大体积倒四棱锥屋面安装技术论文_宋建军,潘晓龙,邵亮

摘要：当前国内大型场馆造型各异，结构形式多样，特别是大型异型造型屋面结构。通过采用整体提升法进行安装，解决了大体积倒四棱锥异型屋面安装难题。

关键词：屋面；大体积；倒四棱锥；整体提升安装

1、前言

大体积倒四棱锥屋面结构为钢结构，所有连接节点为焊接，不易分段分块，安装精度要求高；本项目建设为迎接即将召开的中越边境贸易会，必须在10个月完工。本文结合河口会展中心项目施工实例，论述了采用液压整体提升法进行大体积倒四棱锥异型屋面安装解决方案，以供参考借鉴。

2.工程概况及特点

中国河口国际会展中心为大型公共场馆建筑，由3个展馆组成，倒四棱锥屋面（水平底面在上，锥尖在下的钢结构屋面）立于会展中心中部2号馆上空，顶平面四边边长为64m，面积有足球场大小，其重量420吨重，顶部标高58m，椎尖到顶平面高25m，采用四根箱型钢柱支撑。下图为钢结构三维模型：

3.技术设计

因2号展馆下部结构为地下室，顶板面不能行走大型吊机，不适合采用大型吊机分块吊装；采用高空散件拼装的方式，安装效率低下，难以保证工期，且大量的高空作业危险性大。因此采用液压同步提升法安装解决安装问题：将倒四棱锥分成四角部，中部上、下提升段及嵌补梁四部分，先安装下部主支撑柱及辅助平台，再安装四角部形成提升平台，在平台上安装提升支架及液压提升器。地面组装上提升段，采用多台液压提升设备同步整体提升，提升至25米标高临时固定，完成下提升段拼装后整体提升至设计高度，焊接嵌补梁完成安装。

4.屋面整体提升施工

4.1 提升前期准备

4.1.1、安装提升支柱系统

倒四棱锥屋面结构依靠下部四根1000mm箱型柱支撑组成的稳定支撑框架体系，箱型柱自主体结构的桩承台一直伸到58m高的中国馆造型顶部。倒四棱锥焊接在4根钢箱柱上，如下图：

倒四棱锥造型屋面三维视图

首先安装主立柱至58米，为保证立柱的稳定，安装与主立柱相连的平台，使每根主立柱成独立稳定的受力框架。

4.1.2、安装柱顶四角部形成提升平台

将倒四棱锥四角部与主柱焊接，形成四个独立的提升平台，便于焊接提升支架，安装提升设备，进行提升作业。四角部平台下采用临时支柱加固。如下图：

4.1.3 提升架计算

（1）总荷载确定：

中国元素倒四棱锥屋面重420吨，其拆分为四角部，中部上、下提升段及嵌补梁四部分。中部提升段作为整体提升段，其与临时加固及吊具等重量合计380吨以内，采用8台穿心式液压提升器提升，每个提升点荷载在500kN以内。

（2）提升支架计算：

支架形式见下图：

提升吊点的最大荷载为500kN，则平台荷载设计值P＝1.4*500kN＝700kN。立柱选用H400×600×16×16，梁选用B300×250×16，支撑选用H250×250×9×14，拉杆选用H150×150×7×10，材质为Q345B。

1）提升支架梁计算

提升支架梁计算简图如下：

a=0.366m，L=1.07m，L1=3.374m，L2=7.726m，H=3.200m，

α=18 º，β=24 º，F=P=700kN。

支架梁截面特性：截面积A=16576 mm2，强轴截面模量Wx=1418750 mm3

当提升器位于梁端部时，提升支架受力最不利，此时，

MA=-F×a=700×0.366=-256kN•m

MB=Fa/2=128kN•m

RC=RA×cosα= 891×cos51 º=561kN

根据钢结构设计规范（GB50017-2003），受弯构件的抗弯强度按式（4.1.1）计算：

A截面： ，满足要求！

，满足要求！

2）支撑计算

支撑截面特性：A=89.98cm2，ix=10.84cm，iy=6.37cm，则撑杆长细比λx＝L/ix=26.2，λy＝L/iy=44.7，φx＝0.9297，φy＝0.8477，考虑压杆承载力降低系数 η=0.785。强度验算：

