中建二局第三建筑工程有限公司武汉分公司 湖北武汉 430000
摘 要：武汉某工程大型屋盖钢结构面积大、体量大、跨度及悬挑长度大，造型新颖、结构复杂、安装难度较大；经过方案比选论证后，选择大面采用整体提升施工技术，局部采用分片吊装和原位拼装方式。本文主要介绍钢结构屋盖整体提升的准备工作、具体步骤以及质量安全保障措施。
关键词：钢结构工程；大跨度；整体提升
本工程钢结构主要分布于钢屋盖，屋盖为三馆连为一体的编织状双层网壳结构，主楼以内采用双向交叉平面桁架，乒羽馆桁架总高度 2.5m，游泳馆桁架总高度 3.0m。主楼以外采用双向空腹交叉桁架，桁架总高度 2.5m。最大跨度达117m，钢结构屋盖上、下弦杆主要采用箱型钢管截面，腹杆主要采用箱型钢管截面和圆钢管截面，主要材质为 Q345B。总用钢量约5313t。
图一 钢结构整体效果图（模型）
编制施工方案过程中，考虑三种施工方案，从工期、经济、安全、质量及精度方面综合考虑，选择方案三，馆内+馆外提升+局部分片吊装的施工方案。
方案确定之后，将本工程提升区主要分为5个提升区，总提升吨位约2950t，各提升小区均采用分区楼面拼装，整体提升的施工方法。主要拼装机械为5台TC6513塔吊及8台25t汽车吊。
其中提升区域尺寸为提升一区33.7m×44.4m、提升二区33.7m×44.4m、提升三区58.8m×64.2m、提升四区面积约4080㎡、提升五区约4000㎡。一、二提升区总重约220t，游泳馆内部的提升三区总重约670t，提升四区总重约920t，提升五区总重约970t。本文将以提升四区为例描述提升流程。
图2 钢结构安装分区图
1、提升区施工流程
2、施工具体步骤
2.1胎架及吊点安装
提升4区总共有22个吊点，其中是采用提升塔架支撑的有8个吊点。吊点10采用2*2*4m标准节胎架，单组用标准节6节，一组塔架12节。吊点11~15、21、22采用1.6*1.6*2.5m塔吊标准节，单组标准节10节，一组塔架20节，工需140节。同一塔架内两组标准节胎架之间中心间距5.7m。
（1）胎架底座布置：
吊点10~15
提升4区塔架底座支腿最大拉力达165KN，在每个支腿位置植入4根16mm钢筋，一个底座植筋16根，选择直径为16mm的HRB400钢筋，钻孔直径20mm，钻孔深度192mm。底座采用HW294*302*12*12工字钢制作，布置如上图。
（2）底座与标准节之间、标准节与标准节之间、标准节与胎帽之间均是通过高强螺栓连接。
（3）胎架顶部（4米标准节顶节上班部、2.5米节顶节）之间需用简易桁架片连接，增强整体稳定性。
（4）胎帽上方设置横向分配梁，用于支撑提升横梁。
横向分配梁布置方向与提升梁垂直，分配梁与胎帽之间沿下翼缘四周角焊缝焊接，在分配梁内加t=16mm厚加劲板（加劲板分别位于胎帽边框H型钢腹板上方、提升梁翼缘板下方那）。
（5）胎架顶部分配梁搭接方式
提升横梁与分配梁之间用卡板卡紧，无需焊接；
两提升横梁在上翼缘之间用400*180*16mm板间隔550mm焊接连接；
顶部提升器位置用880*450*20mm板四周围焊在提升梁上翼缘，板中间开180mm孔，孔边加加劲板。
2.2钢结构地面拼装及提升设备安装调试
1）钢结构网架焊接
本工程焊接作业的特点是高空焊接多、焊接工作量大。针对此特点，拟采用CO2气体保护焊为主要焊接设备、手工电弧焊为辅的方法进行本工程焊接。CO2气体保护焊焊接工艺具有渣气联合保护的特点，可达到更好的焊接效果，能确保本工程的焊接质量。
a、本工程焊接使用药芯焊丝，并使用大流量的CO2气体进行焊接保护，提高抗风能力，形成对焊接熔池的渣气联合保护。
b、焊接前进行焊口清理，清除焊口处表面的水、氧化皮、锈、油污等。
c、焊接过程中严格控制层间温度，选用适宜的焊接电流和电压，灵活掌握焊接速度防止未焊透、气孔、咬边等缺陷。
d、焊道之间的熔渣必须清除彻底。
e、焊接作业区应设立防雨防风措施，风速对焊接质量影响较大，必须确保优良焊接环境。
f、焊丝应盘绕整齐紧密立防潮措施，确保焊丝表面无锈蚀和油污等。
g、隐蔽焊缝必须严格按照先焊接、先报检、后拼装的顺序进行。
h、主要焊接节点形式：
2）设备安装
a、导向架制作及安装
在液压提升器提升或下降过程中，其顶部必须预留长出的钢绞线，如果预留的钢绞线过多，对于提升或下降过程中钢绞线的运行及液压提升器天锚、上锚的锁定及打开有较大影响。所以每台液压提升器必须事先配置好导向架，方便其顶部预留过多钢绞线的导出顺畅。多余的钢绞线可沿提升平台自由向后、向下疏导。
