大型钢 架液压整体提升施工技术

一 前言

工程屋面设计为 架结构， 架平面尺寸为84m×138m，支承形式为下弦柱点支承， 格尺寸为4m×4m与3m×3m，厂房屋面 架采用正放四角锥焊接球节点 架形式。 架投影面积约11592m?2;，下弦球最低点为19m， 架为三层，局部四层、五层，上下弦间距约为3m，平面球间距3m、4m。整体重量约为1200t。

支撑桁架弦杆与混凝土结构采用埋件连接。

图1： 架平面示意图

图2: 架立面示意图

二 方案思路

本工程 架屋盖结构安装高度较高，纵横向跨度较大。结构杆件众多，自重较大。若采用常规的分件高空散装方案，需要搭设大量的高空脚手架，不但高空组装、焊接工作量巨大，且存在较大的质量、安全风险，施工的难度较大，并且对整个工程的施工工期会有很大的影响，方案的技术经济性指标较差。

根据项目综合分析，将 架结构在地面拼装成整体后，利用“超大型液压同步提升施工技术”将其一次提升到位，再进行柱顶部分预留后装杆件的安装，将大大降低安装施工难度，并于质量、安全和工期等均有利。

三 施工方案及技术措施

3.1 提升施工流程

图3：提升示意图

表1：提升流程表

3.2 提升吊点设置

根据本工程结构特点，总体上按照每隔一个柱子设置一个吊点的原则布置吊点，总共设置了15个提升吊点，平面布置如下图所示：

图4：吊点平面布置图

架提升吊点采用临时吊点形式，在支座附近添加三根临时杆件，临时杆件汇交形成提升吊点。吊点结构形式如下图所示：

图5： 架下吊点示意

图6：下吊点临时球结构示意图

3.3 提升临时结构设置

根据结构特点，在混凝土柱顶设置提升平台，提升平台与设置在柱顶的预埋件连接，如下所示：

图7： 架提升临时结构示意图

提升平台主要由主肢、缀杆、扁担梁及提升横梁组成，材质均为Q345B，各部分截面如下所示：

表2：提升平台材料表

图8：导向架示意图

3.4 主要技术及设备

1）主要技术及设备

①超大型构件液压同步提升施工技术；

②TL-J-600型液压提升器；

③TL-J-2000型液压提升器；

④TL-HPS-60型液压泵源系统；

⑤TLC-1.3型计算机同步控制及传感检测系统。

2）同步控制系统

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、受力控制、操作闭锁、过程显示和故障 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。

图9：同步控制系统控制界面

3）主要液压设备配置

本工程所需液压设备包含液压提升器、液压泵站、液压油管及配套的传感器，设备平面布置如下图所示：

图10：液压设备平面布置图

表3：液压设备配置汇总表

序号	名称	规格	型号	单重（t）	数量
1	液压提升器	60吨	TLJ-600	0.4	2
2	液压提升器	200吨	TLJ-2000	1.0	13
3	液压泵源系统	60kW	TL-HPS-60	2.2	3
4	同步控制系统		TL-CS 11.2		1
5	液压油管	Ф13
6	传感器		TL-SL		15
7	对讲机

3.5 设备安装

1)提升器安装

提升器钢绞线外接孔与支承通孔中心对齐，钢绞线与支承通孔壁不能碰擦。钢绞线导向架用于提升过程中钢绞线的疏导，防止钢绞线缠绕。导向架导出方向以方便装拆油管、传感器和不影响钢绞线自由下坠为原则。

2）地锚安装

上下吊点的垂直偏斜小于1.5°，地锚结构安装在专用吊具的内部，并与周边结构留有一定空隙，使地锚可沿圆周方向自由转动，钢绞线与孔壁不至碰擦。

3）钢绞线安装操作工艺

①钢绞线须经检查，无折弯、疤痕和严重锈蚀；穿钢绞线采取由上至下穿法。

②用砂轮切割机或割刀将钢绞线切割成所需的长度。用打磨机将钢绞线两头打磨成锥形，端头不得有松股现象。

③将疏导板安装于提升平台下侧，调整疏导板孔的位置，使其与提升器各锚孔对齐。

④用导管自上而下检查提升器的安全锚、上锚、中间隔板、下锚、应急锚和疏导板孔，做到上下6层孔对齐。

⑤确保单根钢绞线偏转角度小于1.5°。

⑥一般先穿外圈的小部分，后穿内圈全部，再将剩余外圈穿完。

⑦顶开安全锚压锚板，将钢绞线从安全锚穿过各个锚环及疏导板。钢绞线在安全锚上方露出适当长度。每穿好2根钢绞线后，用夹头将钢绞线两两夹紧，以免钢绞线从空中滑落。

⑧根据计算配置数量穿好所有钢绞线，并用上、下锚具锁紧。

⑨每束钢绞线中短的一根下端用夹头夹住，以免疏导板从一束钢绞线上滑脱。用软绳放下疏导板至下吊点上部，按基准标记调整疏导板的方位。

⑩调整地锚孔位置，使其与疏导板的孔对齐。按顺序依次将钢绞线穿入地锚中并理齐，端头留出大于20cm的长度，用地锚压锚板锁紧钢绞线。

4）液压泵站与提升器的油管连接

检查液压泵站、控制系统与液压提升器编号是否对应，油管连接使主液压缸伸、缩，锚具液压缸松、紧是否正确。

5）控制、动力线的连接

①各类传感器的连接；

②液压泵源系统与液压提升器之间的控制信号线连接；

③液压泵源系统与计算机同步控制系统之间的连接；

④液压泵源系统与配电箱之间的动力线的连接；

⑤计算机控制系统电源线的连接。

3.6 结构正式提升

1）提升过程控制要点

为确保结构单元及结构提升过程的平稳、安全，根据屋盖 架结构的特性，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。

