駱發(fā)江,栗世偉,孟召虎,漢光昭,姜 浩,蔣學(xué)智,張雪梅,張立冬

(1.中建三局集團(tuán)有限公司,湖北 武漢 430000;2.中建三局集團(tuán)西北有限公司,陜西 西安 710000;3.甘肅省土木建筑學(xué)會(huì),甘肅 蘭州 743000)

1 工程概況

保利·天匯項(xiàng)目位于蘭州市七里河區(qū)西北物資市場(見圖1),西側(cè)緊鄰河灣堡東街,南側(cè)緊鄰西津西路,北側(cè)為蘭石用地,東側(cè)為甘肅商業(yè)儲運(yùn)股份有限公司。北地塊東側(cè)區(qū)域?yàn)檎?guī)劃學(xué)校用地,暫未開始施工?？偨ㄖ娣e約26.6萬m2,地上建筑面積約20.6萬m2,地下建筑面積約6.0萬m2。本工程12號樓采用高層建筑高效施工裝備集成平臺“住宅造樓機(jī)”進(jìn)行施工。

圖1 工程效果Fig.1 Engineering effect

2 支承系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

智能頂升模架設(shè)計(jì)為11個(gè)支點(diǎn)同步頂升,共有11組頂升機(jī)位,每個(gè)機(jī)位包含1個(gè)動(dòng)力泵站,1個(gè)支承立柱,套架各1組,1個(gè)頂升油缸,上下各1個(gè)換向盒,其中動(dòng)力泵站與主油缸采用一對一的形式分布在各支點(diǎn)的支承立柱上方。支承與頂升系統(tǒng)平面布置。

由于本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)平面為左右對稱布置,支點(diǎn)按照外墻外圈布置,東西方向跨度較大且平面內(nèi)凹外凸的地方較多、南側(cè)景觀陽臺及飄窗懸挑結(jié)構(gòu)多。根據(jù)墻體位置,本項(xiàng)目智能頂升模架采用11個(gè)支點(diǎn),如圖2所示。支承與頂升系統(tǒng)如圖3,4所示。

圖2 支承與頂升系統(tǒng)平面布置Fig.2 Plane layout of support and lifting system

圖3 支承與頂升系統(tǒng)綜合立面Fig.3 Support and lifting system integrated facade

圖4 頂升系統(tǒng)Fig.4 Lifting system stereogram

2.2 附墻支座

附墻支座尺寸為600mm×600mm×400mm,支座材料主要為板材拼焊,材質(zhì)Q355B;銷軸、翻轉(zhuǎn)鉤爪采用42CrMo鍛件;限位導(dǎo)向輪支架采用螺栓與附墻支座固定,具有一定適應(yīng)性,導(dǎo)向輪材料采用耐磨自潤滑銅軸套,如圖5所示。

圖5 附墻支座組成Fig.5 Composition of wall bearing

2.3 導(dǎo)軌立柱

頂升立柱為單根立柱,立柱上每隔100mm有300mm長的凹槽,與頂升油缸的400mm形成對應(yīng)。爬升時(shí)利用頂升油缸頂升立柱,每次頂升400mm,立柱支承起整個(gè)貝雷架平臺進(jìn)行頂升。頂升立柱結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 頂升立柱組成Fig.6 Composition of jack-up column

2.4 套架

套架在頂升立柱時(shí)承受豎向荷載傳遞到支點(diǎn)位置掛座上的作用,呈現(xiàn)為倒三角形,分布在立柱左右兩側(cè),并卡在立柱側(cè)壁內(nèi),上平臺用來放置頂升油缸,立柱頂升時(shí)油缸作用通過上平臺傳遞給整個(gè)套架,并通過套架上的掛爪傳遞給爪箱和結(jié)構(gòu)。下平臺用來連接下?lián)Q向盒,如圖7所示。

圖7 套架構(gòu)成Fig.7 The structure of the bracket

2.5 換向盒

換向盒主要作用為在液壓油缸將立柱頂升到位后,通過手動(dòng)調(diào)整換向盒方向進(jìn)行套架提升。同時(shí)換向盒也作為液壓油缸每個(gè)頂升動(dòng)作以及回收動(dòng)作時(shí)的傳力裝置。上、下?lián)Q向盒結(jié)構(gòu)是相同的,變換方向均需要手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié),如圖8所示。

圖8 換向盒組成Fig.8 Composition of reversing box

3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 輕量化液壓油缸設(shè)計(jì)

頂升主油缸性能要求：①頂升能力70t;②頂升最大行程800mm;③單缸頂升速度10mm/s;④自鎖功能：當(dāng)突然斷電或失壓情況下,油缸自鎖裝置啟動(dòng),停留在斷電或失壓前的狀態(tài)。主油缸與上換向盒采用剛性連接方式。

