李 敏 張 強(qiáng) 王永剛 胡 銳 楊蔣文 史 靜 劉嘉鋒

中國建筑第二工程局有限公司 江蘇 南京 210000

超大質(zhì)量復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)剛?cè)峤Y(jié)合同步提升技術(shù)采用多吊點(diǎn)剛?cè)峤Y(jié)合的累積安裝創(chuàng)新工藝，具有“外整內(nèi)缺，累積提升”的特點(diǎn)，并根據(jù)承重體系和提升結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)置提升吊點(diǎn)。運(yùn)用液壓同步控制系統(tǒng)分段提升至同一高度后，將分段組裝完成，再提升至設(shè)計(jì)高度。利用成套技術(shù)使鋼結(jié)構(gòu)成為建造綠色智慧新城的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1-3]。

1 工程概況

重慶江北新區(qū)市民中心項(xiàng)目上園高樓結(jié)構(gòu)總體采用鋼框架支撐結(jié)構(gòu)體系，頂部3層剛性桁架結(jié)構(gòu)整體提升安裝，直徑104 m，提升總質(zhì)量約5 300 t，提升總高度約37 m。

2 工藝原理

在主承重體系的四肢格構(gòu)式塔架柱頂安裝提升支架。先提升基坑內(nèi)3/4不規(guī)則結(jié)構(gòu)約6 m高，與基坑外1/4結(jié)構(gòu)整體拼裝完成后，再整體提升至設(shè)計(jì)位置標(biāo)高。

3 制作工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 制作工藝流程

施工準(zhǔn)備→提升支架安裝→鋼桁架拼裝→液壓提升器安裝→下吊具、鋼絞線安裝→提升設(shè)備連接→液壓同步控制系統(tǒng)調(diào)試→檢查驗(yàn)收（自檢）→專家現(xiàn)場驗(yàn)收→試提升→正式提升→1/4段桁架拼裝→整體焊接→第2階段試提升→第2階段正式提升→提升器鎖定→嵌補(bǔ)、焊接

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 抗震受力分析

1）采用Etabs軟件進(jìn)行了中震分析，桁架的應(yīng)力比、框架支撐角筒中框架柱和普通鋼支撐及樓面鋼支撐應(yīng)力比均滿足中震彈性形變的性能目標(biāo)；屈服約束支撐滿足中震部分支撐屈服的性能目標(biāo)。

2）采用Perform-3d軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈塑性時(shí)程分析，結(jié)構(gòu)層間最大位移角滿足規(guī)范的要求，結(jié)構(gòu)整體耗能良好，各構(gòu)件的性能均符合預(yù)定的性能目標(biāo)。

3.2.2 BIM有限元仿真

1）針對(duì)同步控制液壓設(shè)備控制難度大、提升絕對(duì)同步性難以保證的難題，采用有限元模型對(duì)客觀存在的不同步性進(jìn)行定量和定性計(jì)算分析。設(shè)置小剛度的彈簧約束模擬提升結(jié)構(gòu)提升過程的水平邊界條件，對(duì)提升結(jié)構(gòu)在地震荷載、風(fēng)荷載作用下的擺動(dòng)進(jìn)行模擬，選取其中允許的最大不同步性提升位移限值，作為安全控制值。

2）針對(duì)同步卸載可操作性差的特點(diǎn)，并考慮鋼結(jié)構(gòu)處于應(yīng)力水平較低的彈性狀態(tài)下，不同的卸載順序?qū)Y(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形狀態(tài)的影響，對(duì)卸載過程進(jìn)行仿真計(jì)算，證明彈性力學(xué)的疊加原理適用于提升完成后拉索的拆除，可以采用不同步卸載施工技術(shù)。

3）針對(duì)提升結(jié)構(gòu)在地震作用和風(fēng)荷載擺動(dòng)時(shí)吊索產(chǎn)生的水平拉力，計(jì)算分析提升結(jié)構(gòu)以及支撐結(jié)構(gòu)的受力影響，采用提升結(jié)構(gòu)位于地面附近的工況驗(yàn)算提升結(jié)構(gòu)與提升架在風(fēng)荷載作用下的碰撞狀態(tài)，以及在提升高度內(nèi)地震作用下拉索的最大拉力和水平位移，據(jù)此設(shè)置提升結(jié)構(gòu)與提升支撐之間的最小相對(duì)位移間距，避免碰撞。

3.2.3 提升支架制作安裝

安裝時(shí)利用全站儀精準(zhǔn)安裝定位，保證提升支架橫梁安裝平整度誤差不大于3 mm；對(duì)位提升支架與下吊具，保證安裝誤差不超過1.0°且水平誤差不大于15 mm，避免產(chǎn)生過大的水平力；提升支架安裝完成后進(jìn)行100%探傷，全部檢測合格后進(jìn)行提升作業(yè)。

