李 峻

(福建六建集團(tuán)有限公司 福建福州 350014)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，建筑形狀和構(gòu)造多樣化發(fā)展，大量空中連廊在各類型建筑中相繼出現(xiàn)。傳統(tǒng)空中連廊結(jié)構(gòu)形式采用鋼結(jié)構(gòu)，自重大且提升高度高，傳統(tǒng)施工方法采用分件高空散裝焊接成型，增加施工難度，增大風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)[1-2]。如何降低高空安裝的施工難度，降低施工風(fēng)險(xiǎn)是亟需解決的課題，基此，本文在汲取類似工程施工經(jīng)驗(yàn)后總結(jié)出空中鋼連廊結(jié)構(gòu)液壓整體提升與滑移結(jié)合的施工技術(shù)，并運(yùn)用于實(shí)際工程。工程實(shí)踐效果表明，該工程安裝精度符合要求，可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

東二環(huán)泰禾城市廣場(chǎng)四期工程，位于福州市晉安區(qū)塔頭路與連江北路交匯處。該工程含一幢30層的辦公樓、一幢23層的酒店、4層的裙樓及地下室，總面積約123 489 m2，其中，地上建筑面積90 520 m2，地下面積32 969 m2。通過兩側(cè)塔樓懸挑牛腿，在辦公樓與酒店之間搭設(shè)一座空中連廊。連廊底標(biāo)高位于89.950 m，頂標(biāo)高位于97.150 m，整體高約7.3 m，寬約10.125 m，跨度約19.555 m，計(jì)40支桿件，鋼結(jié)構(gòu)整體重量90.968t，如圖1～圖2所示。

圖1 3D渲染圖

圖2 現(xiàn)場(chǎng)圖

鋼連廊兩端橫向桿件與連廊支座投影沖突，故，鋼連廊拼裝場(chǎng)地為連廊垂直投影沿右上45°移3m，可避開連廊支座。范圍在酒店裙樓5-2層頂板上，連廊桿件采用辦公樓西側(cè)TCT3150塔吊進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)及安裝。

技術(shù)難點(diǎn)：連體鋼結(jié)構(gòu)單榀桁架重量大、連體鋼結(jié)構(gòu)提升高度高、連體結(jié)構(gòu)采用下弦支座落位，高空對(duì)接難度大。

2 液壓整體提升及滑移技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備

該工程采用液壓同步整體提升的新型吊裝工藝，配合該工藝的先進(jìn)性和創(chuàng)新性，主要使用如下關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備：

(1)超大型構(gòu)件液壓同步提升施工技術(shù)；

(2)TJJ-600型液壓提升器；

(3)TJV-30型變頻液壓泵源系統(tǒng)；

(4)YT-1型計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)。

2.2 液壓整體提升

“液壓整體提升技術(shù)”是以液壓提升器為提升動(dòng)力，以鋼絞線為動(dòng)力媒介，在設(shè)備兩端采用單向自鎖裝置，使提升物單向提升，避免下墜，具體操作步驟如圖3所示。

第1步：上錨緊，夾緊鋼絞線 第2步：提升器提升重物；

第3步：下錨緊，夾緊鋼絞線第4步：主油缸微縮，上錨片松；圖3 液壓提升器原理圖

2.3 高空滑移

在兩側(cè)的承力平臺(tái)上設(shè)置滑移梁，將液壓提升器安裝在滑移梁上，鋼結(jié)構(gòu)提升到預(yù)定高度后，在塔樓兩側(cè)操作平臺(tái)各設(shè)置一個(gè)水平液壓千斤頂，采用滑移方式使鋼連廊推至設(shè)計(jì)位置就位。

3 施工工藝流程及操作特點(diǎn)

3.1 工藝流程

鋼連廊結(jié)構(gòu)整體提升滑移施工工藝流程如下。

施工準(zhǔn)備→胎架布置安裝→鋼結(jié)構(gòu)拼裝、焊接→提升吊點(diǎn)設(shè)置→液壓提升設(shè)備安裝→鋼結(jié)構(gòu)預(yù)提升→姿態(tài)檢測(cè)及調(diào)整→鋼結(jié)構(gòu)正式提升→提升過程微調(diào)→高空滑移→鋼結(jié)構(gòu)就位→設(shè)備拆除。

