大跨度鋼結構連廊整體提升平臺設計及提升同步安全性研究

郭振志

【摘要】新型大跨度鋼結構施工風格及異形鋼結構給施工難度帶來了機遇和挑戰(zhàn)，推動了施工技術的改革。本文結合中國牙谷科創(chuàng)園區(qū)建設項目工程實例，詳細說明了液壓整體提升平臺和提升同步性安全驗算，為后續(xù)提升設計和同步性控制措施提供了依據。

【關鍵詞】大跨度;鋼結構;平臺設計;安全性

1.工程概況

中國牙谷科創(chuàng)園區(qū)建設項目多功能館結構類型為框架/框剪/鋼結構，地下結構為2層，地上結構為6至8層，±0以上高度為48m，多功能館的主要功能為辦公樓。鋼連廊位于多功能館B區(qū)，鋼結構連廊平面上位于結構的4-2軸～4-8 線交4- a軸～4-d軸之間，鋼結構連廊平面尺寸為33.6m×17m，立面上位于結構6層～屋面層，標高為23.95m～32.95m，由三榀桁架組成，桁架自身高度9m，跨度33.6m。總重410t。

2.提升平臺的設計和吊點設置

2.1 提升平臺設計

2.1.1提升平臺平面布置

平臺采用鋼廊兩側主體建筑框架結構，提升工藝要求和結構特點，提升平臺共有四種形式，平臺具體布局如圖1。

2.1.2提升平臺設計

提升平臺設計參數如表1。

2.2 提升吊點設置

適用于液壓提升機同步整體提升技術提升鋼結構，必須在方案編制階段進行合理計算，選擇最佳提升吊點。鋼結構連廊吊點的平面布置如下圖2。

3.鋼連廊整體提升

3.1 分級加載試提升

準備開始鋼結構提升階段，液壓提升機將逐漸開始提升壓力，根據鋼結構整體提升策劃，提前告知控制室將壓力逐步上調，增加的壓力最初為20%、40%，此時將暫停加壓并鎖定設備，安排專人進行全面的檢查，隨后將各單位檢查結果進行匯總，在所有正常情況下，通知控制室繼續(xù)將壓力加載到60%、70%、80%、90%、95%、100%。期間安排各單位流動性在外圍檢查，若發(fā)現(xiàn)提升結構在剛開始有離地現(xiàn)象時應立即暫停作業(yè)，保持液壓設備系統(tǒng)壓力不變的情況下鎖定設備。

3.2 同步吊點設置

根據圖紙及現(xiàn)場實際情況，在方案、策劃階段明確了每臺液壓提升器數量和各吊點設置行程傳感器，用來觀察監(jiān)測六個吊點在提升過程中位移同步性[1]。主控室根據各個傳感器的位移檢測信號及數據，來把控整個提升全過程的同步性和穩(wěn)定性。

3.3 提升分級加載

根據鋼結構連廊在試提升過程中得出的數據為依據，對鋼結構連廊正式提升作為可靠的參考資料，根據數據來確認是否符合設計條件，來保證后續(xù)鋼結構整體提升的安全。結合試提升得出數據輸入控制臺，以計算機模擬計算得出數據得出各區(qū)域的提升吊點所受的力，結合數據進行分析得出接下來逐步對鋼結構進行逐級加載數據，順序為由20%、40%、60%、70%、80%，逐步加載到相應數據后在鎖定設備，安排專人進行系統(tǒng)性檢查，確認各部分不存在安全隱患的情況下方可加載，加載到90%、95%、100%，直至鋼結構連廊全部脫離拼裝胎架為止。

3.4 鋼結構離開地面檢查

鋼結構離開地面組裝胎架約15cm后，告知控制室將液壓提升機設備上鎖，鋼結構在懸空狀態(tài)下放置4至12小時，在此期間檢查人員應進行全面檢查（包括主體結構受力點、提升機器、增壓泵的工作狀態(tài)、吊點結構、提升平臺等）。待各項全面檢查全部符合要求且不存在安全、質量隱患的情況下，再進行正式提升。

3.5 狀態(tài)檢測調整

當設備鎖定以后，安排專業(yè)人員用測量儀器進行檢測各吊點距離地面的實際數據，通過測量出的數據計算出各吊點相對高差。根據相對高差告知控制室相應吊點的對應數據，由控制室通過設備微調各吊點高度，使鋼結構相對高差能夠達到設計狀態(tài)。

3.6 整體同步提升

在整體提升過程中，每提升5m（不足按5m算）高度進行測量各觀測點，觀測點設在連廊的中間位置和吊點正下方，保持連廊位置關系和提升前的位置關系一致，如不一致利用液壓設備進行微調保證連廊高度一致，根據此方法同步提升至設計高度。

