解析大跨连体钢结构整体提升技术

解析大跨连体钢结构整体提升技术

[摘要]本文详细介绍了整体提升、提升吊点设置、提升平台设计、提升下吊点设置等关键技术及难点，并通过对施工全过程有限元仿真分析表明，该技术高效，合理，保证了工程质量和施工安全，并为此类大跨度钢结构工程施工提供了一定的参考。

[关键词]大跨度 巨型桁架 整体提升 提升平台设计 下吊点设置 1 引言

集群千斤顶液压整体提升技术是近年来在我国施工行业逐步发展起来的新兴的大型构件整体安装技术，多采用“钢绞线悬挂承重、液压提升千斤顶集群、计算机控制同步”的方法。该技术已成功地应用到国内影响较大的代表性、标志性工程当中。由于该技术的巨大提升能力及优越性能，因而受到工程界的广泛关注，并被建设部列为重点推广的建筑业施工新技术。这种新颖的起重技术在长距离、大吨位提升方面的特点和优越性，是传统的卷扬机钢丝绳滑轮组起重技术不能比拟的。

2 工程概况

上海张江集电港综合展览中心地下1层，地上五层，建筑高度23.1米，为外框钢框架支撑+屋面大跨度巨型钢桁架结构。屋面大跨度巨型钢桁架主要包括南北方向3榀，分布在8轴、10轴、12轴，间距16.80m，桁架跨度58.8m，高度10.139m，上弦杆表面标高为23.139m。3榀大跨度巨型桁架支承在周边钢框架柱上（截面口1500x1500x40x40），支座为抗震球形钢支座。3榀巨型桁架及之间的连梁重1750t。

3 工程特点及难点

结合该工程大跨度、巨型桁架的特点，通过对各种施工方案对比分析，选用整体提升进行施工。施工难点主要包括以下几个方面：

① 通过对整个提升体的提升过程验算，周围钢框架结构存在超应力杆件需临时加固；② 大跨度屋盖结构为全焊接连接，杆件截面大，板件厚，焊接工作量大；③ 巨型桁架跨度58.8m，高10.3m，跨度大，高度高，安装难；④ 巨型桁架地面组装过程中应考虑预起拱，根据设计要求，桁架下弦起拱高度最大值40mm；⑤ 工程体量较大，施工工期非常紧，如何在合同工期保质保量的完成工程的施工，是本工程的重点之一；⑥桁架采用整体提升，同步控制是重点。

4 方案优点

整体提升目前已广泛适用于现代钢结构施工中，其优点有：①主要的拼装、焊接及油漆等工作在拼装胎架上进行，施工效率高，施工质量易于保证；②提升

单元上的附属次结构件可在地面安装或带上，可最大限度地减少高空吊装工作量，缩短安装施工周期；③采用“液压同步提升施工技术”吊装屋面钢结构，技术成熟，有大量类似工程成功经验可供借鉴，吊装过程的安全性有保证；④液压提升设备设施体积、重量较小，机动能力强，倒运和安装方便；⑤提升上吊点等临时结构利用巨型桁架预装段和钢框架结构设置，加之液压同步提升动荷载极小的优点，可以使提升临时设施用量降至最小。

5整体提升施工工艺

5.1提升吊点设置

屋盖钢结构单元主要由3榀巨型桁架及连梁组成，桁架两端支承在框架柱GJZ07顶端。由于框架柱GJZ07与周围钢框架联系在一起形成稳定的受力体系，因此提升吊点利用框架柱GJZ07顶部桁架上弦杆先装段设置。提升吊点设置位置的后方用临时斜向拉杆与下一层框架立柱连接，起到平衡提升附加弯矩的作用，使得提升附加弯矩由整个外围钢框架共同承担。

5.2、提升平台设计

提升平台的设置非常关键，直接影响到结构提升的质量和安全。本项目利用巨型桁架上弦杆先装段，对其两侧局部上翼缘加宽，并设置竖向加劲板，形成对称布置的两个提升临时牛腿为提升平台。上弦杆内部对应位置用钢板加固。液压提升器安装在临时牛腿上，提升专用钢绞线通过牛腿上翼缘开孔穿过，