整體同步提升安裝流程圖解如圖4所示。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1施工準(zhǔn)備

(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工特點(diǎn)，編制符合規(guī)范并具可操作性的《泰禾廣場(chǎng)空中鋼連廊整體提升方案》。

(2)根據(jù)方案對(duì)吊點(diǎn)位置主體結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)需要加固的結(jié)構(gòu)采取臨時(shí)加固措施，經(jīng)設(shè)計(jì)單位認(rèn)可后組織實(shí)施。

3.2.2胎架的布置安裝

結(jié)合鋼連廊拼裝場(chǎng)地及自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求，拼裝胎膜架采用截面高度200 mm～500 mm熱軋H型鋼作為主要受力構(gòu)件，采用L70角鋼作為斜撐加固,如圖5所示。

拼裝區(qū)域存在反梁，最大高差2.45 m。為了保證原建筑結(jié)構(gòu)安全及穩(wěn)定性，連廊拼裝胎架布置在混凝土反梁位置，保證胎架上口水平±1 mm。

①安裝吊點(diǎn)并設(shè)置臨時(shí)支撐體系 ②設(shè)置操作平臺(tái)吊點(diǎn) ③各項(xiàng)正常后繼續(xù)整體提升

④提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高，微調(diào) ⑤利用倒鏈拖動(dòng)液壓提升，水平滑移 ⑥整體卸載，拆除設(shè)備

圖5 拼裝胎架平面圖

3.2.3鋼結(jié)構(gòu)的拼裝、焊接

(1)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地情況和鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，先安裝兩榀桁架的下弦桿，再安裝底部水平連系桿；接著，通過安裝豎腹桿，利用腹桿頂端節(jié)點(diǎn)安裝上軒桿G1和G2，并安裝上部水平連系桿。通過現(xiàn)場(chǎng)3D模擬判斷G3、G4桿件在提升過程中會(huì)與支座位置碰撞，因此，G3、G4桿件整體鋼結(jié)構(gòu)提升滑移到位后再進(jìn)行焊接拼裝；通過焊接豎向斜撐腹桿，使結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定剛體；通過有限元模擬計(jì)算校核，自身結(jié)構(gòu)通過吊裝，無需進(jìn)行加固。

(2)鋼結(jié)構(gòu)對(duì)接桿件截面積較大，構(gòu)件鋼板尺寸較大，焊縫收縮量變化較大。因此，對(duì)構(gòu)件焊接變形進(jìn)行嚴(yán)格控制核查。

(3)連廊結(jié)構(gòu)整體拼裝結(jié)束后，對(duì)該結(jié)構(gòu)軸線和標(biāo)高偏差進(jìn)行復(fù)核，滿足規(guī)范偏差要求的10 mm之內(nèi)，校核鋼連廊是否按照1/1000的起拱值起拱。

圖6為連廊結(jié)構(gòu)BIM組裝圖。

步驟一下弦桿組裝 步驟二底部橫桿組裝

步驟三立柱組裝 步驟四上弦桿組裝

步驟五頂部橫桿組裝 步驟六側(cè)向腹桿組裝

3.2.4吊點(diǎn)設(shè)置

(1)構(gòu)件點(diǎn)設(shè)置

連廊結(jié)構(gòu)承重體系為兩側(cè)桁架，結(jié)合結(jié)構(gòu)受力形式，選取兩側(cè)兩榀主桁架上弦桿斷口附近作為提升上吊點(diǎn)，共計(jì)4個(gè)(圖7)，通過有限元對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析復(fù)核。

