屋顶钢桁架液压整体提升施工技术*

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

现代大型建筑多采用钢结构作为主体结构或者屋盖，钢结构的受力性能优秀，但是也存在自重较大、拼装复杂、跨度较大等工程技术难点。液压整体提升的施工方法这个时候就彰显了其独特的优点，该工法与传统的提升方法不同，它采用柔性钢绞线或刚性立柱承重、液压提升器集群、计算机控制、液压同步提升新原理，结合现代化施工方法，将大型构件在地面拼装后，整体提升到预定高度安装就位。在提升过程中，不但可以控制结构构件的运动姿态和应力分布，还可以让结构件在空中滞留和进行微动调节，实现倒装施工和空中拼接，完成人力和传统设备难以完成的施工任务[3]。本文将就整体提升法在屋顶钢结构施工中的应用进行叙述。

1 工程概况

宁波环球航运广场主楼共51 层，为带混凝土筒体的巨型混合结构体系，包括两侧的混凝土筒体、中间的桁架层、桁架层间的钢框架附属结构等。主楼6～8层钢结构采用地面拼装+液压整体提升工法，49层以上的屋顶钢桁架也将使用该工法。

屋顶钢结构部分包括49层以上由2 个核心筒上部的空间桁架连成的一个高空连廊结构。立面上从49层至PHF共6 层范围内，主要安装的结构包括核心筒位置的框架结构、50～51层结构楼面梁，M51～RF层的连廊桁架层。为形成屋顶餐厅的建筑造型，屋顶桁架钢结构采用双向桁架结构下面悬挂1 层楼面的结构形式。为保证结构的刚度，屋顶桁架结构采用带斜撑的框架结构体系，中间49.2 m跨度范围设置2 榀桁架T5，中间垂直方向采用6 榀桁架T10连接，并悬吊下部50、51层2 个楼面。

2 施工技术路线及要点

两侧钢框架结构利用两侧核心筒塔吊钢柱分节、钢梁分层现行安装；中间钢桁架层采取在49层楼面进行整体拼装，由于该钢桁架层构件质量小于6～8层钢桁架，所以仅用4 台2 000 kN液压千斤顶整体同步提升[5]的方法。

50、51层吊挂层结构后做，利用上部桁架层做吊点卷扬机提升就位，钢吊柱上部与M51桁架层焊接连接，下部与吊挂层销轴铰接连接，为保证现场安装精度要求，吊挂柱上部焊接完成后再将下部销轴安装就位，销轴耳板采用现场后焊[6]。

3 屋顶钢结构施工

3.1 施工流程[1]

屋顶钢结构施工流程如下：

（a）两侧框架结构由位于核心筒内的2 部塔吊先行施工，待49楼层板浇注以后搭设桁架层拼装胎架；

（b）M51～RF桁架层整体立拼，并在两侧框架结构端部设置桁架提升架；

（c）桁架层由计算机控制的油缸系统整体提升到位；

（d）桁架层下部悬挂50层、51层和上部RF～PHF钢结构后装。

3.2 桁架层施工工艺

屋顶M51～RF桁架层整体提升部分包括6 榀桁架T10、2 榀桁架T5，以及桁架之间连梁，总计约440 t，采用计算机控制的液压油缸系统，每个提升点设置1 台2 000 kN的穿芯式千斤顶，千斤顶的动作通过一台计算机处理中心进行控制，以实现同步提升的目的。

桁架T5两榀，弦杆总长46.2 m，加工分3 段，最大质量约13 t，长15.4 m；桁架T10六榀，弦杆总长21.6 m，加工分2 段，最大质量约3.4 t，长10.8 m。

3.3 提升点的布置

采用4 个提升点，每榀桁架的两端各设1 个，每端的2 台穿芯千斤顶用1 台油泵站控制。两侧结构顶上设置提升架，提升架高出钢桁架安装高度3～4 m，利用两侧原结构作为提升架下部的支撑，四点同步提升。两侧结构上设置的提升架，不仅在提升架平面内要保证提升架的安全，在侧面也要加设刚性支撑，以保证提升架的平面外稳定[7]。顶部提升架的设置如图1所示。

