屋頂鋼桁架液壓整體提升施工技術*

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

現代大型建筑多采用鋼結構作為主體結構或者屋蓋，鋼結構的受力性能優秀，但是也存在自重較大、拼裝復雜、跨度較大等工程技術難點。液壓整體提升的施工方法這個時候就彰顯了其獨特的優點，該工法與傳統的提升方法不同，它采用柔性鋼絞線或剛性立柱承重、液壓提升器集群、計算機控制、液壓同步提升新原理，結合現代化施工方法，將大型構件在地面拼裝后，整體提升到預定高度安裝就位。在提升過程中，不但可以控制結構構件的運動姿態和應力分布，還可以讓結構件在空中滯留和進行微動調節，實現倒裝施工和空中拼接，完成人力和傳統設備難以完成的施工任務[3]。本文將就整體提升法在屋頂鋼結構施工中的應用進行敘述。

1 工程概況

寧波環球航運廣場主樓共51 層，為帶混凝土筒體的巨型混合結構體系，包括兩側的混凝土筒體、中間的桁架層、桁架層間的鋼框架附屬結構等。主樓6～8層鋼結構采用地面拼裝+液壓整體提升工法，49層以上的屋頂鋼桁架也將使用該工法。

屋頂鋼結構部分包括49層以上由2 個核心筒上部的空間桁架連成的一個高空連廊結構。立面上從49層至PHF共6 層范圍內，主要安裝的結構包括核心筒位置的框架結構、50～51層結構樓面梁，M51～RF層的連廊桁架層。為形成屋頂餐廳的建筑造型，屋頂桁架鋼結構采用雙向桁架結構下面懸掛1 層樓面的結構形式。為保證結構的剛度，屋頂桁架結構采用帶斜撐的框架結構體系，中間49.2 m跨度范圍設置2 榀桁架T5，中間垂直方向采用6 榀桁架T10連接，并懸吊下部50、51層2 個樓面。

2 施工技術路線及要點

兩側鋼框架結構利用兩側核心筒塔吊鋼柱分節、鋼梁分層現行安裝；中間鋼桁架層采取在49層樓面進行整體拼裝，由于該鋼桁架層構件質量小于6～8層鋼桁架，所以僅用4 臺2 000 kN液壓千斤頂整體同步提升[5]的方法。

50、51層吊掛層結構后做，利用上部桁架層做吊點卷揚機提升就位，鋼吊柱上部與M51桁架層焊接連接，下部與吊掛層銷軸鉸接連接，為保證現場安裝精度要求，吊掛柱上部焊接完成后再將下部銷軸安裝就位，銷軸耳板采用現場后焊[6]。

3 屋頂鋼結構施工

3.1 施工流程[1]

屋頂鋼結構施工流程如下：

（a）兩側框架結構由位于核心筒內的2 部塔吊先行施工，待49樓層板澆注以后搭設桁架層拼裝胎架；

（b）M51～RF桁架層整體立拼，并在兩側框架結構端部設置桁架提升架；

（c）桁架層由計算機控制的油缸系統整體提升到位；

（d）桁架層下部懸掛50層、51層和上部RF～PHF鋼結構后裝。

3.2 桁架層施工工藝

屋頂M51～RF桁架層整體提升部分包括6 榀桁架T10、2 榀桁架T5，以及桁架之間連梁，總計約440 t，采用計算機控制的液壓油缸系統，每個提升點設置1 臺2 000 kN的穿芯式千斤頂，千斤頂的動作通過一臺計算機處理中心進行控制，以實現同步提升的目的。

桁架T5兩榀，弦桿總長46.2 m，加工分3 段，最大質量約13 t，長15.4 m；桁架T10六榀，弦桿總長21.6 m，加工分2 段，最大質量約3.4 t，長10.8 m。

3.3 提升點的布置

采用4 個提升點，每榀桁架的兩端各設1 個，每端的2 臺穿芯千斤頂用1 臺油泵站控制。兩側結構頂上設置提升架，提升架高出鋼桁架安裝高度3～4 m，利用兩側原結構作為提升架下部的支撐，四點同步提升。兩側結構上設置的提升架，不僅在提升架平面內要保證提升架的安全，在側面也要加設剛性支撐，以保證提升架的平面外穩定[7]。頂部提升架的設置如圖1所示。