圖7 提升吊點(diǎn)平面布置圖

采用ANSYS建立連廊結(jié)構(gòu)有限元模型，其中，G3G4構(gòu)件在提升過程尚未焊接，故未進(jìn)行建模，模型如圖8(a)所示。其中，采用BEAM44單元模擬連廊結(jié)構(gòu)各桿件，材料彈性模量取2.1×105MPa，密度取7850 kg/m3，泊松比取0.2。4個(gè)吊點(diǎn)視為支座，結(jié)構(gòu)在起吊過程重力作用下，變形如圖8(b)所示，最大變形3.2 mm，發(fā)生在上弦桁架間水平連系桿跨中，從圖8(c)、圖8(d)可見，連廊結(jié)構(gòu)在起吊過程，兩個(gè)水平向變形量均小于1mm，主要為豎向變形，如圖8(e)所示。結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖8(f)所示，起吊過程桿件最大應(yīng)力19.4 MPa，遠(yuǎn)小于材料強(qiáng)度。

圖8(a) 連廊結(jié)構(gòu)有限元模型 圖8(b)整體變形

圖8(c) 水平向1變形圖 圖8(d)水平向2變形

圖8(e) 豎向變形 圖8(f) 應(yīng)力云圖

(2)提升上吊點(diǎn)設(shè)置

在二十四層樓板設(shè)置懸挑提升吊點(diǎn)，通過該層結(jié)構(gòu)拉伸桿和二十三層結(jié)構(gòu)斜撐對(duì)提升平臺(tái)進(jìn)行加固。在二十二層樓板對(duì)二十三層樓板進(jìn)行頂板加固，確保原有結(jié)構(gòu)體系安全性，如圖9所示。

圖9 臨時(shí)提升吊點(diǎn)設(shè)置圖

3.2.5鋼結(jié)構(gòu)預(yù)提升

(1)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)提升前，清除提升通道內(nèi)障礙物。

(2)在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行提升前，對(duì)鋼絞線分級(jí)加載預(yù)緊，每級(jí)加載增量為20%[3]；在每級(jí)加載后對(duì)吊點(diǎn)和鋼結(jié)構(gòu)變形以及穩(wěn)定性進(jìn)行檢查確認(rèn)，在確定所有構(gòu)件安全合格后再進(jìn)行下一步分級(jí)加載，直至結(jié)構(gòu)全部離地(胎架)，如圖10所示。

圖10 結(jié)構(gòu)臨時(shí)加固措施

(3)鋼連廊脫離拼裝胎架時(shí)，連廊未平穩(wěn)提升，應(yīng)采取微調(diào)4個(gè)吊點(diǎn)，確保提升物各點(diǎn)同步提升。

(4)鋼結(jié)構(gòu)分級(jí)加載完畢后，將鋼結(jié)構(gòu)懸停在100 mm高度約4h。在懸停期間對(duì)吊點(diǎn)設(shè)置可靠性、臨時(shí)支撐體系穩(wěn)定性和鋼結(jié)構(gòu)懸停穩(wěn)定性進(jìn)行檢查；在對(duì)各項(xiàng)構(gòu)件性能檢查無誤安全合格后，再正式進(jìn)行對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的提升工作[4]。

(5)液壓同步提升施工技術(shù)采用行程及位移傳感監(jiān)測(cè)和計(jì)算機(jī)控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作、負(fù)載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報(bào)警等多種功能。

操作人員可在中央控制室通過液壓同步計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面進(jìn)行液壓提升過程及相關(guān)數(shù)據(jù)的觀察和(或)控制指令的發(fā)布，如圖11所示。

圖11 液壓同步提升控制系統(tǒng)人機(jī)界面

3.2.6姿態(tài)檢測(cè)調(diào)整

在鋼連廊結(jié)構(gòu)提升時(shí)接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，通過激光測(cè)距儀復(fù)測(cè)，并通過4個(gè)液壓提升機(jī)進(jìn)行微調(diào)，確定提升的標(biāo)高符合設(shè)計(jì)標(biāo)高的誤差值。

3.2.7鋼結(jié)構(gòu)正式提升

連廊鋼結(jié)構(gòu)的整體剛度非常大。測(cè)量的工程偏差一般小于1/400，拐角變形較小，正式提升應(yīng)注意以下要求：

(1)正式提升速度時(shí)，嚴(yán)格按照方案要求的速度(6m/h)執(zhí)行。

(2)提升鋼絞線時(shí)，派專人及時(shí)整理，避免造成提升故障。

(3)在提升過程遇到五級(jí)大風(fēng)時(shí)，暫停提升工作，并通過纜風(fēng)繩對(duì)鋼結(jié)構(gòu)限制其水平擺動(dòng)。

