李 敏 張 強 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，并根據(jù)承重體系和提升結(jié)構(gòu)特點，設(shè)置提升吊點。運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)計位置標(biāo)高。

3 制作工藝流程及操作要點

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→檢查驗收（自檢）→專家現(xiàn)場驗收→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、焊接

3.2 操作要點

3.2.1 抗震受力分析

1）采用Etabs軟件進行了中震分析，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軟件對結(jié)構(gòu)進行了彈塑性時程分析，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）針對同步控制液壓設(shè)備控制難度大、提升絕對同步性難以保證的難題，采用有限元模型對客觀存在的不同步性進行定量和定性計算分析。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，對提升結(jié)構(gòu)在地震荷載、風(fēng)荷載作用下的擺動進行模擬，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）針對同步卸載可操作性差的特點，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，對卸載過程進行仿真計算，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）針對提升結(jié)構(gòu)在地震作用和風(fēng)荷載擺動時吊索產(chǎn)生的水平拉力，計算分析提升結(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位移間距，避免碰撞。

3.2.3 提升支架制作安裝

安裝時利用全站儀精準(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行100%探傷，全部檢測合格后進行提升作業(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)計下吊具材質(zhì)為Q345B，屈服強度為345 MPa。下吊點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)桿件對口安裝，臨時措施用量較少。環(huán)桁架處的下吊點設(shè)置在環(huán)桁架上弦與立柱的連接節(jié)點處，無需加固處理；而布置在主桁架處的下吊點未設(shè)置在桁架上弦節(jié)點處，需額外進行加固處理（加固桿件截面B500 mm×500 mm×25 mm，Q345B），下吊點下方設(shè)置豎向拉桿與桁架下弦節(jié)點連接。

3.2.5 液壓提升器及液壓泵源安裝

在環(huán)桁架提升吊點上安裝TJJ-5000型液壓提升器，單臺液壓提升器額定提升能力500 t，在主桁架提升吊點上安裝TJJ-3500型液壓提升器，單臺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，兩端有主動錨具，利用楔形錨片的逆向運動自鎖性，卡緊鋼絞線向上提升。

每臺提升器內(nèi)鋼絞線孔應(yīng)與提升梁的鋼絞線孔中心對齊，依液壓鎖方位來調(diào)整位置，每臺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)量和參考各吊點反力值選取，提升鋼桁架結(jié)構(gòu)時，每個塔架柱柱頂位置配置2臺TJV-60的液壓泵源系統(tǒng)，共計配置8臺TJV-60液壓泵源系統(tǒng)，每2臺泵站驅(qū)動6臺液壓提升器。

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

按照提升吊點計算反力值，選取φ17.8 mm高強鋼絞線，單根鋼絞線承載力350 kN，圈桁架、主桁架提升點位置鋼絞線選擇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

計算機同步控制系統(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)分析計算軟件選擇圈桁架象限點位置及中間桁架中點位置確定起拱值。在筏板上布置胎架進行預(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行布置，在筏板施工時預(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)整體拼裝完成后進行第二階段整體提升至設(shè)計位置標(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)高后進行懸停，并使用H型鋼進行臨時側(cè)向固定，安裝下部標(biāo)準(zhǔn)節(jié)臨時支撐，嵌補焊接南側(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)儀進行結(jié)構(gòu)同步性監(jiān)測，精度±0.2 mm。在24個下吊點部位設(shè)置靜力水準(zhǔn)儀對鋼結(jié)構(gòu)整體提升同步性進行監(jiān)測，與常規(guī)上吊點同步性監(jiān)測方法相比，有效地消除了提升吊點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 加固及嵌補安裝

為提高懸挑桁架整體剛度和強度，在懸挑桁架提升支架下方設(shè)置加固立柱，對懸挑結(jié)構(gòu)進行補強，加固立柱截面為箱形600 mm×20 mm，材質(zhì)Q345B。同時，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，使用桁架嵌補單元連接牛腿及主桁架；嵌補段安裝順序由上向下進行，先弦桿后腹桿。

3.2.15 分級卸載

本工程整體提升就位后鎖死鋼絞線，同時增加限位鎖定裝置后進行節(jié)點補強、4～5層倒掛結(jié)構(gòu)施工。整體結(jié)構(gòu)安裝完成后進行分級卸載，先卸載吊掛鋼帶并對結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，待監(jiān)測數(shù)值穩(wěn)定后，分五階段對鋼絞線進行卸載。

卸載檢查：卸載前對焊接進行全方位檢查，同時測量就位狀態(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，并實時跟蹤測量每一級卸載完成后的結(jié)構(gòu)變化情況。

4 效益分析

實現(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200余萬元，材料費20余萬元，機械設(shè)備費325余萬元，技術(shù)措施費40余萬元，工期費用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)，不僅實現(xiàn)了設(shè)計要求和合同承諾，同時降低了工程施工成本，提高了工程施工效率，為整個工程的技術(shù)管理和經(jīng)濟核算管理創(chuàng)造了價值。