圖1 提升架結構形式示意

鋼桁架上吊耳的設置如圖2所示。

圖2 提升吊耳設置

在鋼桁架的兩端分別設置吊耳板，最外側的斜撐安裝一部分，在桁架上、下弦桿端部增加1 根直腹桿用于吊點位置集中荷載的傳遞，并在弦桿相應位置設置加勁板。

3.4 千斤頂系統說明[5]

桁架整體提升采用4 臺2 000 kN的穿芯千斤頂、2 臺油泵站和1 個控制中心。每臺油泵站連接2 臺千斤頂，由控制中心統一控制2 臺油泵站的工作。

整體提升時所采用的鋼鉸線數量為每個千斤頂上10 根（5 根左旋、5 根右旋），鋼絞線采用高強度低松弛預應拉力鋼絞線，Φ15.24 mm，抗拉強度為1 860 N/mm，破斷拉力為265.4 kN，伸長率在1%時的最小荷載243.9 kN，彈性模量198 GPa，松弛率≤2.5%，每米質量為1.1 kg。鋼絞線符合國家標準，其抗拉強度、幾何尺寸和表面質量都得到嚴格保證。

3.5 同步提升控制方法

本次提升的屋頂桁架平面面積約2 100 m2，整個桁架高度4.9 m，提升質量為440 t，提升高度22 m，共設置4 個提升吊點。提升同步控制是整個提升工作的難點。為確保屋頂桁架和提升架在提升過程中的安全，采用“吊點油壓均衡、提升分級加載、位移同步控制、分級卸載就位”[5]的同步提升和卸載落位控制策略，使提升結構的位置保證同步，即各吊點的即時標高值由傳感器傳回控制中心，一旦發現超差情況，則單獨提升最低點，其余點不動，如此反復，各點回到控制偏差內繼續提升，以保證所有吊點之間累計標高偏差始終在10 mm內。每一同步提升吊點處的液壓提升器并聯，對每個同步提升吊點的各液壓提升器施以均衡的油壓，確保提升吊點以恒定的載荷力向上提升。

3.6 整體同步提升施工

屋頂鋼桁架整體同步提升的施工流程如下：桿件地面拼裝→提升支架安裝→提升設備安裝→提升設備整體聯動調試→試提升→懸停→正式提升→結構就位→桿件置換、補缺→卸載→提升系統拆除[2]。

試提升時，對各提升吊點處的提升設備進行分級加載，依次為按20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%分級加載，直至屋頂桁架全部離地，然后提起1～2 個行程（200～500 mm），鎖定千斤頂，靜置30～60 min。在靜置期間，對于結構的變形進行觀測、節點位置進行檢查、對于千斤頂的保壓性進行檢查以及提升架的變形等情況進行檢查。懸停過程中，如果一切情況正常，即可開始正式的提升。

3.7 提升施工過程分析

根據《重型結構（設備）整體提升技術規程》的要求，對被提升結構和提升支撐系統進行驗算。

3.7.1 被提升屋頂桁架驗算

計算荷載：結構自重，并計入1.2分項系統。采用Midas gen 7.3有限元分析軟件進行分析。經分析，最大組合應力為50 MPa，小于材料的許用應力295 MPa，變形為24 mm，滿足要求[7]。

3.7.2 兩側受力結構及提升架施工過程分析

計算荷載：結構自重，并計入1.2分項系數。被提升結構的自重以節點荷載加到提升架上，根據上節結果P=130.9 t。經分析，最大組合應力為101 MPa，小于材料的許用應力295 MPa，變形為11 mm，也滿足要求[7]。

3.7.3 提升到位后結構穩定分析

計算荷載：結構自重，并計入1.2分項系數。采用Midas gen 7.3有限元分析軟件進行分析。經分析，最大組合應力為28 MPa，小于材料的許用應力295 MPa，變形為14 mm，也滿足要求[8]。

4 結語

本工程屋頂鋼桁架液壓同步整體提升施工是計算機液壓控制同步提升的一次成功應用，鋼桁架提升質量為440 t，提升高度為22 m。本次提升方案中，合理地利用兩側筒體結構設置提升支架，被提升結構和提升支撐系統的變形與應力值均能夠滿足設計和規范的要求。另外，將大量高空作業轉移到地面，大大降低安裝施工難度，同時其他專業可同時在地面穿插施工，大大縮短工期。對于大型鋼桁架結構，選擇液壓同步提升施工技術整體吊裝，有利于安全、質量和工期控制。