沙峰峰，胡倩茜

（江蘇省建筑工程集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

針對(duì)施工場(chǎng)地狹小，異形報(bào)告廳鋼結(jié)構(gòu)無(wú)法采用大型機(jī)械吊裝設(shè)備施工的情況，提出采用液壓提升技術(shù)來(lái)完成此報(bào)告廳鋼結(jié)構(gòu)的安裝，借助有限元分析與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，證明本施工方法不僅保證鋼結(jié)構(gòu)安裝精度與效率，同時(shí)大幅度提高施工安全性。

1 工程概況

蘇地 2019-WG-53 號(hào)地塊（蘇州陽(yáng)澄湖景區(qū)配套酒店項(xiàng)目）項(xiàng)目地址在蘇州市相城區(qū)相融路西側(cè)，緊靠環(huán)秀湖，擁有天然的生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢(shì)。其中報(bào)告廳平面區(qū)域位于 19/24 軸和 D/M 軸之間，共由 6 榀橫向桁架和 4 榀縱向桁架及聯(lián)系梁組成，上弦桿標(biāo)高 23.5 m，下弦桿標(biāo)高 18.45 m，桁架自身高度 4.9 m，單片桁架最大重量約為 49 t，最大跨度為 48 m（見(jiàn)圖 1）。

圖1 蘇州陽(yáng)澄湖景區(qū)配套酒店項(xiàng)目效果圖

2 工程施工難點(diǎn)

1）異形報(bào)告廳中單片鋼桁架最大跨度達(dá)到 48 m，由于受到運(yùn)輸機(jī)械的承重限制，現(xiàn)場(chǎng)需要采用分段拼裝為整體的方式。

2）由于主體鋼結(jié)構(gòu)的安裝區(qū)域中心點(diǎn)，距離結(jié)構(gòu)邊界較遠(yuǎn)，并且上弦桿標(biāo)高 23.5 m，下弦桿標(biāo)高 18.45 m，若采用傳統(tǒng)的汽車吊，會(huì)存在一定局限性，故采用地面分段拼裝成整體，再將整體液壓同步提升就位后，焊接端部支座。

3）異形報(bào)告廳有 24 個(gè)主要受力點(diǎn)，為保證每個(gè)受力點(diǎn)的一致性，精準(zhǔn)控制各個(gè)牛腿支座的平面位置和標(biāo)高，成為異形鋼結(jié)構(gòu)的施工難題之一。

3 異形報(bào)告廳提升施工工藝

3.1 施工工藝流程

異形報(bào)告廳鋼桁架在混凝土柱支座以外位置斷開(kāi)，將桁架結(jié)構(gòu)在其投影地面拼裝完成，將其直接從地面整體提升到設(shè)計(jì)位置，形成“桁架結(jié)構(gòu)整體吊裝方案”。即在混凝土柱支座處將主結(jié)構(gòu)斷開(kāi)，并把此段預(yù)先安裝在設(shè)計(jì)位置，在提升標(biāo)高底部地面將桁架結(jié)構(gòu)全部拼裝完成，在桁架原結(jié)構(gòu)混凝土柱上安裝臨時(shí)提升鋼支架作為提升過(guò)程的上吊點(diǎn)，其上方各布置一臺(tái)液壓提升器，專用鋼絞線先穿過(guò)提升器，再與設(shè)置在地面拼裝桁架結(jié)構(gòu)的下吊點(diǎn)連接，通過(guò)液壓提升器的伸缸與縮缸，逐步將桁架提升至提升標(biāo)高位置，鎖緊提升器，補(bǔ)裝焊接等設(shè)施后進(jìn)行分級(jí)卸載，報(bào)告廳桁架提升工作完成。施工順序?yàn)橄葘⑻嵘齾^(qū)域一對(duì)應(yīng)鋼桁架結(jié)構(gòu)提升到設(shè)計(jì)位置，安裝后補(bǔ)桿件及永久措施后，將提升區(qū)域二鋼桁架提升至設(shè)計(jì)位置。