(4)提升過程隨時(shí)檢查以下情況：

①4個(gè)吊點(diǎn)均勻受力情況；

②吊點(diǎn)提升平臺(tái)的穩(wěn)定情況；

③鋼連廊提升過程的整體穩(wěn)定性；

④4吊點(diǎn)受控系統(tǒng)的同步性；

⑤提升過程鋼連廊水平標(biāo)高監(jiān)測(cè)的同步性；

⑥提升承重系統(tǒng)監(jiān)視：錨具緊固狀態(tài)、鋼絲繩工作狀態(tài)、主油缸及上下錨具油缸工作狀態(tài)、液壓鎖、軟管及管接頭工作狀態(tài)、各類傳感器及其導(dǎo)線工作狀態(tài)；

⑦液壓動(dòng)力系統(tǒng)監(jiān)視：系統(tǒng)壓力變化情況、油路泄漏情況、油溫變化情況、油泵、電機(jī)、各電磁閥線圈溫度變化情況、系統(tǒng)噪音情況。

(5)提升時(shí)要確保電力供應(yīng)正常。

3.2.8提升同步控制策略

液壓提升同步控制應(yīng)滿足以下要求：

(1)盡量保證各臺(tái)液壓提升設(shè)備均勻受載；

(2)保證各個(gè)吊點(diǎn)在提升過程中保持一定的同步性。

根據(jù)以上要求，制定如下控制策略：

將一部分提升吊點(diǎn)(液壓提升器)設(shè)為主令點(diǎn)A，該處液壓提升器均采取并聯(lián)形式，并將其速度設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)值，作為同步控制策略中速度和位移基準(zhǔn)。將剩余部分的提升吊點(diǎn)(液壓提升器)均分為兩部分，分別為從令點(diǎn)B(該部分液壓提升器采取并聯(lián)形式)和從令點(diǎn)C(該部分液壓提升器采取并聯(lián)形式)。在計(jì)算機(jī)的控制下從令點(diǎn)B、C以位移量來動(dòng)態(tài)跟蹤比對(duì)主令點(diǎn)A，保證各提升吊點(diǎn)在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升過程始終保持同步。通過3點(diǎn)確定一個(gè)平面的幾何原理，保證結(jié)構(gòu)在整個(gè)提升過程平穩(wěn)。

3.2.9提升過程微調(diào)

當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)開始提升到兩側(cè)塔樓設(shè)計(jì)標(biāo)高處500 mm位置時(shí)，將計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)切換成手動(dòng)模式，對(duì)4個(gè)液壓提升器手動(dòng)實(shí)時(shí)微調(diào)。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)繼續(xù)提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，用水平儀再對(duì)其標(biāo)高繼續(xù)復(fù)核，確保其誤差在允許范圍。

3.2.10鋼結(jié)構(gòu)高空滑移

(1)同側(cè)液壓提升器底座用槽鋼焊接固定，以保證同側(cè)液壓提升器的間距保持不變。

(2)鋼結(jié)構(gòu)的滑移采用50t的螺旋千斤頂(每側(cè)一臺(tái))進(jìn)行頂推，如圖12所示。

圖12 螺旋千斤頂

(3)滑移過程，為了達(dá)到減少摩擦力目的，派專人在提升前于軌道上涂抹潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑。

(4)為確保兩側(cè)的滑移速度保持一致，在滑移梁上設(shè)置刻度尺；當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)滑移時(shí)，兩側(cè)千斤頂?shù)牟僮饕鷱闹笓]統(tǒng)一動(dòng)作，每滑移5 mm時(shí)，就必須停下來檢查核對(duì)。如果兩側(cè)滑移速度不同步，則應(yīng)進(jìn)行糾偏，待糾偏完成后再滑移。

