大型鋼結構桁架液壓同步整體提升技術應用及設計

涂序伙

(中國電建集團江西省水電工程局有限公司 ，江西 南昌 330096)

0 引 言

某會展中心項目#1、#2展廳主體采用鋼結構，其結構體系為鋼柱-支撐+鋼結構桁架-鋼梁+鋼筋桁架樓承板+金屬屋面板，呈東西方向對稱布置；地上3層，地下1層，建筑規劃高度28.10 m，總建筑面積34 000 m2，鋼結構總重量為18 000 t。

圖1 大廳屋蓋桁架立面圖

大型鋼結構桁架的安裝標高為+23.29 m，此時地下室頂板結構已經施工完成，如采用大型起重機械設備進行單榀桁架吊裝方案，起重機械設備需在地下室頂板上行走及起吊作業，其頂板遠滿足不了荷載的需求，則需要投入很高的地下室頂板加固費用。若將桁架結構在安裝位置正下方的頂板上拼裝成整體后，利用“超大型構件液壓同步提升技術”將整體提升到位，將大大降低安裝施工難度，施工質量、安全、工期和施工成本控制等均得到有效的保障。

1 提升吊點布置

桁架鋼結構在其投影面正下方的地面上拼裝為整體，根據其結構左右對稱的特點，分別在兩側面各布置五個吊點，如圖2。

圖2 提升吊點平面布置圖

在桁架結構層(標高+23.290 m)處，利用主樓結構的鋼管柱及桁架結構上弦設置提升平臺(上吊點)，在鋼結構提升單元的下弦桿件上與上吊點對應位置處安裝提升臨時吊具(下吊點)，上下吊點間通過專用底錨和專用鋼絞線連接。

2 提升支架設計

桁架提升支架(見圖3)由斜撐、托座和提升梁組成，斜撐將提升反力直接傳遞到主體結構的鋼柱上，優化了提升情況下主體結構的受力狀態。提升梁規格為B300×250×14，斜撐規格為P180×6，水平加固桿規格為P114×6,托座由20厚的鋼板焊接制成。所有臨時措施材質均為Q345B，提升平臺各桿件之間均采用焊接連接，焊縫均采用熔透焊縫，焊縫等級為二級，加勁板采用角焊縫連接。

圖3 提升支架示意圖

3 抗震球鉸支座臨時固定

球鉸支座采用鋼板(材質Q345B，厚度20 mm)四面將其座板和頂板之間焊接連接固定，焊縫均采用熔透焊縫，焊縫等級為二級。鋼板分析采用ANSYS 有限元程序仿真分析(見圖4),基本荷載組合：1.4LL；LL為水平反力。LL取最大水平反力485 N，1.4LL取679 N。

根據抗震球鉸支座應力分布云圖(見圖5)得知，其最大應力為69.341 MPa，且遠小于295 MPa,滿足設計要求。根據抗震球鉸支座應力分布云圖(見圖6)得知，其最大應力為0.26 mm，滿足設計要求。

圖4 抗震球鉸支座計算模型 圖5 抗震球鉸支座應力分布云圖

圖6 抗震球鉸支座變形分布云圖

4 同步提升的實施

試提升階段：提升前，應檢查提升單元和所有臨時措施是否滿足施工方案和圖紙設計要求；確認無誤后以計算機仿真計算的各提升吊點反力值為依據，對提升單元進行分級加載(試提升)，各吊點處的液壓提升系統伸缸壓力分級增加，依次為20%、40%、60%、70%、80%；再次檢查各部分無異常的情況下，可繼續加載到90%、95%、100%，直至提升單元全部脫離拼裝胎架。提升單元離開拼裝胎架約150 mm后，利用液壓提升系統設備鎖定，空中停留12 h作全面檢查(包括吊點結構，承重體系和提升設備等)，各項檢查正常無誤，再進行正式提升。靜載時用測量儀器檢測各吊點的離地距離，計算出各吊點相對高差。

正式提升階段：通過液壓提升系統設備調整各吊點高度，使提升單元達到設計姿態。以調整后的各吊點高度為新的起始位置，復位位移傳感器，在同步整體提升過程中，保持該姿態直至提升距離設計標高約200 mm時，暫停提升。

提升就位階段：各吊點微調使結構精確提升到達設計位置；液壓提升系統設備暫停工作，保持提升單元的空中姿態，緊接著后裝桿件安裝，使提升單元結構形成整體穩定受力體系。

拆除階段：后裝桿件焊縫經檢測合格后方可將液壓提升系統設備同步減壓，至鋼絞線完全松弛；拆除液壓提升系統設備及相關臨時措施，完成提升單元的整體提升安裝。

5 受力結構有限元分析

整個提升過程采用空間有限元程序MIDAS/Gen仿真分析，其計算模型如圖7所示。荷載工況: 恒荷載DL(DL為結構自重)。提升結構包括管桁架結構、檁條結構、女兒墻結構、鋼絞線共412.45 T，平均分布在桁架結構上。荷載組合:標準荷載組合為1.0 DL、基本荷載組合為1.4 DL。提升時，桁架被提升結構最大應力比約為0.62(見圖8)，滿足設計規范要求。提升時，通過桁架結構變形分布圖(如圖9、10)可知，桁架被提升結構跨中最大豎向變形為44 mm，提升點間距約為48 000 mm，變形為跨度的1/1090，滿足規范要求的1/400。通過以上計算結果可知，被提升結構的強度、剛度均滿足設計規范要求。

圖7 桁架被提升結構 圖8 屋蓋桁架被提升結構應力分布圖

圖9 桁架被提升結構DXYZ分布圖(單位：mm) 圖10 桁架被提升結構DZ分布圖(單位：mm)

6 吊裝施工實施效果

此工程大型桁架結構施工中采用了“超大型構件液壓同步提升”吊裝施工技術，于2019年4月10日開始地面拼裝至2019年6月10日液壓提升設備拆除，經過2個月的日夜奮戰，順利圓滿地完成了安裝任務，受到了監理和業主的一致好評，工程質量被南昌贛江新區評為“優質工程”稱號，取得了良好的社會經濟綜合效益。

7 結 語

目前，在我國大型鋼結構建筑施工中，整體提升技術的應用越來越廣泛，該技術應用于大面積、大跨度、大噸位空間桁架或網架結構的安裝，降低了拼裝和焊接作業高度，避免使用大型起重機械設備，縮短了施工工期和節約了工程成本。

該技術應用時需注意以下幾點：

(1) 提升受力點鋼柱頂部的抗震球鉸支座應采取臨時加固措施。

(2) 鋼絞線的垂直度偏差不大于h/1000，且小于等于22 mm。

(3) 提升過程中提升單元、提升設備和吊點受力構件各階段監測數據分析表。

(4) 根據結構驗算分析確定合理的分級加載順序。