油缸設(shè)計(jì)如圖9所示,液壓泵站布置如圖10所示。

圖9 頂升主油缸設(shè)計(jì)Fig.9 Design of jack-up main cylinder

圖10 液壓泵站布置Fig.10 Layout of hydraulic pump station

3.2 液壓油缸同步控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要包括液控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩個(gè)分系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對11個(gè)油缸控制。其中液控系統(tǒng)主要包括泵站、各種閘閥和整套液壓管路,通過控制各閘閥的動(dòng)作控制整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作和緊急狀態(tài)下自鎖。

電控系統(tǒng)主要包括1個(gè)集中控制臺、連接各種電磁閘閥與控制臺的數(shù)據(jù)線、油缸行程傳感器、油缸壓力傳感器、油缸行程限位等,實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)電磁閘閥動(dòng)作的控制與監(jiān)控,對油缸頂升壓力的監(jiān)控、對油缸頂升行程的同步控制與監(jiān)控。

液壓系統(tǒng)利用同步控制方式,通過液壓系統(tǒng)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)控制11個(gè)油缸的液壓油流量,從而達(dá)到11個(gè)油缸的同步頂升要求。其中行程控制設(shè)置為不超過800mm,4個(gè)油缸為1套控制,其中任意1個(gè)油缸頂升行程與另外3個(gè)任意1個(gè)超過3mm后即自動(dòng)補(bǔ)償,油缸壓力控制考慮到施工荷載的不均勻,以頂升開始前初始壓力為基準(zhǔn),頂升過程中若壓力出現(xiàn)急劇變化,超過0.3MPa進(jìn)行緊急制動(dòng)。

電柜控制11個(gè)支點(diǎn)油缸同步頂升,液壓泵站安裝完畢后應(yīng)調(diào)試各個(gè)泵站頂升速度保持一致。實(shí)際工作時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)選取行程最小的液壓油缸作為基準(zhǔn)值,每個(gè)油缸的行程與之對比,把行程差顯示在控制柜主頁面上,如果行程差達(dá)到20mm,系統(tǒng)自動(dòng)把行程差數(shù)值為20mm的油缸停下,其他支點(diǎn)位置油缸繼續(xù)支出,直到各支點(diǎn)位置的行程差值小于15mm后,11個(gè)支點(diǎn)再繼續(xù)同步支出頂升,循環(huán)往復(fù)。待11個(gè)油缸全部到達(dá)設(shè)置的工作位630mm后,電柜系統(tǒng)自動(dòng)斷電,1個(gè)頂升過程結(jié)束。

如遇液壓系統(tǒng)的顯示值超過預(yù)設(shè)值,包括液壓位移計(jì)失靈、系統(tǒng)突然斷電、油泵故障、系統(tǒng)超壓、系統(tǒng)欠壓、有桿腔超壓、無桿腔超壓等,顯示頁面立即亮起紅色警示燈,控制電柜立即斷電,液壓油缸開啟自鎖功能,直至故障消除,手動(dòng)重啟電柜,繼續(xù)頂升。

4 設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 支承系統(tǒng)計(jì)算

4.1.1施工階段分析結(jié)果

根據(jù)受力分析得知,力的作用點(diǎn)位于套架頂面往上2 950mm的立柱中心,此時(shí)套架不受力,力全部通過立柱傳遞給套架處的埋件,施加荷載為豎向力309kN,x向水平力14kN,y向水平力18kN,x向彎矩-21kN·m,y向彎矩25kN·m。上支座與導(dǎo)軌接觸處局部應(yīng)力集中,其余應(yīng)力均<250MPa。

4.1.2頂升階段分析結(jié)果

根據(jù)受力分析得知,力的作用點(diǎn)位于套架頂面往上5 900mm的立柱中心,此時(shí)立柱受水平力,豎向力通過油缸傳遞給套架,再傳遞給套架處的埋件,施加荷載為豎向力307kN,x向水平力28kN,y向水平力-57kN,x向彎矩-28kN·m,y向彎矩35kN·m。

應(yīng)力分析為上換向盒舌頭頂面與導(dǎo)軌接觸處局部應(yīng)力集中,其余應(yīng)力都<300MPa。

4.2 墻體承載力試驗(yàn)

