钢结构桁架液压提升技术

卢玉华

方远建设集团股份有限公司 浙江 台州 318000

1 工程概况

台州方远大饭店工程7～8层钢结构桁架平面投影尺寸为54 m×22 m，位于⑤～轴、～轴，由4榀主桁架及其间连杆组成，钢结构桁架质量约500 t，安装高度为34.47 m，在16.8 m标高拼装，故提升高度为17.67 m。结构于⑨～⑩轴间设有宽3.6 m的混凝土框架支撑，此区段主桁架外包混凝土（图1）。

根据实际工程情况及考虑以往类似工程中的施工经验，决定采用液压提升技术进行吊装。液压提升作业的主要工作如下：

1）为现场提供液压提升所需要的各种设备，包括液压泵站、提升机、油管、地锚及各类控制系统及传感设备等。

2）设计提升用临时措施，主要包括提升支架、提升下吊具及导向架。

3）配合业主方进行液压提升设备现场安装、维护保养。

4）根据业主方要求，实施提升作业。

5）配合钢结构桁架对口、就位及卸载工作。

2 液压提升技术

2.1 液压提升技术的优点

在本工程中，吊装采用液压同步提升技术，这种工艺方案具有临时设施使用率低、施工简单、大型吊机使用较少等特点，无论从质量、安全，还是施工速度等方面均具有一定优势[1]。由于先将钢结构在低处进行安装，有利于采用机械化的焊接作业，采用这种焊接方式将会使焊接的质量得到保障，并提高焊接的精度[2]。而若采用分段吊装，由于需要在空中进行拼装，因此焊接质量与拼装精度将难以得到保证。

由于钢结构在低处进行焊接拼装及刷漆的工艺操作，因此这种工艺极大地提高了施工效率，提高了施工的安全性，施工的质量得到了保障。

目前超大型构件液压同步提升施工技术较为成熟，因此使用该技术进行施工作业时，施工的安全性得到了保障。采用这种在地面拼装后进行吊装的施工方法极大地减少了高空中的作业量，而使用液压整体提升，极大地减少了吊装所用的时间，因此保障了结构安装的工期。

利用该工艺所使用的相关液压设备体积小、质量轻，因此便于移动、设备安装及拆卸。

2.2 液压提升主要技术

2.2.1 液压同步提升

液压同步提升技术采用穿心式液压提升器进行提升，使用柔性钢绞线作为液压系统称重的索具。该系统具有安全、机具质量轻、性能可靠、便于拆卸、运输方便、机动性强等特点。在提升器的两端布置有楔形锚具，采用这种结构可使该系统具有单向自锁的功能。

液压提升分为下列6个过程：第1步，收紧上锚，夹紧钢绞线；第2步，利用提升器将重物提起；第3步，收紧下锚，夹紧钢绞线；第4步，主油缸微缩，脱开上锚片；第5步，上锚缸上升，上锚全松；第6步，主油缸缩回原位。提升的一个过程作为液压提升器的一个行程，当提升器进行周期重复动作时，重物将会被一步步提升。

2.2.2 计算机同步控制

液压同步提升施工技术需要使用行程及位移传感器进行检测并采用计算机进行控制。通过对实时数据进行反馈以及对控制指令进行传输，以此来实现动作同步、矫正姿态、过程显示及故障报警等多种功能[3]。由于运用了计算机同步控制系统，操作人员在控制室内即可完成对施工作业过程的实时监控以及下达操作指令等工作。

3 液压提升技术在本工程中的应用

3.1 吊装条件分析

在两侧楼层结构施工的同时，在结构顶部上预设提升支架埋件，同时将桁架在地面拼装完成，在结构施工完成后，安装提升支架和提升器并设置下吊点，对桁架进行整体提升。

3.2 提升流程简述

根据钢结构桁架支撑布置，需将其进行分段，具体划分为2个提升分段和3个预装段，预装段在混凝土结构施工期间安装，提升分段在混凝土结构施工完毕后，于地面组装，然后通过液压提升施工工艺安装。本工程钢结构桁架安装拟按如下步骤进行：

1）在混凝土结构施工期间安装钢桁架预装段，待混凝土结构封顶后，在拼装平台上组装两提升分段；提升分段拼装时，参照提升特点设置加固杆件。

2）在提升分段二上方安装8组提升支架；安装8台液压提升器、钢绞线、提升专用地锚，连接液压油管、布设通信信号线等液压提升设备设施。

3）液压提升器、液压泵源、液压同步控制系统整体调试；确认无误后，8台液压提升器同步作业，分级加载；之后提升结构离地100 mm，停留12 h观察。

4）全面检查，各方面确认正常后，正式提升作业，在此期间每间隔5 m测量其各吊点提升相对高度，如有需要单吊点微调处理；正常提升，将原结构提升至原设计位置附近，各吊点进行微调处理；放慢提升速度，将原结构提升至原设计位置，复测各吊点提升高度是否与设计状态吻合。

