆D2 栋 16 层74.85D2 栋 15 层70.65D2 栋 17 层79.75下吊点牛腿 卸载后装杆件全部安装完成，按计算的提升载荷为基准，分 级进行卸载，卸载幅度每次控制在荷载的以内，如遇吊点偏载超过卸载前载荷的，或者吊点位移不同步达到 ，则立即停止其他点卸载，检查并处理完成后继续卸载，直至钢绞线完全松弛。配合验算本工程采用通用有限元分析软件 进行提升系统力学计算。胎架验算将拼装胎架与连廊进行整体建模型计算，胎架与连廊支架采用压杆进行模拟（见图 图），分析系数取。计算结论：胎架最大竖向变形约 ，杆件最大应力比约 ，满足施工要求。风荷载计算连廊提升高度约 ，所以需要考虑风荷载的作用，由于连廊二次提升时，连廊迎风面积较大，因此将此图 7胎架计算模型图 8胎架计算竖向变形云图单位：mm0.0-1.2-2.4-3.6-4.8-6.0-7.2-8.4-9.6-10.8-12.0-13.2-14.4-15.6图 9胎架计算杆件应力比云图1.00.90.70.50.0阶段作为最不利因素考虑，提升时仅考虑杆件的迎风面积，迎风面积 ，按照珠海市十年一遇风荷载进行计算，风振系数取 ，风荷载体型系数 ，地面粗糙度按 类考虑，风压高度变化系数，计算如下：风压标准值 。连廊受到的风荷载值 ，提升施工时，风荷载会通过钢绞线传递至提升支架，总共 个吊点，所以每个吊点承受的水平风荷载为 。高位连廊整体提升计算连廊结构杆件均采用梁单元进行模拟，在吊点处进行竖向约束加水平向弹簧约束，弹簧刚度 （可忽略不计），荷载为结构自重，提升部分质量约 ，荷载分项系数取 ，杆件应力比限值为 ，下挠控制不超过跨度的。经过分析，两次提升过程中第二次提升过程为最不利过程，因此需重点关注二次提升过程计算（见图 图）。计算结论：由上述提升工况分析结果可知，连廊结构跨中最大下挠约 ，杆件最大应力比约 ，满足施工要求。提升支架验算第一次提升架验算第一次提升支架底部采用铰接约束，荷载为支架自 第 卷 第 期 年 月 王振海等：大跨度钢结构连廊错层拼装同步提升控制技术图 10第一次提升连廊竖向变形云图0.0-0.28-0.56-0.84-1.12-1.4-1.68-1.96-2.24-2.52-2.8-3.08-3.36-3.64单位：mm-1.2-2.4-3.6-4.8-6.0-7.2-8.4-9.6-10.8-12.0-13.2-14.4-15.6-16.8单位：mm图 11第二次提升连廊竖向变形云图图 12连廊各杆件应力比统计图0.450.400.350.300.250.200.150.100.050.012039587796115134153172191210229248267286305324343362381400419438457476495杆件应力比杆件编号重及吊点的提升荷载，最大荷载约 ，水平荷载按照竖向提升荷载的 进行取值，计算变形荷载分项系数为，计算强度荷载分项系数为。计算结论：提升支架端部位移约 ，最大应力比约，最小屈曲系数为，满足施工要求。第二次提升架验算第二次提升利用原结构，预装段作为二次提升架使用，根部采用刚接约束，荷载为自重荷载及吊点的提升荷载，吊点竖向荷载分别为 和 ，水平荷载按照吊点荷载的 进行取值，计算变形荷载分项系数为 ，计算强度荷载分项系数为。计算结论：竖向变形约 ，杆件最大应力比约，满足施工要求。质量控制 错层拼装胎架安装需严格控制胎架梁及短柱平面位置及水平度，确保短柱与混凝土结构面充分接触，如出现缝隙，需采用补强措施。由于考虑到提升时跨中的挠度变形，需在胎架中间设置预拱度。钢结构连廊的安装顺序依次为下弦杆、腹杆及水平梁、上弦杆。