4.2.1試驗(yàn)概況

試驗(yàn)用智能頂升模架支撐架體為鋼構(gòu)件,分上部橫梁與下部支點(diǎn)兩部分,橫梁采用H200×200型鋼,與墻體之間進(jìn)行植筋連接,植筋采用HRB400級鋼筋。支點(diǎn)上頂面采用1對H200×200型鋼,下部采用φ150×5方鋼管,支點(diǎn)與墻體之間采用螺栓連接,千斤頂以每100kN逐級加載,加載至600kN,檢查墻體及對拉螺栓的受力和破壞情況,判定整個(gè)系統(tǒng)的強(qiáng)度與剛度是否滿足GB/T50344 —2004《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》荷載試驗(yàn)要求。

4.2.2試驗(yàn)方法

本智能頂升模架的支撐系統(tǒng)與建筑墻體連接,依據(jù)本試驗(yàn)對象特點(diǎn),上部橫梁兩處植筋連接點(diǎn)編號為上部植筋連接1～9,下部植筋連接1～4;下部支撐處螺栓連接編號為1～6;在最大荷載確定為600kN,參照《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》附錄H中H.1.4進(jìn)行每100kN分級加載,保持在規(guī)定要求的“每級荷載不宜超過最大荷載值的20%”范圍內(nèi),并按照H.1.6規(guī)定的要求進(jìn)行位移測量。試驗(yàn)的具體要求如下。

1)檢測加載作用下的測點(diǎn)位移及螺栓連接的變形情況。

2)檢測在固定荷載持續(xù)作用下的測點(diǎn)位移變化情況以及螺栓連接的變形情況。

3)檢測卸載過程中的測點(diǎn)位移與卸載后殘余變形。

4.2.3主要儀器設(shè)備

荷載傳感器及應(yīng)變儀、電子百分表(均依法進(jìn)行了檢定),加載裝置(臺座、千斤頂、反力梁等)。

4.2.4加載過程

按照要求每級加載后直到變形值在15min內(nèi)不再明顯增加時(shí)進(jìn)行讀數(shù)記錄,加載至最大荷載值時(shí),持荷時(shí)間保持為1h再進(jìn)行讀數(shù)記錄,然后分級卸載,整個(gè)過程中在每級加卸載后,同時(shí)檢查記錄構(gòu)件及構(gòu)件連接處是否存在開裂等現(xiàn)象,試驗(yàn)過程如表1～3所示。

表1 測點(diǎn)1試驗(yàn)加載Table 1 Test point 1 loading

表2 測點(diǎn)2試驗(yàn)加載Table 2 Test point 2 loading

表3 加載過程螺栓變形Table 3 Bolt deformation during loading process

4.2.5試驗(yàn)結(jié)果

本次智能頂升模架支點(diǎn)部位的墻體承載力試驗(yàn)結(jié)果如下。

1)測點(diǎn)1 以每級100kN進(jìn)行逐級加載,加載至600kN時(shí),位移為19mm,保持600kN荷載值不變,加載0.5,1h后位移值均保持為19mm,后以每級200kN進(jìn)行逐級卸載,卸載至0kN時(shí)位移值為7mm,靜置10min后再次測量位移值仍保持為7mm,故卸載后的殘余變形為7mm。

2)測點(diǎn)2 以每級100kN進(jìn)行逐級加載,加載至600kN時(shí),位移值為15mm,保持600kN荷載值不變,加載0.5,1h后位移值均保持為16mm,后以每200kN進(jìn)行逐級卸載,卸載至0kN時(shí)位移值為7mm,靜置10min后再次測量位移值仍保持為7mm,故卸載后的殘余變形為7mm。

4.2.6結(jié)論與建議

根據(jù)試驗(yàn)檢測結(jié)果,在距離墻體700mm處加載至600kN時(shí),荷載-位移曲線基本為線性關(guān)系,智能頂升模架下步支撐部位未發(fā)現(xiàn)墻體開裂現(xiàn)象,距離結(jié)構(gòu)樓面以下350mm處的墻體承載力滿足要求。

5 支承動(dòng)力系統(tǒng)安裝

5.1 支承動(dòng)力系統(tǒng)安裝

支承動(dòng)力系統(tǒng)安裝順序如圖11所示。

圖11 安裝順序Fig.11 Installation sequence

1)第1步 掛座安裝

首先安裝各頂升機(jī)位的3臺掛座,掛座單個(gè)重約200kg,利用W6015塔式起重機(jī)直接安裝。掛座吊裝之前,在剪力墻上進(jìn)行螺栓洞口預(yù)留,通過6根M42螺栓(經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算,上排安裝2根,下排安裝2根即滿足受力要求,在條件允許的情況下,可安裝6根螺栓)將掛座固定在剪力墻上,掛座安裝完成后,必須校核豎向掛座,保證各列豎向3個(gè)掛座在一條鉛垂線上。