Rc /（Aη）=561000/（8998*0.785）=80MPa<fce=295MPa，满足设计要求。

平面内稳定验算：

Rc /（φxA）=561000/（0.9297*8998*0.785）=85MPa<f=295MPa，满足设计要求。

平面外稳定验算：

Rc /（φyA）=561000/（0.8477*71480*0.785）=106MPa>f=295MPa，满足设计要求。

3）拉杆计算

拉杆验算：

拉杆选用H150×150×7×10，截面面积A=3910mm2。

R拉=F* cos51 º *sina51 º=700*0.6157=342kN

R拉/A=342000/3910=88MPa<f=295MPa，满足设计要求！

4.1.3液压提升系统的安装

（1）临时措施安装

1）提升结构临时加固

临时加固主要是对倒四棱锥中部提升段吊点位置加固。在中部提升段拼装完成后，根据临时加固杆件安装位置的实际测量数据，现场进行下料加固。焊接过程应注意对结构母材的保护，当伤及母材时，应采取相应的补救措施，以确保提升段整体的安全性。

2）提升支架安装

提升支架安装主要包括上吊点提升支架和下吊点吊耳两部分，为减小上下吊点中心点的偏差，安装时，利用垂准仪将提升支架上吊点的中心点返至地面组拼完成后的中部提升段，再根据此中心点安装提升下吊点的吊耳。提升吊点按照一级焊缝的要求进行焊接。

（2）液压提升设备安装

提升设备安装按以下步骤进行：导向架制作及安装→专用地锚的安装→ 液压管路的连接→ 控制、动力线的连接→钢绞线安装→设备检查及调试

4.2 提升

4.2.1提升方法

现场条件勘察准备，做好各项检查清点工作，主要包括：

吊装机具是否齐备，并已经过必要的试验；

四立柱间地面拼装平台及拼装胎架已准备；

下部主支撑柱及辅助平台安装，柱内侧提升范围无障碍；

倒四棱锥四角部及四角部下临时支撑已安装，形成稳定的平台结构；

承力架、提升点、穿心式液压提升器、液压泵源系统安装布置完成，受力经计算满足提升要求；

4.2.2 提升施工

（1）利用四根主立柱间地面空间设置拼装胎架，拼装中部上提升段，上提升段加固后焊接吊耳；

（2）液压提升系统预加载，整体提升中部上提升段结构离开拼装胎架150～200mm，空中停留、观测约12小时，在确保提升系统设备、临时设施（提升平台、吊点及加固措施）及永久结构（主柱及辅助钢平台、上提升段）等安全的情况下，继续同步提升至25米标高后将上提升段与主柱临时固定；

（3）在上提升段底部空间组拼下提升段，下提升段与上提升段形成中部提升段整体；

（4）拆除上提升段与主柱的临时固定，整体提升至58米标高，与主柱焊接，焊接四角部与中部提升段间嵌补梁，倒四棱锥达到设计状态，形成整体稳定受力体系，液压提升系统同步卸载作业，至钢绞线完全松弛，使倒四棱锥屋面自身重量全部转移到四根主立柱上，液压提升设备、临时支撑，加固设施拆除，完成倒四棱锥屋面的整体液压同步提升吊装。

4.2.3 提升过程控制要点

为确保倒四棱锥结构以及临时措施结构提升过程的平稳、安全，提升过程控制要点如下：

（1）提升分级加载，通过试提升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，对倒四棱锥钢结构单元进行分级加载（试提升），每一步分级加载完毕，均应暂停并检查加载前后的变形情况，基础的沉降，以及临时支撑结构的稳定性等情况。

（2）倒四棱锥结构离地约150mm后锁定，空中停留12小时作全面检查（包括吊点结构、临时支撑承重体系、永久结构和提升设备等，尽量安排在夜间以节省施工时间），各项检查正常无误，才能进行正式提升。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，使连廊分区结构中间分段达到水平姿态同步提升。

（3）分级卸载就位，所有吊点同时下降卸载10％；计算机控制系统监控，调整各吊点卸载速度，直至钢绞线彻底松弛，结构自重载荷完全转移到四根支撑立柱结构上，整体提升安装结束。

（4）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。微动调整精度可以达到毫米级，完全可以满足倒四棱锥结构之间补档、对口安装的精度需要。

5.结束语

倒四棱锥屋面液压同步提升施工，将高空拼装作业调整至地面完成，不仅加快了施工进度，节约了人工和大型吊装设备台班费用，降低了成本，工程质量也得以保证。整体液压同步提升作业在该项目的成功实施为今后该类型屋面施工提供借鉴。

参考文献：

[1] 张祥宗 超大型构件液压同步提升钢屋盖施工技术实践 工程技术

[2] 钢结构设计规范（GB50017-2003）

[3] 建筑结构荷载规范（GB50009-2001）

论文作者:宋建军,潘晓龙,邵亮

论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期

论文发表时间:2018/12/17

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