3.2.4 下吊具安裝

環(huán)桁架和主桁架采用2種類型的下吊具，對(duì)結(jié)構(gòu)建模分析，分別確定反力值，分析結(jié)果的局部最大應(yīng)力為256 MPa，故設(shè)計(jì)下吊具材質(zhì)為Q345B，屈服強(qiáng)度為345 MPa。下吊點(diǎn)采用在被提升鋼桁架結(jié)構(gòu)的主（環(huán)）桁架上弦桿上表面焊接下吊具的形式，焊接要求均為等強(qiáng)連接；通過在下吊具頂板位置上開孔，使鋼絞線與下部地錨連接，形成穩(wěn)定的吊具結(jié)構(gòu)形式，利于后期安拆工作，不影響原結(jié)構(gòu)桿件對(duì)口安裝，臨時(shí)措施用量較少。環(huán)桁架處的下吊點(diǎn)設(shè)置在環(huán)桁架上弦與立柱的連接節(jié)點(diǎn)處，無需加固處理；而布置在主桁架處的下吊點(diǎn)未設(shè)置在桁架上弦節(jié)點(diǎn)處，需額外進(jìn)行加固處理（加固桿件截面B500 mm×500 mm×25 mm，Q345B），下吊點(diǎn)下方設(shè)置豎向拉桿與桁架下弦節(jié)點(diǎn)連接。

3.2.5 液壓提升器及液壓泵源安裝

在環(huán)桁架提升吊點(diǎn)上安裝TJJ-5000型液壓提升器，單臺(tái)液壓提升器額定提升能力500 t，在主桁架提升吊點(diǎn)上安裝TJJ-3500型液壓提升器，單臺(tái)液壓提升器額定提升能力350 t。其中最大裕度系數(shù)2.23，最小裕度系數(shù)1.65，配置符合規(guī)范要求。液壓提升器為穿芯式結(jié)構(gòu)，中間穿鋼絞線，兩端有主動(dòng)錨具，利用楔形錨片的逆向運(yùn)動(dòng)自鎖性，卡緊鋼絞線向上提升。

每臺(tái)提升器內(nèi)鋼絞線孔應(yīng)與提升梁的鋼絞線孔中心對(duì)齊，依液壓鎖方位來調(diào)整位置，每臺(tái)提升器底部采用壓板固定。液壓泵源系統(tǒng)數(shù)量依照提升器數(shù)量和參考各吊點(diǎn)反力值選取，提升鋼桁架結(jié)構(gòu)時(shí)，每個(gè)塔架柱柱頂位置配置2臺(tái)TJV-60的液壓泵源系統(tǒng)，共計(jì)配置8臺(tái)TJV-60液壓泵源系統(tǒng)，每2臺(tái)泵站驅(qū)動(dòng)6臺(tái)液壓提升器。

3.2.6 導(dǎo)向架安裝

導(dǎo)向架安裝在提升器旁邊，導(dǎo)向架的導(dǎo)出方向以方便安裝油管、傳感器和不影響鋼絞線自由下墜為原則。

3.2.7 鋼絞線安裝

按照提升吊點(diǎn)計(jì)算反力值，選取φ17.8 mm高強(qiáng)鋼絞線，單根鋼絞線承載力350 kN，圈桁架、主桁架提升點(diǎn)位置鋼絞線選擇42根。按順序依次將鋼絞線穿入地錨中并理齊，鎖緊鋼絞線。

3.2.8 提升同步控制系統(tǒng)布置

計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)布置在提升器、泵源系統(tǒng)等位置附近，便于與提升器及泵源系統(tǒng)等連接。

3.2.9 大直徑桁架預(yù)起拱拼裝

本工程采用“地面拼裝，整體提升”的安裝工藝，首先在地下室筏板及筏板外區(qū)域拼裝頂部3層桁架結(jié)構(gòu)。桁架拼裝采用先桁架后系梁的順序進(jìn)行，桁架拼裝過程中采取側(cè)向加固支撐，防止桁架傾覆，并及時(shí)連接系梁，使拼裝結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系。提升鋼桁架結(jié)構(gòu)于投影正下方筏板上原位拼裝，根據(jù)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算軟件選擇圈桁架象限點(diǎn)位置及中間桁架中點(diǎn)位置確定起拱值。在筏板上布置胎架進(jìn)行預(yù)起拱，方便上部結(jié)構(gòu)拼裝。胎架根據(jù)吊掛柱位置及分段進(jìn)行布置，在筏板施工時(shí)預(yù)留胎架焊接埋件。