2)第2步 軌道立柱安裝

軌道立柱單個(gè)重約1t,利用W6015塔式起重機(jī)直接吊運(yùn)安裝即可。利用掛座鉤爪承擔(dān)立柱的豎向荷載,利用掛座構(gòu)造及限位塊防止軌道立柱的傾覆。安裝完軌道立柱之后,必須嚴(yán)格校核如下項(xiàng)目：①上下掛座的平面定位是否有偏差(≤2mm);②整個(gè)軌道立柱的垂直度以及與柱頭的平面角度是否符合要求。

3)第3步 上換向盒安裝

換向盒重約20kg,可利用電動(dòng)葫蘆及人工直接安裝。將上換向盒套在軌道立柱上,通過換向舌將換向盒卡位在軌道立柱上。頂升作業(yè)時(shí),上下?lián)Q向盒利用換向舌與軌道立柱掛槽的相互作用使軌道立柱及套架爬升。

安裝完上換向盒之后,必須嚴(yán)格校核如下項(xiàng)目：①上下掛座的平面定位是否有偏差(≤2mm);②軌道立柱的垂直度是否符合要求。

4)第4步 頂升油缸安裝

頂升油缸單個(gè)構(gòu)件重約100kg,利用W6015塔式起重機(jī)直接吊運(yùn)安裝。將油缸吊裝至已經(jīng)固定好的上換向盒下方,用銷軸將油缸上部與上換向盒進(jìn)行連接,同時(shí)采取加固措施保證兩者不滑落。

5)第5步 套架及下?lián)Q向盒安裝

套架單個(gè)構(gòu)件重約500kg,下?lián)Q向盒與套架栓焊為一個(gè)整體,利用W6015塔式起重機(jī)直接吊運(yùn)安裝。將套架嵌套在軌道立柱上,利用兩者構(gòu)造形式使套架只能沿軌道立柱上下方向滑動(dòng)。用銷軸將下?lián)Q向盒與油缸下部連接,使下?lián)Q向盒與套架掛在油缸下方,此時(shí)調(diào)整掛座掛爪與C形鉤爪的位置,解除上換向盒與軌道立柱的連接,使套架落在掛座上,并承擔(dān)上方的下?lián)Q向盒、油缸、上換向盒的豎向荷載。

安裝完套架之后,必須嚴(yán)格校核如下項(xiàng)目：①油缸垂直度是否符合要求;②軌道立柱的垂直度是否符合要求;③套架是否水平(≤2mm)。

6)第6步 動(dòng)力及同步控制系統(tǒng)安裝

11個(gè)頂升油缸分別由11組動(dòng)力泵站控制伸縮,單組動(dòng)力泵站重約1t,采用W6015塔式起重機(jī)吊裝至各頂升機(jī)位的支撐立柱上方,隨后將液壓油管由動(dòng)力泵站沿著支撐立柱向下連接至頂升油缸組,液壓油管采用管夾連接在支撐立柱上,管夾與支撐立柱焊接連接。

本工程的智能頂升模架頂升控制系統(tǒng)集成在1個(gè)同步控制柜里,控制柜質(zhì)量控制在1t以內(nèi),滿足塔式起重機(jī)起重性能要求?？刂乒衽c動(dòng)力泵站的信號電纜采用線架固定在鋼平臺下弦,保證布設(shè)線路清晰、美觀。

5.2 液壓系統(tǒng)安裝施工

5.2.1動(dòng)力及同步控制系統(tǒng)安裝

11個(gè)頂升油缸分別由11組動(dòng)力泵站控制伸縮,單組動(dòng)力泵站重約1t,采用W6015塔式起重機(jī)吊裝至各個(gè)頂升機(jī)位的支撐立柱上方,隨后將液壓油管由動(dòng)力泵站沿著支撐立柱向下連接至頂升油缸組,液壓油管采用管夾連接在支撐立柱上,管夾與支撐立柱焊接連接。

5.2.2油缸安裝

頂升油缸單個(gè)構(gòu)件重約100kg,利用W6015塔式起重機(jī)直接吊運(yùn)安裝。將油缸吊裝至已經(jīng)固定好的上換向盒下方,用銷軸將油缸上部與上換向盒進(jìn)行連接,同時(shí)采取加固措施保證兩者不滑落。

6 結(jié)語

本文通過對支承動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、計(jì)算、施工應(yīng)用,論證輕型支承系統(tǒng)的可實(shí)行性。通過小行程液壓系統(tǒng)應(yīng)用,使用控制系統(tǒng)控制油缸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作,通過模擬支承系統(tǒng)實(shí)際受力情況,600kN荷載下,未發(fā)生墻體開裂現(xiàn)象,論證了結(jié)構(gòu)墻體承載力可支撐造樓機(jī),確保了施工安全性。