酒店屋盖钢桁架整体提升施工技术研究

余洋

【摘要】 本文结合工程实例，就钢桁架整体提升施工技术进行了研究与探讨，以供类似工程参考。

【关键词】 酒店屋盖钢桁架；整体提升；施工技术；研究与探讨

一、工程概况

某工程总用地面積25727.8m?，总建筑面积232045m?，是一座集办公、酒店、公寓及商业为一体的综合性超高层综合建筑群。A栋塔楼总高度为300.8m，建筑面积116970 m?，共61层（不含三个避难层），座落在建筑群的西侧，主要为甲级办公楼及五星级酒店使用。本工程中，钢桁架结构最大安装高度达到272.4m，相对安装高度为71m，两榀桁架及其之间的次梁结构等总重约141t，若采用分件高空散装，不但高空组装、焊接工作量大、机械设备难以满足吊装要求，同时，由于高空作业条件相对较差，施工难度大，作业效率低，不利于钢结构现场安装的安全、质量以及工期控制。根据以往类似工程的成功经验，若两榀钢桁架在43层楼面拼装成整体后，利用“超大型构件液压同步提升技术”将其一次提升到位，将大大降低安装施工难度，于质量、安全和工期等均有利。下面分别钢结构提升设备的选择，拼装设备的选择，提升整体性控制技术进行研究。

二、屋盖钢桁架安装思路

屋盖桁架TRY-9和TRY-10提升单元同时在43层楼面进行拼装，并将两榀桁架之间的次梁结构一同拼装，利用主楼结构屋面层的钢柱及桁架预装段牛腿设置提升平台（上吊点），每榀桁架设置2组提升平台，共计4组，每组提升平台上设置1台YS-SJ-75型液压提升器。在已拼装完成的钢桁架提升单元的上弦设置提升下吊点，并安装提升临时吊具，下吊点与上吊点间通过专用底锚和钢绞线连接。液压提升系统安装完成并调试结束后，将桁架提升单元整体提升到位。

三、同步提升流程

“整体提升”施工工艺具体流程说明如下：

四、提升前的准备工作

1）提升吊点布置。根据桁架平面布置特点，进行提升吊点的布置。屋面加强层桁架提升总重量约为141t，结构主要由2榀主桁架组成，因此，在每榀桁架的两端各设置一组吊点，共计4组吊点，每组吊点配置1台YS-SJ-75型液压提升器，额定提升能力为75t，共计4台。加强层桁架提升吊点布置见下图。

图1、 加强层桁架提升吊点布置图

2）桁架结构分段。屋面桁架采用整体提升工艺吊装，因其部分结构位于刚柱上，无法进行整体提升，每榀主桁架的两端均需要在安装前预制分段处理：两端分段作为承重结构，直接安装到位；中间分段在地面上散件拼装，整体成型；分段接口处节间的部分斜腹杆影响主桁架的提升就位，根据提升安装所需尺寸预留后装段，在上下弦杆对接完成之后安装。由于桁架上弦存在一定的坡度，为保证桁架提升单元提升到位后能够与桁架预装段顺利对口，对TRY-9上部的GL10分段处设置3075mm的后装段。对TRY-10的分段处理，中间水平杆件设置1900mm的后装段，斜腹杆后装段长度根据提升工艺要求设置1000mm。以上分段接口处根据安装对口、焊接工艺要求预留对口间隙，并应考虑设置对口工装件。

3）提升平台（上吊点）形式。加强层桁架提升平台主要利用屋面层钢柱及桁架预装段牛腿设置提升平台。

4）提升下吊点。本工程中根据提升上吊点的设置，下吊点分别垂直对应每一上吊点设置在待提升的主桁架上弦杆上。提升下吊点专用底锚结构安装在临时吊具内。专用钢绞线连接在液压提升器和提升专用底锚之间，两端分别锚固，用于直接传递垂直提升反力。

5）提升设备选择。本工程中单个吊点提升力最大为42t，拟选用YS-SJ-75型液压提升器，其额定提升能力为75t，每台YS-SJ-75型液压提升器标准配置5根钢绞线，额定提升能力为75t。钢绞线作为柔性承重索具，采用高强度低松弛预应力钢绞线，抗拉强度为1860MPa，单根直径为17.80mm，破断拉力不小于36t。加强层桁架提升总重量约为130t，共设置4组吊点，TRY-10单重约为84t，其单个吊点的提升重量约为42t，每台提升器配置4根钢绞线，荷载不均匀系数取1.2，则单根钢绞线的最小安全系数为：4×36/42/1.2=2.86>2.5，满足使用要求。

6）液压泵源系统。液压泵源系统为液压提升器提供液压动力，在各种液压阀的控制下完成相应动作。本工程中，配置1台液压泵源系统YS-PP-15型液压泵源系统。

7）电器同步控制系统。电器控制系统主要完成以下两个控制功能：集群提升器作业时的动作协调控制。液压同步提升施工技术采用行程及位移传感监测和计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。操作人员可在中央控制室通过液压同步计算机控制系统人机界面进行液压提升过程及相关数据的观察和（或）控制指令的发布。本工程中配置一套YS-CS-01型计算机同步控制及传感检测系统。

五、整体提升

为确保钢梁单元及主体结构提升过程的平稳、安全，根据钢梁的特性，拟采用“吊点油压均衡，结构姿态调整，位移同步控制，分级卸载就位”的同步提升和卸载落位控制策略。

1）同步吊点设置。每台液压提升器处各设置一套行程传感器，用以测量提升过程中各台液压提升器的提升位移同步性。主控计算机根据各个传感器的位移检测信号及其差值，构成“传感器-计算机-泵源控制阀-提升器控制阀—液压提升器-钢梁单元”的闭环系统，控制整个提升过程的同步性。

