鋼結構桁架液壓提升技術

盧玉華

方遠建設集團股份有限公司 浙江 臺州 318000

1 工程概況

臺州方遠大飯店工程7～8層鋼結構桁架平面投影尺寸為54 m×22 m，位于⑤～軸、～軸，由4榀主桁架及其間連桿組成，鋼結構桁架質量約500 t，安裝高度為34.47 m，在16.8 m標高拼裝，故提升高度為17.67 m。結構于⑨～⑩軸間設有寬3.6 m的混凝土框架支撐，此區段主桁架外包混凝土（圖1）。

根據實際工程情況及考慮以往類似工程中的施工經驗，決定采用液壓提升技術進行吊裝。液壓提升作業的主要工作如下：

1）為現場提供液壓提升所需要的各種設備，包括液壓泵站、提升機、油管、地錨及各類控制系統及傳感設備等。

2）設計提升用臨時措施，主要包括提升支架、提升下吊具及導向架。

3）配合業主方進行液壓提升設備現場安裝、維護保養。

4）根據業主方要求，實施提升作業。

5）配合鋼結構桁架對口、就位及卸載工作。

2 液壓提升技術

2.1 液壓提升技術的優點

在本工程中，吊裝采用液壓同步提升技術，這種工藝方案具有臨時設施使用率低、施工簡單、大型吊機使用較少等特點，無論從質量、安全，還是施工速度等方面均具有一定優勢[1]。由于先將鋼結構在低處進行安裝，有利于采用機械化的焊接作業，采用這種焊接方式將會使焊接的質量得到保障，并提高焊接的精度[2]。而若采用分段吊裝，由于需要在空中進行拼裝，因此焊接質量與拼裝精度將難以得到保證。

由于鋼結構在低處進行焊接拼裝及刷漆的工藝操作，因此這種工藝極大地提高了施工效率，提高了施工的安全性，施工的質量得到了保障。

目前超大型構件液壓同步提升施工技術較為成熟，因此使用該技術進行施工作業時，施工的安全性得到了保障。采用這種在地面拼裝后進行吊裝的施工方法極大地減少了高空中的作業量，而使用液壓整體提升，極大地減少了吊裝所用的時間，因此保障了結構安裝的工期。

利用該工藝所使用的相關液壓設備體積小、質量輕，因此便于移動、設備安裝及拆卸。

2.2 液壓提升主要技術

2.2.1 液壓同步提升

液壓同步提升技術采用穿心式液壓提升器進行提升，使用柔性鋼絞線作為液壓系統稱重的索具。該系統具有安全、機具質量輕、性能可靠、便于拆卸、運輸方便、機動性強等特點。在提升器的兩端布置有楔形錨具，采用這種結構可使該系統具有單向自鎖的功能。

液壓提升分為下列6個過程：第1步，收緊上錨，夾緊鋼絞線；第2步，利用提升器將重物提起；第3步，收緊下錨，夾緊鋼絞線；第4步，主油缸微縮，脫開上錨片；第5步，上錨缸上升，上錨全松；第6步，主油缸縮回原位。提升的一個過程作為液壓提升器的一個行程，當提升器進行周期重復動作時，重物將會被一步步提升。

2.2.2 計算機同步控制

液壓同步提升施工技術需要使用行程及位移傳感器進行檢測并采用計算機進行控制。通過對實時數據進行反饋以及對控制指令進行傳輸，以此來實現動作同步、矯正姿態、過程顯示及故障報警等多種功能[3]。由于運用了計算機同步控制系統，操作人員在控制室內即可完成對施工作業過程的實時監控以及下達操作指令等工作。

3 液壓提升技術在本工程中的應用

3.1 吊裝條件分析

在兩側樓層結構施工的同時，在結構頂部上預設提升支架埋件，同時將桁架在地面拼裝完成，在結構施工完成后，安裝提升支架和提升器并設置下吊點，對桁架進行整體提升。

3.2 提升流程簡述

根據鋼結構桁架支撐布置，需將其進行分段，具體劃分為2個提升分段和3個預裝段，預裝段在混凝土結構施工期間安裝，提升分段在混凝土結構施工完畢后，于地面組裝，然后通過液壓提升施工工藝安裝。本工程鋼結構桁架安裝擬按如下步驟進行：

1）在混凝土結構施工期間安裝鋼桁架預裝段，待混凝土結構封頂后，在拼裝平臺上組裝兩提升分段；提升分段拼裝時，參照提升特點設置加固桿件。

2）在提升分段二上方安裝8組提升支架；安裝8臺液壓提升器、鋼絞線、提升專用地錨，連接液壓油管、布設通信信號線等液壓提升設備設施。

3）液壓提升器、液壓泵源、液壓同步控制系統整體調試；確認無誤后，8臺液壓提升器同步作業，分級加載；之后提升結構離地100 mm，停留12 h觀察。

4）全面檢查，各方面確認正常后，正式提升作業，在此期間每間隔5 m測量其各吊點提升相對高度，如有需要單吊點微調處理；正常提升，將原結構提升至原設計位置附近，各吊點進行微調處理；放慢提升速度，將原結構提升至原設計位置，復測各吊點提升高度是否與設計狀態吻合。

