北京新國展二期大跨度空間桁架垂直旋轉提升施工技術

李 昂，謝永偉，韓瑞京

（北京市機械施工集團有限公司，北京 102628）

隨著大型展館、場館等建設的興起，大跨度空間桁架、網架等鋼結構的施工越來越多，此類鋼結構的特點是跨度大、面積大，且往往存在較大高差，常規的施工方法是采用分段、分塊原位吊裝或整體提升的施工方法，對于高差較大的鋼結構，若采用整體提升，會投入大量的臨時支撐工裝措施，所以近年來大跨度空間鋼結構旋轉提升技術被越來越多的運用。

本文以北京新國展二期項目為例，介紹一種大跨度空間桁架的垂直旋轉提升施工方法，使用常規液壓千斤頂進行提升，在下錨點設置一種旋轉提升裝置，人工在地面上即可操作，使鋼絞線無論在拼裝過程或提升過程中始終保持垂直狀態，滿足規范要求，操作簡單且可靠性強。

1 工程概況

北京新國展二期項目會議中心屋面鋼結構由型鋼混凝土柱、鋼框架梁、水平支撐及型鋼桁架組成，鋼結構屋面為坡屋面，柱頂標高范圍31.450～38.430m，鋼梁兩端最大高度差2.06m（圖1）。

圖1 會議中心屋面鋼結構布置圖

B 軸、H 軸/12 軸～20 軸連接型鋼桁架的鋼骨柱截面為十字柱，截面規格為十字型1 300×680×30mm×40m，H 軸柱底標高31.455m，B 軸柱底標高29.285m。

在H 軸/11 軸～14 軸有一榀橫向跨度27m的型鋼桁架（GHJ02），B 軸～H 軸/12 軸～20軸有九榀縱向跨度54m 的型鋼桁架（GHJ01），桁架間距均為9m，其中12 軸、13 軸桁架在H 軸與桁架GHJ02 連接，其他桁架與鋼骨柱連接，桁架之間上下弦有系桿連接（圖2～圖4）。

圖2 桁架平面布置圖

圖3 GHJ01立面圖

圖4 GHJ02立面圖

2 大跨度空間桁架垂直旋轉提升施工方法

2.1 施工分區

屋面桁架提升采用原位拼裝，旋轉提升與正常提升相結合的方式。其中12 軸、13 軸的桁架GHJ01 與GHJ02 采用正常提升，14 軸～20 軸桁架采用旋轉提升（圖5）。

圖5 桁架分區示意圖

2.2 提升系統選用及提升工裝體系設計

本工程桁架總重量約800t，提升區域總重量約775t，共設置36 個提升點，均選用40t 千斤頂（圖6）。千斤頂總提升能力為1 440t，總體提升能力為總體提升荷載標準值的1.86 倍，滿足GB51162-2016《重型結構和設備整體提升技術規范》中“總體提升能力不應小于總提升荷載標準值的1.25 倍”的要求。

圖6 提升點布置圖

每臺LSD400 型液壓千斤頂內穿6 根鋼絞線，36 臺千斤頂共計216 根鋼絞線，鋼絞線采用高強度低松弛預應力鋼絞線，公稱直徑為15.24mm，抗拉強度為1 860N/mm2，破斷拉力為260.7kN，彈性模量198GPa，松弛率≤2.5%，重量為1.1kg/m。每臺液壓千斤頂頂部預留的鋼絞線應沿導向架朝預定方向疏導。

液壓泵站共設置6 臺（表1），布置在南北兩側各3 臺，北側設置在四層30.800m 標高的樓板上，南側設置在三層27.100m 標高的樓板上。

表1 液壓泵站選用表

2.3 桁架提升錨點設計

錨點工裝材料均采用16.900m 標高的桁架的提升工裝材料改造而成。

千斤頂的上錨點提升鋼梁選用原結構上弦牛腿，提升上錨點構造是通過30mm 厚鋼板與原結構組合而成，在提升牛腿上翼緣兩側各設置1 個液壓千斤頂，提升時，上錨點的混凝土柱強度需達到100%（圖7）。

圖7 上錨點示意圖

40t 千斤頂下錨點分為2 種，一種是原位提升區下錨點，提升鋼梁選用原結構下弦桿件（圖8）。另一種下錨點為旋轉提升區下錨點，提升鋼梁選用原結構下弦桿件，在桁架下弦設置一種旋轉提升裝置（圖9）。

圖8 40t千斤頂下錨點示意圖

圖9 100t千斤頂下錨點示意圖

桁架旋轉過程中，桁架南側千斤頂保持不動，桁架北側千斤頂進行提升，使桁架只進行豎向旋轉（圖10）。

圖10 桁架豎向旋轉示意圖

桁架下弦底部橫梁為箱型梁，耳板及加勁板對應位置設置肋板，銷軸2 用于桁架旋轉過程中的水平位移，桁架旋轉到位后，銷軸2 的水平位移約39mm。銷軸1 用于使下錨點在旋轉過程中保持水平。

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規范要求鋼絞線水平偏差不大于提升高度的1/1 000，本工程提升高度約13m，允許誤差13mm，提升過程中需保持鋼絞線處于豎直狀態。