5）提升分段二两端弦杆直接对接焊，腹杆后装段安装，两端焊接；之后进行探伤检测，合格后提升器卸载，设备拆除，提升支架移至分段一上方安装。

6）按照同样的作业程序提升安装提升分段一结构。

7）钢结构桁架安装完成后，拆除液压提升设备、提升支架，为避免破坏桁架本体，建议加固杆件永久留于桁架内，钢结构桁架安装完成。

3.3 提升作业的部署

3.3.1 屋盖液压提升总体部署

为保证钢结构桁架液压提升实施的可行性及安全性，应着重从如下方面考量：

1）根据吊点所在的位置，对钢结构平台进行建模，得出结构在提升作业中应力及应变情况，从而得出各个吊点的提升反力值。

2）根据建模计算所得出的结论，设计出较为合理的提升支架及下吊具，并对所得结果进行验算。

3）根据上述设计选择合适的液压提升设备系统，包括液压提升器及液压泵站。

4）需要在液压同步提升的过程中控制好结构提升的同步性，确保可以进行同步的提升。

3.3.2 提升吊点选取

本工程钢结构桁架主要由平行布置的4榀主桁架组成，拟于每个提升分段桁架端部设置提升吊点，每个分段设置8个提升吊点（图2）。

图2 钢结构桁架提升吊点布置

3.3.3 提升支架、下吊点设置

在使用液压提升设备进行整体提升时，需要配备有专门的提升平台，用来布置液压提升器、液压泵源及其他相关设备，在平台上也可完成设备的安装及操作。提升下吊点为与待提升结构直接相连的临时吊点结构，用来安装提升系统的地锚座，地锚座通过钢结构与位于提升平台的液压提升器相连接。

本工程的各类提升下吊点均布置在桁架上弦。所有吊具在桁架上弦上焊接完成。起吊前需要对桁架进行分段并加固，部分分段于混凝土结构施工阶段预装。在提升过程中配置一套提升设备，并在正式提升过程中，每提升5 m，测量各吊点的高度。如果各吊点之间出现不同的情况，以高度最大的点为基准，单个吊点微调，直至所有吊点高度相同。

4 提升过程计算分析

4.1 提升结构及提升支撑结构设计验算

提升结构及提升支架的计算利用SAP 2000软件进行，其约束形式设置为z向固定约束，x、y方向为弹簧约束，并将提升支架根部设置为刚接支座。荷载采用自重及集中荷载组合形式，将工况按照同步提升工况及不同步提升工况进行验算，其计算结果为：

1）提升阶段结构最大下挠3.1 mm，小于L/400=79 mm（L为结构长度），满足钢结构设计规范。

2）提升阶段结构最大应力比0.121，小于1，满足钢结构设计规范。

3）吊点不同步提升工况下结构最大应力比0.124，小于1，满足钢结构设计规范。

4）提升支架吊点处最大下挠3.2 mm，最大水平位移6.2 mm，满足钢结构设计规范。

5）提升支架最大应力比0.239，小于1，满足钢结构设计规范。

4.2 焊缝强度验算

提升横梁与埋件为全截面熔透焊接，焊缝截面积30 400 mm²。

焊缝处轴力设计值513 kN，经计算，焊缝强度满足钢结构设计规范。

4.3 提升下吊具验算

节点使用Solidworks建模，ANSYS Workbench进行有限元分析。荷载设置为吊具额定提升力1 400 kN（图3）。

图3 提升下吊具验算云图

通过计算可以得出，最大相对位移为0.507 mm，最大应力201.84 MPa，下吊具应力满足钢结构设计规范。

5 应急预案

5.1 突然停电、停电复送

当出现突然停电的情况时，控制系统将会处于自动停机的安全状态，液压系统将会失压，平衡阀能有效地锁住负载，使得主油缸的活塞杠杆不会出现下沉的情况。上下锚具利用锚片锁住钢绞线，当停电复送时，系统仍然处于关机状态，因此需要重新启动。

5.2 意外事故应急预案

需要让施工人员熟悉施工的顺序，并做好技术交底、安全教育以及设置必要的安全设施[4]。在焊接与切割的施工区域需要布置防火设施，需要给施工人员提供必要的紧急救护常识。当出现紧急情况时，需要及时报警并及时通报业主。

5.3 防雨、防风和防台风应急预案

从安装设备之时起，就需要及时获取天气信息，及时掌握施工现场的气象动态，而在构件处于提升阶段前，要与当地的气象部门取得联系，获取至少最近10 d内的天气情况，如果施工过程中出现强风，需要提前做好防范工作，对设备构件等进行必要的保护，当出现六级以上的大风时，则需要停止提升作业。

为防止突发大风影响施工，需要保证网架结构在提升过程中的绝对安全。在提升的过程中，需要时刻观测网架结构的偏移量，当钢绞线的偏移大于1°时需要停止作业，并用钢丝绳将网架结构的四角与相邻的稳定结构相连接，防止网架水平摆动[4]。

在台风到来之前需要将钢结构与主体结构用钢丝绳及倒链等连接，起到固定的作用。必要时要采用型钢固定，以保证网架的安全。同时在台风到来时需要随时检查各个固定点是否牢固[5]。

6 结语

本工程安装高度为34.47 m，在16.80 m标高拼装，故提升高度为17.67 m，钢结构桁架质量约500 t。采用这种在地面进行拼接安装后整体进行吊装的钢结构桁架液压提升技术可以满足施工安全及质量的要求。在加快了施工速度的同时降低了工程造价，具有一定的经济效益，并具有布置灵活、自动化程度高、控制精确的特点，可进行推广。