5）提升分段二兩端弦桿直接對接焊，腹桿后裝段安裝，兩端焊接；之后進行探傷檢測，合格后提升器卸載，設備拆除，提升支架移至分段一上方安裝。

6）按照同樣的作業程序提升安裝提升分段一結構。

7）鋼結構桁架安裝完成后，拆除液壓提升設備、提升支架，為避免破壞桁架本體，建議加固桿件永久留于桁架內，鋼結構桁架安裝完成。

3.3 提升作業的部署

3.3.1 屋蓋液壓提升總體部署

為保證鋼結構桁架液壓提升實施的可行性及安全性，應著重從如下方面考量：

1）根據吊點所在的位置，對鋼結構平臺進行建模，得出結構在提升作業中應力及應變情況，從而得出各個吊點的提升反力值。

2）根據建模計算所得出的結論，設計出較為合理的提升支架及下吊具，并對所得結果進行驗算。

3）根據上述設計選擇合適的液壓提升設備系統，包括液壓提升器及液壓泵站。

4）需要在液壓同步提升的過程中控制好結構提升的同步性，確保可以進行同步的提升。

3.3.2 提升吊點選取

本工程鋼結構桁架主要由平行布置的4榀主桁架組成，擬于每個提升分段桁架端部設置提升吊點，每個分段設置8個提升吊點（圖2）。

圖2 鋼結構桁架提升吊點布置

3.3.3 提升支架、下吊點設置

在使用液壓提升設備進行整體提升時，需要配備有專門的提升平臺，用來布置液壓提升器、液壓泵源及其他相關設備，在平臺上也可完成設備的安裝及操作。提升下吊點為與待提升結構直接相連的臨時吊點結構，用來安裝提升系統的地錨座，地錨座通過鋼結構與位于提升平臺的液壓提升器相連接。

本工程的各類提升下吊點均布置在桁架上弦。所有吊具在桁架上弦上焊接完成。起吊前需要對桁架進行分段并加固，部分分段于混凝土結構施工階段預裝。在提升過程中配置一套提升設備，并在正式提升過程中，每提升5 m，測量各吊點的高度。如果各吊點之間出現不同的情況，以高度最大的點為基準，單個吊點微調，直至所有吊點高度相同。

4 提升過程計算分析

4.1 提升結構及提升支撐結構設計驗算

提升結構及提升支架的計算利用SAP 2000軟件進行，其約束形式設置為z向固定約束，x、y方向為彈簧約束，并將提升支架根部設置為剛接支座。荷載采用自重及集中荷載組合形式，將工況按照同步提升工況及不同步提升工況進行驗算，其計算結果為：

1）提升階段結構最大下撓3.1 mm，小于L/400=79 mm（L為結構長度），滿足鋼結構設計規范。

2）提升階段結構最大應力比0.121，小于1，滿足鋼結構設計規范。

3）吊點不同步提升工況下結構最大應力比0.124，小于1，滿足鋼結構設計規范。

4）提升支架吊點處最大下撓3.2 mm，最大水平位移6.2 mm，滿足鋼結構設計規范。

5）提升支架最大應力比0.239，小于1，滿足鋼結構設計規范。

4.2 焊縫強度驗算

提升橫梁與埋件為全截面熔透焊接，焊縫截面積30 400 mm2。

焊縫處軸力設計值513 kN，經計算，焊縫強度滿足鋼結構設計規范。

4.3 提升下吊具驗算

節點使用Solidworks建模，ANSYS Workbench進行有限元分析。荷載設置為吊具額定提升力1 400 kN（圖3）。

圖3 提升下吊具驗算云圖

通過計算可以得出，最大相對位移為0.507 mm，最大應力201.84 MPa，下吊具應力滿足鋼結構設計規范。

5 應急預案

5.1 突然停電、停電復送

當出現突然停電的情況時，控制系統將會處于自動停機的安全狀態，液壓系統將會失壓，平衡閥能有效地鎖住負載，使得主油缸的活塞杠桿不會出現下沉的情況。上下錨具利用錨片鎖住鋼絞線，當停電復送時，系統仍然處于關機狀態，因此需要重新啟動。

5.2 意外事故應急預案

需要讓施工人員熟悉施工的順序，并做好技術交底、安全教育以及設置必要的安全設施[4]。在焊接與切割的施工區域需要布置防火設施，需要給施工人員提供必要的緊急救護常識。當出現緊急情況時，需要及時報警并及時通報業主。

5.3 防雨、防風和防臺風應急預案

從安裝設備之時起，就需要及時獲取天氣信息，及時掌握施工現場的氣象動態，而在構件處于提升階段前，要與當地的氣象部門取得聯系，獲取至少最近10 d內的天氣情況，如果施工過程中出現強風，需要提前做好防范工作，對設備構件等進行必要的保護，當出現六級以上的大風時，則需要停止提升作業。

為防止突發大風影響施工，需要保證網架結構在提升過程中的絕對安全。在提升的過程中，需要時刻觀測網架結構的偏移量，當鋼絞線的偏移大于1°時需要停止作業，并用鋼絲繩將網架結構的四角與相鄰的穩定結構相連接，防止網架水平擺動[4]。

在臺風到來之前需要將鋼結構與主體結構用鋼絲繩及倒鏈等連接，起到固定的作用。必要時要采用型鋼固定，以保證網架的安全。同時在臺風到來時需要隨時檢查各個固定點是否牢固[5]。

6 結語

本工程安裝高度為34.47 m，在16.80 m標高拼裝，故提升高度為17.67 m，鋼結構桁架質量約500 t。采用這種在地面進行拼接安裝后整體進行吊裝的鋼結構桁架液壓提升技術可以滿足施工安全及質量的要求。在加快了施工速度的同時降低了工程造價，具有一定的經濟效益，并具有布置靈活、自動化程度高、控制精確的特點，可進行推廣。