5.3、提升下吊点设置

与上吊点提升平台的设计方法一样，在巨型桁架下弦杆靠近下翼缘的位置设置临时牛腿结构，与上吊点中心线对应。提升下吊点专用地锚结构安装在临时牛腿结构下表面。专用钢绞线连接在液压提升器和提升地锚之间，两端分别锚固，用于直接传递垂直提升反力。

5.4 提升方案设计

本屋面大跨度桁架结构采用整体提升施工方案，提升高度19.03m，根据工况所需钢结构提升过程中做3次空中停留，具体步骤如下：

第一步：巨型桁架及之间结构在设计安装位置正下方、地下室底板胎架上散件拼装成整体提升单元；同时安装提升专用平台及在其上安装液压同步提升系统设备；

第二步：在与上吊点垂直对应的巨型桁架下弦杆上设置提升用下吊点，并对下吊点附近进行局部加固处理；并安装钢绞线将提升平台上的液压提升设备与对应下吊点连接。

第三步：液压提升系统预加载，整体提升屋面钢结构单元离开拼装胎架200mm高度，空中停留、观测约12小时；

第四步：在确保提升系统设备、临时设施（提升平台、下吊点及加固措施）及永久结构（外围框架结构、屋面提升单元）等安全的情况下，继续同步提升屋面钢结构单元见图5；

第五步：屋面桁架单元提升至设计标高附近，对其空中姿态进行微调，再进行巨型桁架各层弦杆对口、焊接；

第六步：安装巨型桁架两端斜腹杆后装段，使巨型桁架结构与两侧已安装巨型桁架分段形成整体稳定受力体系；

第七步：液压提升系统同步卸载作业，至钢绞线完全松弛，使屋面钢结构单元自身重量转移到巨型桁架两端支座上；

5.5分级加载

通过试提升过程中对桁架结构、提升设施、提升设备系统的观察和监测，确认符合模拟工况计算和设计条件，保证提升过程的安全。初始提升时各吊点提升器伸缸压力应缓慢分级增加，最初加压为所需压力的40%， 60%，80%，90%，在一切都稳定的情况下，加到100%，即桁架试提升离开拼装胎架。在分级加载过程中，每一步分级加载完毕，暂停并检查上吊点平台（牛腿、斜拉杆）、下吊点等加载前后的变形情况，以及钢框架柱的稳定性等情况。待一切正常，继续下一步分级加载。

当分级加载至桁架即将离开拼装胎架时，可能存在各点不同时离地的情况，此时应降低提升速度，并密切观查各点离地情况，必要时做“单点动”提升，确保桁架离地平稳，各点同步。

6液压提升系统配置

液压同步提升承重系统主要由液压提升器、提升地锚和专用钢绞线组成。结合以往提升经验及桁架受力特性，在每榀桁架每端均设置2台提升器。本工程中，钢桁架模拟提升工况计算得出各吊点提升反力最大约为380吨，最小约310吨。据此配备12台YS-SJ-400规格的液压提升器，配置4台YS-PP-60型液压泵源系统，南北两面各2台。

7计算机同步控制

为确保钢桁架结构及周围框架结构提升过程的安全，采用“吊点油压均衡，结构姿态调整，位移同步控制，分级卸载就位”的同步提升和卸载落位控制策略，具体操作如下：12个同步提升吊点处均设置一套位移同步传感器，计算机控制系统根据这12套传感器的位移检测信号及其差值，构成“传感器－计算机－泵源

比例阀－液压提升器－钢桁架结构”闭环系统，控制整个提升过程的同步性。每一吊点处的液压提升器并联，使这些吊点以恒定的载荷力向上提升，保证桁架整个提升过程的同步性。

8 结论

1）本工程的整体提升充分利用了周围钢框架柱结构设置提升平台，安全可靠，并利于施工成本的控制；

2）对于提升下吊点等重要构件要进行有限元局部应力验算，保证传力合理，变形可控，为是否进行局部加固或扩大应力范围提供依据；

3）根据本工程构件大、跨度大的特点，采用集群千斤顶液压整体提升技术施工，安全、高效，比原定工期缩短20天，并确保了工程质量，同时为此类大跨度桁架屋盖结构的施工提供了一定的参考。

参考文献

[1]吴欣之. 现代建筑钢结构安装技术[M]. 北京：中国电力出版社，2008.

[2]范基，路克宽等. 1800t钢结构液压千斤顶同步整体提升施工技术. 建筑技术. 1995年第11期，683-686.