4.提升平臺和整體提升同步性驗算

4.1鋼連廊提升過程計算

4.1.1分析計算模型

本工程采用SAP2000 Ver 17.3.0采集的數據分析，現(xiàn)如今SAP2000為國際上通用的有限元計算分析程序，其計算分析功能強大。

按照圖紙，構件為Q345鋼，臨時措施為Q345鋼。

4.1.2 荷載與荷載組合數據

（1）結構荷載取值

根據《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2012），該結構主要應考慮以下荷載和作用：

①永久荷載

結構自重 —— 按鋼材重度為78.5 kN/m3，由程序自動計算。

②可變荷載（見表2）

風荷載計算如下：

計算得總的水平風力為Fx=40KN、Fy=50KN。

（2）荷載組合

荷載組合依據《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2012）選取如下情況進行計算：

豎向荷載為桁架結構自重（包含10噸樓承板），按照最不利的荷載取值;水平力為桁架風荷載。

豎向荷載的荷載分項系數1.2或1.4，風荷載的分項系數1.4，應力計算時考慮如下荷載組合：

1.2DEAD+1.4WINX

1.2DEAD+1.4WINY

1.2DEAD+1.4×0.7WINX+1.4×0.7WINY

1.4DEAD+1.4×0.6WINX

1.4DEAD+1.4×0.6WINY

計算變形時，不考慮分項系數，考慮如下荷載組合：

1.0DEAD

（3）支座約束

提升吊點—Z向固定、XY向彈簧。

4.1.3結構主要分析結果

連廊計算

（1）計算模型（見圖3）

（2）反力（見圖4）

（3）應力（見圖5）

（4）變形（見圖6）

結構最大豎向變形11.3mm，吊點之間的距離為28900mm，變形為跨度的1/2258，小于L/250，滿足規(guī)范要求。

（5）結構穩(wěn)定性分析

作用在結構上的荷載即為自重，一次提升結構的前幾階失穩(wěn)模態(tài)如下：（見圖7）

根據失穩(wěn)的極限荷載安全系數來看，結構的臨界荷載安全系數最小值為12大于1，滿足規(guī)范的穩(wěn)定系數要求，結構安全。

4.1.4 提升不同步工況分析

根據主體結構的對稱性，選擇結構中的3#、5#、6#吊點進行同步誤差驗算，驗算方法采用強制位移法分析，先根據支座反力特點分析該工況的可能性，從而找出不同步的極限工況（即實際施工中比此工況更為安全），再分析結構在此極限工況下的結構是安全的，也就證明了實際提升過程的安全性。

（1）計算模型（見圖8）

（2）連廊反力（單位：kN）（見圖9）

（3）連廊應比力（見圖10）

整體提升時，不同步20mm位移下，最大桿件應力比小于0.735，滿足提升工況要求，整體提升不同步監(jiān)測預警值設定為20mm。

4.2提升平臺安全驗算

4.2.1平臺計算模型（見圖11）

4.2.2 平臺應力

提升平臺臨界的最大應力為0.703，小于1，數據滿足規(guī)范要求。

4.2.3 平臺變形

提升平臺端部臨界的最大豎向變形為0.33cm，滿足規(guī)范要求。

4.2.4 平臺反力（見圖12）

4.3 整體提升結論

（1）連廊鋼結構拼裝時，鋼材桿件臨界的最大應力比0.211，小于1，滿足規(guī)范要求;最大變形值為1.6mm，小于L/250，滿足設計要求。

（2）連廊鋼結構整體提升過程中，桁架最大豎向位移最大值為12mm，結構最大應力比為0.495，位移和應力值均滿足規(guī)范要求。

根據《鋼結構設計標準（附條文說明[另冊]）》（GB50017-2017），本工程鋼結構桁架撓度控制在L/250以內（L為桁架跨度）[2]。承載力極限狀態(tài)荷載效應組合下的最大設計應力比0.495。

（3）連廊整體提升不同步工況：不同步20mm位移下，最大桿件應力比小于0.735，滿足提升工況要求;不同步計算時最大反力為5號點不同步20mm時，反力值為1424kN，為正常情況下的1.48倍，但實際提升過程中液壓泵源系統(tǒng)按照實際壓力的1.1～1.15倍調節(jié)各個點的泵源壓力，以保證個別或者部分點無法單獨完成整體提升構件的升降動作，因此，不同步20mm計算偏于完全，可以滿足提升工況的要求。

（4）提升平臺驗算：最大應力比0.7，豎向變形最大3.3mm，水平變形最大2.6mm，滿足提升工況要求。

綜上，結構在整個鋼連廊在拼裝和提升過程中位移和應力滿足提升工況要求。

5.結語

鋼結構連廊整體提升施工重點在于提升過程控制，而控制參數就來源于提升平臺和提升同步性驗算的數據。鋼連廊整體提升技術適用于高層大型場館大跨度、超重力的鋼結構施工。尤其體現(xiàn)在看見狹隘的、不便于施工的區(qū)域采取此方法，節(jié)省了空間，縮短了工期，提高了工程質量。中國牙谷科創(chuàng)園區(qū)建設項目多功能館在鋼結構連廊提升的過程中，通過計算機全程計算、控制，使同步提升全過程監(jiān)控得以實現(xiàn)。本文就相關驗算進行總結，為同類項目提供借鑒和依據。

參考文獻

[1]王宏. 大跨度鋼結構關鍵施工技術的應用[C].大型復雜鋼結構建筑工程施工新技術與應用論文集，中國建筑金屬結構協(xié)會，2012：455-466.

[2]陳德龍. 鋼結構液壓整體同步提升施工技術研究[J]. 價值工程，2018，37（31）：135-136.

（作者單位：中交四公局建筑工程有限公司）

【中圖分類號】TU391

【文獻標識碼】A

【文章編號】1671-3362（2020）10-0037-04