2）同步提升过程

①提升分级加载

通过试提升过程中对 架结构、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，对连 架结构单元进行分级加载（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％、80％；在确认各部分无异常的情况下，可继续加载到90％、95％、100％，直至屋盖 架钢结构全部脱离拼装胎架。

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、 架结构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。

②结构离地检查

架结构单元离开拼装胎架约100mm后，利用液压提升系统设备锁定，空中停留12小时以上作全面检查（包括吊点结构，承重体系和提升设备等）。各项检查正常无误，再进行正式提升。

③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，使结构达到水平姿态。

④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。在结构整体提升过程中，保持该姿态直至提升到设计标高附近。

⑤提升速度

整体提升施工过程中，影响构件提升速度的因素主要有液压油管的长度及泵站的配置数量，按照本方案的设备配置，整体提升约度约10米/小时。

⑥提升过程的微调

结构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，完全可以满足屋盖 架钢结构单元安装的精度需要。

3）提升就位

结构提升至设计位置后，暂停；各吊点微调使主 架各层弦杆精确提升到达设计位置；液压提升系统设备暂停工作，保持结构单元的空中姿态，主 架中部分段各层弦杆与端部分段之间对口焊接固定；安装斜腹杆后装分段，使其与两端已装分段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；进行屋盖 架钢结构的后续高空安装；拆除液压提升系统设备及相关临时措施，完成 架结构单元的整体提升安装。

4）卸载

后装杆件全部安装完成后，进行卸载工作。按计算的提升载荷为基准，所有吊点同时下降卸载10％；在此过程中会出现载荷转移现象，即卸载速度较快的点将载荷转移到卸载速度较慢的点上，以至个别点超载。因此，需调整泵站频率，放慢下降速度，密切监控计算机控制系统中的压力和位移值。万一某些吊点载荷超过卸载前载荷的10％，或者吊点位移不同步达到10mm，则立即停止其它点卸载，而单独卸载这些异常点。如此往复，直至钢绞线彻底松弛。

3.7 提升过程注意事项

1）提升间歇过程中的安全措施

结构安装高度很高，提升过程中根据工况所需进行空中停留。

对于本工程，结构安装高度较高，风荷载对提升吊装过程有一定影响。为确保结构提升过程的绝对安全，并考虑到高空对精度的要求，钢结构屋盖 架在空中停留时，或遇到更大风力影响时，暂停吊装作业，提升设备锁紧钢绞线。

2）结构就位时调整允许范围

液压提升过程中必须确保上吊点（提升器）和下吊点（地锚）之间连接的钢绞线垂直，亦即要求上提升平台和下吊点在初始定位时确保精确。根据提升器内锚具缸与钢绞线的夹紧方式以及试验数据，一般将上、下吊点的偏移角度控制在1度以内。

3）提升设备的保护

提升设备（包括钢绞线）在提升作业过程中，如无外界影响，一般不需特别保护（大雪、暴雨等天气除外），但构件在提升到位暂停，后装杆件安装时，应予以适当的保护，主要为承重用的钢绞线。特别是在焊接作业时，钢绞线不能作为导体通电，如焊接作业距离钢绞线较近时，焊接区域钢绞线可采用橡胶或石棉布予以保护。

3.8模拟计算分析

1）计算软件

本工程采用通用有限元分析软件SAP2000。

2） 架重量取值

本计算 架提升重量包含 架杆件、节点球、檩条及马道重量，总重约1100吨。

3）荷载组合

本工程验算结构强度采用：1.4×（恒荷载）；验算变形采用1.0×（恒荷载）。

4） 架工况分析

本工程 架结构提升，共设置15个提升吊点。因提升工况与结构设计使用工况有所不同，需对结构进行提升工况分析，采用SAP2000对结构进行模拟分析， 架单元均采用桁架单元进行模拟，在吊点处进行竖向约束加水平向弹簧约束，弹簧刚度取0.001KN/mm，荷载为结构自重，分项系数取1.4，分析结果如下：

图11： 架变形云图

图12： 架应力云图

吊点反力表（单位：吨）

提升点编号	提升反力值
1	79
2	88
3	97
4	99
5	88
6	42
7	21
8	56
9	60
10	47
11	136
12	87
13	95
14	88
15	79

小结：同步提升工况下， 架跨中最大下挠约166mm<L/250=336mm，拼装时可适当进行预起拱；最大吊点反力值约136T，部分结构杆件应力比过大，施工时需要用较大截面杆件进行替换。

5）提升平台工况分析

按照最大提升荷载136t进行计算，由单个提升器承受，计算结果如下：

图13：应力比图

图14：变形图

小结：本类型提升架提升工况下，杆件最大应力比约0.8，端部下挠约5mm，满足提升要求。

6）下吊点工况分析

在 架焊接球节点上增加三根杆件并汇交于一点作为提升下吊点，对下吊点结构采用有限元分析软件ANSYS12.0进行计算分析，下吊点结构采用同一种规格，即临时杆件为φ180×12，焊接球为400×20，材质均为Q345，提升荷载为最大为136t，分析结果如下所示：

图15：Mise应力云图

图16：Vonmise变形云图

由上述计算结果可知，在最大提升反力作用下，略去部分应力集中点，最大应力约260MPa，Q345材质许用应力310MPa，满足施工要求。

4 结束语