(5)滑移速度嚴(yán)格按照施工方案，避免滑移速度過快造成鋼結(jié)構(gòu)晃動(dòng)過大。

3.2.11鋼結(jié)構(gòu)就位

(1)鋼結(jié)構(gòu)就位前，復(fù)核鋼結(jié)構(gòu)位置是否與設(shè)計(jì)一致。

(2)鋼結(jié)構(gòu)提升滑移到位后，由于鋼結(jié)構(gòu)的安裝需要十分高的精度，因此，其點(diǎn)動(dòng)調(diào)整以毫米級(jí)作為單位。調(diào)整完畢后，保持鋼結(jié)構(gòu)的空中姿態(tài)，暫停設(shè)備，將其鎖緊靜止。

4 質(zhì)量控制

4.1 工藝流程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

施工過程嚴(yán)格遵守《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009、《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)程施工規(guī)范》GB50755、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205、《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81等相關(guān)規(guī)范要求。

4.2 保證措施

(1)在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)提升前，按照國家有關(guān)規(guī)范和驗(yàn)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)編制施工方案，并對(duì)施工班組做好技術(shù)、質(zhì)量交底的工作。

(2)施工所需材料進(jìn)場(chǎng)前，校對(duì)檢查材料質(zhì)量合格證、出廠檢驗(yàn)報(bào)告、型號(hào)、規(guī)格、外觀質(zhì)量、數(shù)量，對(duì)需要復(fù)試檢驗(yàn)的材料按照抽樣檢測(cè)的相關(guān)要求和規(guī)定檢測(cè)合格后才能使用。

(3)嚴(yán)格實(shí)行過程質(zhì)量控制和各個(gè)工序自檢、互檢、交接檢的“三檢制度”。

(4)各崗位操作技術(shù)人員在上崗前必須經(jīng)過培訓(xùn)，且持證上崗。

(5)利用超聲波或射線探傷檢驗(yàn)成型的鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷。

(6)承力臺(tái)的鋼柱、滑移梁的強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)與大小應(yīng)滿足施工要求和結(jié)構(gòu)要求，滑移梁受荷載后最大撓度應(yīng)控制在1/400L內(nèi)。

(7)通過有限元模擬提升，根據(jù)模擬情況布置鋼連廊下吊點(diǎn)位置和數(shù)量，以及校核提升平臺(tái)。

(8)使用的液壓提升器提升能力應(yīng)滿足提升要求，且應(yīng)有足夠的安全儲(chǔ)備。

5 安全措施

(1)施工前熟悉圖紙，并對(duì)施工班組進(jìn)行逐級(jí)安全技術(shù)交底。

(2)施工現(xiàn)場(chǎng)圍擋，禁止非施工人員進(jìn)入場(chǎng)地。

(3)吊裝范圍施工通道口建立安全防護(hù)設(shè)置，地面劃分安全區(qū)域，避免高空墜物砸傷人員，非安全區(qū)域不得有人員停留。

(4)在周邊臨空面樓層設(shè)置防護(hù)欄桿，高度為1.2 m。

(5)登高作業(yè)，如鋼絞線安裝等，應(yīng)設(shè)臨時(shí)操作平臺(tái)。

(6)現(xiàn)場(chǎng)焊接前辦理好動(dòng)火許可。

(7)對(duì)各危險(xiǎn)源制定應(yīng)急預(yù)案。

(8)易燃易爆規(guī)定存放和使用，現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)嚴(yán)格按“十不焊”實(shí)施。

(9)夜間施工要有足夠的照明，且在孔洞處周邊設(shè)置防護(hù)欄和警示燈。

6 結(jié)語

東二環(huán)泰禾城市廣場(chǎng)四期工程，鋼結(jié)構(gòu)連廊采用地面胎膜組裝，降低高空組裝帶來施工難度和風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。采用液壓提升方法避免了采用重型起重機(jī)械設(shè)備，降低了對(duì)施工場(chǎng)地工作面要求。采用高空滑移施工方法，降低了兩側(cè)樓塔工作面不足對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝影響。地面胎膜組裝、液壓提升、高空滑移施工方法，降低了施工難度，提高效率，工程質(zhì)量、安全和進(jìn)度得到保障。