导向架安装于液压提升器上方，导向架的导出方向以方便安装油管、传感器和不影响钢绞线自由下坠为原则。导向架横梁离天锚高约1.5～2米，偏离液压提升器中心5～10cm为宜。具体可在现场用角钢或脚手管架临时制作。
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。提升器的液压锁方位要便于与液压泵站之间的油管装拆。提升器就位后用压板进行定位，每个提升器需用3块L形压板固定。
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。导向架横梁离安全锚高约1.5～2米。钢绞线导出部分后，把钢绞线扎成捆，不致分散。
地锚安装：每套地锚与其正上方的液压提升器、提升吊点结构开孔垂直对应、同心安装。
上下吊点的垂直偏斜小于1.5°，用L形压板将地锚固定于提升吊具中（每个地锚用3块压板固定），留有一定空隙，使地锚可沿圆周方向自由转动，钢绞线与孔壁不能碰擦。
b、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；根据现场情况确定钢绞线的具体穿法且上下约定一致。一般先穿外圈的小部分，后穿内圈全部，再将外圈剩余的穿完。
2）钢绞线绕向有左旋、右旋两种。用砂轮切割机或割刀将钢绞线切割成所需的长度，其中左旋、右旋各一半。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，并将疏导板用软绳绑于提升平台下部。
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）提升器中的钢绞线必须左旋、右旋间隔穿入。
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）按照施工方案配置的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。
11）钢绞线如参差不齐，可用适当方法逐一张紧，使每根钢绞线有1吨左右的预张力。
c、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。
d、各传感器与控制系统的连接
1）行程传感器安装时调整好位置，确保在在提升器伸缸时不干涉，拉线垂直，调整好传感器拉线位置。
2）上、下锚具传感器是有区别的，要安装正确、牢固，上锚具的信号线在运动中要不受干涉。
3）油压传感器接在主缸大腔，做好传感器信号线的防水措施。
4）要做好传感器及其信号线的防水措施。
e、提升器与液压泵站通讯线连接
连接传感器线和提升器线，注意主液压缸和截止阀的对应关系。
f、液压泵站与控制系统线路连接
1）配电箱须满足功率要求，安装在比较安全的地方，可靠固定。
2）选择好控制的方位、位置，要便于观测、操作，并要有防雨措施，可靠固定。
3）连接好控制网路的电源线、网络线、扩展线、液压油缸线、液压泵站线等，要做到接线整齐、有序。
g、液压泵站动力电缆连接
连接动力电缆应在无电情况下操作，本系统使用380V三相五线交流工业电源。要注意电源的漏电保护方式。
h、控制系统电源连接
控制系统输入电源为220V交流电源。
提升设备调试
a、液压泵站检查
对液压泵站所有阀和油管的接头进行一一检查，同时使溢流阀的调压弹簧处于完全放松状态。检查油箱液位是否处于适当位置。
b、电机旋转方向检查
分别启动大、小电机，从电机尾部看，顺时针旋转为正确；若不正确，交换动力电缆任意两根相线。
c、电磁换向阀动作检查
在液压泵站不启动的情况下，手动操作控制柜中相应按钮，检查控制系统、泵站截止阀编号和提升器编号是否对应，电磁换向阀和截止阀的动作是否正常。
d、油管连接检查
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。
e、锚具检查
检查安全锚位置是否正确，在未正式工作时是否能有效阻止钢绞线下落；地锚位置是否正确，锚片是否能够锁紧钢绞线。
f、系统检查
1）使用ID设置器，设置地址，检查行程和锚具传感器信号是否正确。
2）启动液压泵站，在提升器安全锚处于正常位置、下锚紧的情况下，松开上锚，主液压缸及上锚具液压缸空载伸、缩数次，以排除系统空气。调节一定的伸缸、缩缸油压及锚具液压缸油压。
3）调整行程传感器调节螺母，以使行程传感器在主液压缸全缩状态下的行程数值为0。
4）检查截止阀能否截止对应的液压缸。