異形報(bào)告廳提升的施工工藝原理圖如圖 2 所示。

圖2 施工工藝原理圖

STEP1：在鋼結(jié)構(gòu)正下方。

STEP2：在鋼桁架上端安裝下吊具與預(yù)埋勁性柱上安裝提升支架后，在提升支架的頂部固定液壓提升裝置，鋼絞線再依次穿過(guò)液壓提升器與下吊具。提升前需要完成整個(gè)提升系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的調(diào)試，能正常工作時(shí)，方可正式進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)提升。預(yù)提升時(shí)，先將整體鋼桁架提升至地面 100 mm 位置后，停止提升，觀察并記錄結(jié)構(gòu)在 12 h 內(nèi)的狀態(tài)。

STEP3：12h 的觀察結(jié)果滿足要求后，開(kāi)始對(duì)鋼桁架進(jìn)行正式提升施工，通過(guò)全站儀對(duì)各布置的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，來(lái)檢驗(yàn)提升高度。通過(guò)液壓控制系統(tǒng)對(duì)單吊點(diǎn)的微調(diào)處理，實(shí)現(xiàn)鋼桁架提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置，施工過(guò)程如圖 3 所示。

圖3 鋼桁架提升至設(shè)計(jì)位置

STEP4：補(bǔ)裝后補(bǔ)桿件，各項(xiàng)檢查確認(rèn)無(wú)誤后卸載。

STEP5：拆除鋼絞線、液壓提升器和提升臨時(shí)措施，提升工作完成。

3.2 施工工藝要求

1）拼裝施工之前，對(duì)每個(gè)分段單元進(jìn)行編號(hào)，并注意連接點(diǎn)方向的正確性。

2）采用跨中預(yù)起拱（起拱值為跨度的1/700）的方式，克服大跨度鋼桁架的拼裝誤差。

3）分段單元之間的對(duì)接焊縫一律采用單面 450 坡口，內(nèi)加襯板，焊縫等級(jí)要求一級(jí)。

4）拼裝前依圖示在地面擱置 6 道 500 mm 高胎架梁，梁上安裝支撐架，將每榀桁架臨時(shí)固定，桁架組裝完成后，安裝桁架之間的聯(lián)系梁，再拆除支撐架，以此類推。

3.3 提升吊點(diǎn)布置

報(bào)告廳桁架結(jié)構(gòu)提升吊點(diǎn)的設(shè)置以盡量不改變結(jié)構(gòu)原有受力體系為總的原則，但桁架安裝提升工況與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工況有一定區(qū)別，加之桁架結(jié)構(gòu)投影面積較大、承受原結(jié)構(gòu)自重荷載的支座較多，考慮到提升方案的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，在保證提升安全的情況下盡量減少提升吊點(diǎn)的數(shù)量和提升臨時(shí)設(shè)施的用鋼量。

在布置鋼桁架結(jié)構(gòu)的提升吊點(diǎn)時(shí)，需要考慮到經(jīng)濟(jì)、安全等方面，確定提升吊點(diǎn)后，通過(guò)有限元分析軟件，模擬提升過(guò)程，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)吊點(diǎn)位置作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，布置吊點(diǎn)如圖 4 所示。

圖4 報(bào)告廳提升吊點(diǎn)布置圖

4 有限元分析

4.1 提升支架的設(shè)計(jì)分析

綜合分析桁架結(jié)構(gòu)的特性與每個(gè)提升吊點(diǎn)在施工過(guò)程中出現(xiàn)的最大反力值，提升支架焊接在型鋼柱的柱頂，提升支架上部安裝提升梁，作為上吊點(diǎn)的固定位置，布置提升上吊點(diǎn)需盡量避免對(duì)主體結(jié)構(gòu)的干擾［1-3］。