2）提升分级加载。通过试提升过程中对钢梁、提升设施、提升设备系统的观察和监测，确认符合模拟工况计算和设计条件，保证提升过程的安全。以计算机仿真计算的各提升吊点反力值为依据，对钢梁单元进行分级加载（试提升），各吊点处的液压提升系统伸缸压力应缓慢分级增加，依次为20%、40%、60%、70%、80%；在确认各部分无异常的情况下，可继续加载到90%、95%、100%，直至钢梁单元全部脱离拼装胎架。在分级加载过程中，每一步分级加载完毕，均应暂停并检查如：上吊点、下吊点结构、钢梁等加载前后的变形情况，以及主楼结构的稳定性等情况。一切正常情况下，继续下一步分级加载。当分级加载至钢梁即将离开拼装胎架时，可能存在各点不同时离地，此时应降低提升速度，并密切观查各点离地情况，必要时做“单点动”提升。确保钢梁离地平稳，各点同步。

3）结构离地检查。钢梁离开拼装胎架约150mm后，利用液压提升系统设备锁定，空中停留4-12小时作全面检查（包括吊点结构，承重体系和提升设备等），并将检查结果以书面形式报告现场总指挥部。各项检查正常无误，再进行正式提升。

4）姿态检测调整。用测量仪器检测各吊点的离地距离，计算出各吊点相对高差。通过液压提升系统设备调整各吊点高度，使钢梁达到水平姿态。

5）整体同步提升。以调整后的各吊点高度为新的起始位置，复位位移传感器。在钢梁整体提升过程中，保持该姿态直至提升到设计标高附近。

6）提升过程的微调。钢梁在提升及下降过程中，因为空中姿态调整和杆件对口等需要进行高度微调。在微调开始前，将计算机同步控制系统由自动模式切换成手动模式。根据需要，对整个液压提升系统中各个吊点的液压提升器进行同步微动（上升或下降），或者对单台液压提升器进行微动调整。微动即点动调整精度可以达到毫米级，完全可以满足钢梁单元安装的精度需要。

7）提升就位。钢梁提升至设计位置后，暂停；各吊点微调使各弦杆精确提升到达设计位置；液压提升系统设备暂停工作，保持钢梁单元的空中姿态，后装杆件安装，使钢梁结构形成整体稳定受力体系。液压提升系统设备同步卸载，至钢绞线完全松弛；拆除液压提升系统设备及相关临时措施，完成钢梁单元的整体提升安装。

8）提升过程同步控制措施。桁架钢结构整体提升过程中，液压提升系统的同步性控制是稳定性控制的一个重要环节。首先是液压同步提升系统设备自身设计的安全性保障。通过液压回路中设置的液压自锁装置以及机械自锁系统，在液压提升器停止工作或遇到停电、油管爆裂等意外情况时，液压提升器能够长时间锁紧钢绞线，确保被提升结构的安全。其次是保证液压提升系统设备的完好性，在正式提升之前进行充分的调试，以确保其在整个提升过程中能够将同步精度控制在预先设定的安全范围之内。另外采用人工测量的方式进行辅助监控。提升前在每个吊点下方地面上设好测量点，提升过程中每提升一段距离（约5m），利用激光测距仪对每个吊点进行绝对高度测量，并进行高差比对。当相对最大高差大于预设数值时，立即通过手动控制的方式进行调整。最大应力291MPa，而且是局部小面积的应力集中，地锚作用的圆环位置应力集中在220-240MPa，与理论计算的平均接触应力比较接近。整个计算模型符合设计要求。

六、取得的效果及效益分析

本工程中屋盖钢桁架结构采用整体液压同步提升技术进行吊装，具有如下明显的优点：

（1）鋼结构主要的拼装、焊接及油漆等工作在楼面的拼装胎架上进行，可用塔吊进行散件吊装，施工效率高，施工质量易于保证。

（2）钢结构的施工作业集中在地面上，对其它专业的施工影响较小，且能够多作业面平行施工，有利于项目总工期控制。

（3）钢结构上的附属次结构件（屋面檩条、轨道梁、通过管道）等可在地面安装或带上，可最大限度地减少高空吊装工作量，缩短安装施工周期。

（4）采用“超大型构件液压同步提升施工技术”吊装大跨度钢结构，技术成熟，有大量类似工程成功经验可供借鉴，吊装过程的安全性有保证。

（5）通过钢结构的整体吊装，将高空作业量降至最少，加之液压提升作业绝对时间较短，能够有效保证钢结构安装的总体工期。液压提升设备设施体积、重量较小，机动能力强，倒运和安装方便，适合本工程的使用。

（6）整体提升、后装杆件安装及整体落位过程中，钢结构提升单元可利用液压提升系统设备长时间在空中精确悬停，有利于本方案的实施。

（7）提升上吊点等主要临时结构利用永久结构设置，加之液压同步提升动荷载极小的优点，可以使提升临时设施用量降至最小，有利于施工成本控制。

七、成果市场推广应用前景分析

钢结构建筑是一种新型的节能环保的建筑体系，被誉为21世纪的“绿色建筑”。因此在高层建筑、大型工厂、大跨度空间结构、交通能源工程、住宅建筑中更能发挥钢结构的自身优势，四川汶川震后调查又一次说明了钢结构具有较强的抗震能力。因此钢结构的应用与良好发展已成国际上的大势所趋。本项目的施工技术研究，对提高钢结构的整体提升技术起着积极的作用。