在桁架腹板上焊接限位梁，用于限制下錨點的水平位移，倒鏈一端連接在限位梁上，另一端與下錨點側面進行連接。提升過程中，使用倒鏈拉住下錨點，使鋼絞線始終保持豎直狀態。由于旋轉過程中下錨點相對桁架有向左方向的水平位移（約67mm），旋轉過程中須緩慢釋放倒鏈。

旋轉完成后兩銷軸處于豎直狀態，與原位提升區桁架連接后可進行整體豎直提升（圖11）。

圖11 旋轉過程銷軸狀態示意圖

2.4 施工流程

1）首先完成桁架周圍的混凝土結構、鋼柱、鋼梁等，清除樓板上的雜物，滿足桁架拼裝條件。

2）在二層樓板上，安裝拼裝胎架，分別按照設計姿態和原位拼裝姿態完成原位提升區和旋轉提升區桁架的拼裝，安裝液壓千斤頂等提升設備。

3）將原位提升區桁架、旋轉提升區桁架進行試提升，確保提升系統正常后，將旋轉提升區桁架北側的千斤頂進行提升，南側千斤頂保持不動，使旋轉提升區桁架旋轉至設計姿態（圖12）。

圖12 桁架豎向旋轉示意圖

4）測量校驗完畢后，安裝原位提升區與旋轉提升區之間的合攏桿件，使之形成整體。然后將整個桁架進行整體提升，提升到位后安裝桁架與周圈結構的合攏桿件，隨后對桁架進行卸載，拆除提升設備，完成屋面桁架的安裝。

3 桁架提升工藝

3.1 桁架提升注意事項

1）試提升，桁架提升200mm，隨后靜載12h，并在桁架端部貼反射片用全站儀觀測桁架的空間位置。靜載12h 后，檢查千斤頂、鋼絞線等提升提升設備，同時觀測桁架的位移與變形情況，無問題后開始旋轉提升。

2）桁架旋轉提升的同時，人工釋放下錨點處的倒鏈，倒鏈放松必須緩慢，且必須隨時觀測桁架的空間位置，確保鋼絞線處于基本垂直狀態。

3）當旋轉提升的桁架的空間位置基本達到設計姿態，用千斤頂逐點微調每一榀桁架的空間位置，使旋轉提升的桁架的空間位置與原位拼裝的桁架的空間位置一致，且桁架間距滿足設計要求后，用倒鏈將桁架臨時固定，隨后安裝合攏桿件，拆除桁架的加固倒鏈，整體提升。

3.2 多點提升對接措施

本工程鋼梁桁架多點整體提升總共有4 道關鍵工序，以保證鋼梁桁架多點提升后的順利合攏：①按牛腿位置進行鋼梁桁架拼裝位置的放線是提升后鋼梁桁架對接的最重要的措施，必須要保證測量精度；②鋼梁必須按位置線進行拼裝；③提升前，鋼梁桁架端頭中心與牛腿中心實際測量情況；④提升工裝中心與牛腿中心相重合，提升工裝上下錨點必須相重合。

3.3 不利因素及對策

1）液壓提升過程的提升力控制 根據預先通過計算得到的液壓同步提升工況各吊點液壓提升力數值，在計算機同步控制系統中，對每臺液壓提升器的最大提升力進行設定。當遇到提升力超出設定值時，液壓提升器自動采取溢流卸載，以防止出現各吊點局部應力超出設計值或提升荷載分布嚴重不均，造成對永久結構及臨時設施破壞。

2）提升過程的空中停留 總提升高度13m，整個提升過程約需要1 個工作日。提升過程中及結構落位卸載前，需要在空中長時間停留。液壓同步提升器設計有機械和液壓自鎖裝置，保證了結構在整體提升過程中能夠長時間地在空中停留，并保持預定的空中姿態。

3）施工安全措施 在一切準備工作做完之后，并經過系統的、全面的檢查確認無誤，現場吊裝總指揮檢查并發令后，才能正式進行提升作業。在結構整體液壓同步提升過程中，注意觀測設備系統的壓力、荷載變化情況等，并認真做好記錄工作。液壓提升過程中應密切注意液壓提升器、液壓泵源系統、計算機同步控制系統、傳感檢測系統等的工作狀態。現場無線對講機在使用前，必須向工程指揮部申報，明確回復后方可作用。通訊工具由專人保管，確保信號暢通。

4 結語

該旋轉提升技術采用常規液壓千斤頂作為提升裝置，與前人研究不同的是，該技術在實施過程中滿足規范的前提下，利用人工在地面即可操作該裝置，操作簡單且便于檢查，可靠性強。

若不使該垂直旋轉提升裝置，在垂直旋轉提升區桁架放平后，鋼絞線的水平偏差會大于提升高度的1/1000；通過使用本垂直旋轉提升裝置，能夠對鋼絞線的角度進行精確控制，保證了鋼絞線的豎直度在國標范圍內，提高了鋼絞線在使用中的安全性。

通過該技術能夠實現對大跨度空間桁架在有限場地的條件下高效拼裝，提高了對大跨度空間桁架的安裝的便捷性。同時，將大跨度空間桁架放平在樓板上組拼，省去了大量的臨時支撐措施，降低了桁架的拼裝高度，使工人施工更安全。