異形報(bào)告廳臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)提升支架的平面布置圖如圖 5 所示，提升區(qū)域一、二的提升桿件及加固桿件示意圖如圖 6、7 所示。

圖5 報(bào)告廳提升區(qū)域布置圖

圖6 提升區(qū)域一桿件示意圖

4.2 臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)提升支架的有限元分析

采用 SAP2000 對(duì)本工程的臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)提升支架進(jìn)行有限元分析，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和計(jì)算結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。其中，采用 BEAM44 單元對(duì)報(bào)告廳鋼結(jié)構(gòu)各桿件進(jìn)行模擬，其中構(gòu)件的材料特性如表 1 所示。

表1 構(gòu)件的材料特性統(tǒng)計(jì)表

圖7 提升區(qū)域二桿件示意圖

充分考慮臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)提升支架的實(shí)際工況，在對(duì)其靜力強(qiáng)度分析計(jì)算時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮恒荷載、活荷載及風(fēng)荷載的作用，控制工況主要考慮提升支架各桿件與整體的位移及應(yīng)力的控制［4］，其中立柱的位移限值f

由圖 8 有限元分析結(jié)果可知，提升階段支架最大下?lián)?5 mm，小于 L/200=15 mm，提升支架整體結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力比為 0.493，支架最小屈曲系數(shù) 43.1，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算亦滿足要求。以上有限元分析結(jié)果表明，鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)提升支架的設(shè)計(jì)能夠保證大跨度異形報(bào)告廳提升施工階段的安全性。

圖8 有限元分析圖

4.3 報(bào)告廳鋼桁架計(jì)算分析

采用 SAP2000 對(duì)報(bào)告廳鋼桁架進(jìn)行有限元分析，其中設(shè)置參數(shù)如表 2 所示。

表2 設(shè)置參數(shù)表

得到提升吊點(diǎn)反力值如圖 9 所示，結(jié)構(gòu)的變形量與應(yīng)力比值也符合規(guī)范要求，如圖 10 所示，其中將應(yīng)力比值統(tǒng)計(jì)于表 3 中。

表3 應(yīng)力比統(tǒng)計(jì)表

圖9 提升吊點(diǎn)反力圖（單位：kN）

圖10 結(jié)構(gòu)的變形量與應(yīng)力比云示意圖

由上述計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)可知：提升階段結(jié)構(gòu)最大下?lián)?14 mm，小于 L/400=120 mm；結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比 0.299；驗(yàn)算結(jié)果表明各部分結(jié)構(gòu)在提升階段安全。

5 結(jié)論

1）異形報(bào)告廳的鋼結(jié)構(gòu)桁架通過(guò)地面胎架完成整體的拼裝，在滿足拼裝精準(zhǔn)的同時(shí)，將高空作業(yè)量降至最少，加之液壓提升作業(yè)時(shí)間相對(duì)較短，能夠有效保證異形報(bào)告廳安裝工程的工期。

2）本文采用“液壓同步提升施工技術(shù)”吊裝異形報(bào)告廳，技術(shù)較為先進(jìn)，安全性有保證；同時(shí)，為異形報(bào)告廳液壓提升的施工應(yīng)用提供參考。

3）本文通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)合實(shí)際工程，分析了報(bào)告廳鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)提升支架在不同工況之下的受力性能，各構(gòu)件的最大應(yīng)力比符合 GB 50017－2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［6］要求。同時(shí)，結(jié)構(gòu)在提升過(guò)程的最大位移也均滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，因此提升支架設(shè)計(jì)安全、可靠，保證了異形報(bào)告廳在提升階段安全施工。

4）異形報(bào)告廳提升支架吊點(diǎn)應(yīng)力控制在容許應(yīng)力控制范圍內(nèi)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的質(zhì)量，提升支架設(shè)計(jì)具有較大的安全系數(shù)以保證施工過(guò)程的安全性。Q