图1 提升架结构形式示意

钢桁架上吊耳的设置如图2所示。

图2 提升吊耳设置

在钢桁架的两端分别设置吊耳板，最外侧的斜撑安装一部分，在桁架上、下弦杆端部增加1 根直腹杆用于吊点位置集中荷载的传递，并在弦杆相应位置设置加劲板。

3.4 千斤顶系统说明[5]

桁架整体提升采用4 台2 000 kN的穿芯千斤顶、2 台油泵站和1 个控制中心。每台油泵站连接2 台千斤顶，由控制中心统一控制2 台油泵站的工作。

整体提升时所采用的钢铰线数量为每个千斤顶上10 根（5 根左旋、5 根右旋），钢绞线采用高强度低松弛预应拉力钢绞线，Φ15.24 mm，抗拉强度为1 860 N/mm，破断拉力为265.4 kN，伸长率在1%时的最小荷载243.9 kN，弹性模量198 GPa，松弛率≤2.5%，每米质量为1.1 kg。钢绞线符合国家标准，其抗拉强度、几何尺寸和表面质量都得到严格保证。

3.5 同步提升控制方法

本次提升的屋顶桁架平面面积约2 100 m2，整个桁架高度4.9 m，提升质量为440 t，提升高度22 m，共设置4 个提升吊点。提升同步控制是整个提升工作的难点。为确保屋顶桁架和提升架在提升过程中的安全，采用“吊点油压均衡、提升分级加载、位移同步控制、分级卸载就位”[5]的同步提升和卸载落位控制策略，使提升结构的位置保证同步，即各吊点的即时标高值由传感器传回控制中心，一旦发现超差情况，则单独提升最低点，其余点不动，如此反复，各点回到控制偏差内继续提升，以保证所有吊点之间累计标高偏差始终在10 mm内。每一同步提升吊点处的液压提升器并联，对每个同步提升吊点的各液压提升器施以均衡的油压，确保提升吊点以恒定的载荷力向上提升。

3.6 整体同步提升施工

屋顶钢桁架整体同步提升的施工流程如下：杆件地面拼装→提升支架安装→提升设备安装→提升设备整体联动调试→试提升→悬停→正式提升→结构就位→杆件置换、补缺→卸载→提升系统拆除[2]。

试提升时，对各提升吊点处的提升设备进行分级加载，依次为按20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%分级加载，直至屋顶桁架全部离地，然后提起1～2 个行程（200～500 mm），锁定千斤顶，静置30～60 min。在静置期间，对于结构的变形进行观测、节点位置进行检查、对于千斤顶的保压性进行检查以及提升架的变形等情况进行检查。悬停过程中，如果一切情况正常，即可开始正式的提升。

3.7 提升施工过程分析

根据《重型结构（设备）整体提升技术规程》的要求，对被提升结构和提升支撑系统进行验算。

3.7.1 被提升屋顶桁架验算

计算荷载：结构自重，并计入1.2分项系统。采用Midas gen 7.3有限元分析软件进行分析。经分析，最大组合应力为50 MPa，小于材料的许用应力295 MPa，变形为24 mm，满足要求[7]。

3.7.2 两侧受力结构及提升架施工过程分析

计算荷载：结构自重，并计入1.2分项系数。被提升结构的自重以节点荷载加到提升架上，根据上节结果P=130.9 t。经分析，最大组合应力为101 MPa，小于材料的许用应力295 MPa，变形为11 mm，也满足要求[7]。

3.7.3 提升到位后结构稳定分析

计算荷载：结构自重，并计入1.2分项系数。采用Midas gen 7.3有限元分析软件进行分析。经分析，最大组合应力为28 MPa，小于材料的许用应力295 MPa，变形为14 mm，也满足要求[8]。

4 结语

本工程屋顶钢桁架液压同步整体提升施工是计算机液压控制同步提升的一次成功应用，钢桁架提升质量为440 t，提升高度为22 m。本次提升方案中，合理地利用两侧筒体结构设置提升支架，被提升结构和提升支撑系统的变形与应力值均能够满足设计和规范的要求。另外，将大量高空作业转移到地面，大大降低安装施工难度，同时其他专业可同时在地面穿插施工，大大缩短工期。对于大型钢桁架结构，选择液压同步提升施工技术整体吊装，有利于安全、质量和工期控制。