3.2.10 正式提升

本工程采用頂部3層桁架結(jié)構(gòu)地面拼裝完成后整體提升，下部2層吊掛結(jié)構(gòu)散件吊裝施工。由于地面拼裝場地位于基坑外，第一階段先提升該區(qū)域以外3/4不規(guī)則結(jié)構(gòu)約6 m高，在此狀態(tài)下拼裝基坑外涉及的提升桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)整體拼裝完成后進(jìn)行第二階段整體提升至設(shè)計(jì)位置標(biāo)高。2次提升結(jié)構(gòu)質(zhì)量差異大、形心偏離大，提升過程受力復(fù)雜。

3.2.11 懸停加固

桁架結(jié)構(gòu)提升至相應(yīng)標(biāo)高后進(jìn)行懸停，并使用H型鋼進(jìn)行臨時(shí)側(cè)向固定，安裝下部標(biāo)準(zhǔn)節(jié)臨時(shí)支撐，嵌補(bǔ)焊接南側(cè)與提升單元桿件。

3.2.12 提升過程同步性監(jiān)測

提升過程中采用靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行結(jié)構(gòu)同步性監(jiān)測，精度±0.2 mm。在24個(gè)下吊點(diǎn)部位設(shè)置靜力水準(zhǔn)儀對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體提升同步性進(jìn)行監(jiān)測，與常規(guī)上吊點(diǎn)同步性監(jiān)測方法相比，有效地消除了提升吊點(diǎn)變形及鋼絲繩延展所帶來的誤差。監(jiān)測數(shù)據(jù)采用GPRS-A無線數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行采集。

3.2.13 自鎖死裝置

自鎖死裝置主要由上部承載箱形梁、吊掛鋼帶、雙銷軸組成。通過模型驗(yàn)算，300 t荷載作用下最大變形0.3 mm，最大應(yīng)力280 MPa。

3.2.14 加固及嵌補(bǔ)安裝

為提高懸挑桁架整體剛度和強(qiáng)度，在懸挑桁架提升支架下方設(shè)置加固立柱，對(duì)懸挑結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，加固立柱截面為箱形600 mm×20 mm，材質(zhì)Q345B。同時(shí)，將提升架布置位置H型鋼梁替換為箱形截面。為縮短提升支架懸挑長度，減少結(jié)構(gòu)拼接接頭數(shù)量，增加提升安全性，提升單元主桁架采用小段嵌補(bǔ)方式，格構(gòu)柱牛腿段隨鋼柱一起吊裝就位。提升就位后，使用桁架嵌補(bǔ)單元連接牛腿及主桁架；嵌補(bǔ)段安裝順序由上向下進(jìn)行，先弦桿后腹桿。

3.2.15 分級(jí)卸載

本工程整體提升就位后鎖死鋼絞線，同時(shí)增加限位鎖定裝置后進(jìn)行節(jié)點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)、4～5層倒掛結(jié)構(gòu)施工。整體結(jié)構(gòu)安裝完成后進(jìn)行分級(jí)卸載，先卸載吊掛鋼帶并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，待監(jiān)測數(shù)值穩(wěn)定后，分五階段對(duì)鋼絞線進(jìn)行卸載。

卸載檢查：卸載前對(duì)焊接進(jìn)行全方位檢查，同時(shí)測量就位狀態(tài)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；卸載過程中做好關(guān)鍵位置應(yīng)力監(jiān)測，并實(shí)時(shí)跟蹤測量每一級(jí)卸載完成后的結(jié)構(gòu)變化情況。

4 效益分析

實(shí)現(xiàn)了大直徑鋼環(huán)梁整體提升，以及我國首例剛?cè)峤Y(jié)合型鋼結(jié)構(gòu)整體提升，在鋼結(jié)構(gòu)吊裝中首次采用了“下吊點(diǎn)靜力水準(zhǔn)儀高精度監(jiān)測技術(shù)”。通過技術(shù)研究和創(chuàng)新，形成具有企業(yè)特色的成熟施工技術(shù)，推動(dòng)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)安裝建筑體系在我國的推廣應(yīng)用，加快建筑生產(chǎn)工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的進(jìn)程。與傳統(tǒng)高空拼裝相比較，新技術(shù)節(jié)約成本780余萬元，其中節(jié)約人工費(fèi)200余萬元，材料費(fèi)20余萬元，機(jī)械設(shè)備費(fèi)325余萬元，技術(shù)措施費(fèi)40余萬元，工期費(fèi)用180余萬元。

5 結(jié)語

超大質(zhì)量復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)剛?cè)峤Y(jié)合同步提升技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求和合同承諾，同時(shí)降低了工程施工成本，提高了工程施工效率，為整個(gè)工程的技術(shù)管理和經(jīng)濟(jì)核算管理創(chuàng)造了價(jià)值。