5）检查比例阀在电流变化时能否加快或减慢对应主液压缸的伸缩速度。
g、钢绞线张拉
1）用适当方法使每根钢绞线处于基本相同的张紧状态。
2）调节一定的伸缸压力（3MPa）对钢绞线整体进行预张紧。
4.3结构正式提升
a、提升过程控制要点
为确保结构单元及主楼结构提升过程的平稳、安全，根据屋盖钢结构的特性，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。
b、同步提升过程
1）提升分级加载
通过试提升过程中对屋盖结构、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，对屋盖钢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、屋盖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。
当分级加载至结构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。确保屋盖钢结构离地平稳，各点同步。
2）结构离地检查
屋盖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），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。
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，完全可以满足屋盖钢结构单元安装的精度需要。
C、提升就位
结构提升至设计位置后，暂停；各吊点微调使主屋盖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，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，完成屋盖结构单元的整体提升安装。
3、提升过程质量要求
3.1钢网架焊接质量要求
1）拼装场地尽量选在平整路面上，铺设拼装平台时，胎架板面要平整；
2）杆件所在支撑顶标高必须用水准仪严格控制，误差≤1.0mm；
3）使用全站仪测放各控制点，测放完毕后作好闭合复测工作；
4）各块型钢胎架间必须用槽钢相连，保证拼装过程中，各控制点相对位置不变；
5）在胎架上放拼装措施及构件对接企口线投影坐标，并控制各控制点误差≤1.5mm；
3.2支撑架安装质量要求
1）、拼装控制拼装精度，保证提升器中心与吊具中心重合；
2）、同一组塔架内胎架之间胎帽底部标高一致；
3）、提升塔架荷载作用大，需要焊接处严格控制焊接质量，胎架之间高强螺栓紧固需牢固；
4）、胎架底座植筋保证植筋深度；
3.3提升架安装质量要求
1）、埋件焊缝满足相关质量验收规范要求；
2）、安装精度满足施工测量精度控住要求；
3）、材料截面、规格满足计算要求；
4）、焊缝要求详见焊缝通图。
4、提升过程安全保证措施
4.1提升过程注意事项
a、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结构空中停留。
液压同步提升器在设计中独有的机械和液压自锁装置，提升器锚具具有逆向运动自锁性，提升器内共有三道锚具锁紧装置，分别为天锚、上锚及下锚，在结构暂停提升过程中，各锚具均由液压锁紧状态转换为机械自锁状态。保证了结构在提升过程中能够长时间在空中停留。
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。同时，通过导链将结构与周边结构连接，能起到限制结构水平摆动和位移的作用。
b、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。
c、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。
4.2提升应急预案
a、突然停电故障
各泵源控制阀自动关闭，提升器液压锁自动锁紧，各上下锚及安全锚处于自锁状态；停电后恢复供电，系统将自动处于安全停止状态。
b、液压油管突然爆裂故障
提升器液压锁自动锁紧，提升器不致下沉，各上下锚及安全锚处于自锁状态；更换爆裂油管。
c、液压泵源故障
通常的漏油故障能够及时解决。只有在短时检修无效情况下，快速更换相应电磁阀。
d、传感器故障
在短时检修无效情况下，更换传感器。
e、控制系统故障
应准确判断故障点，在短时检修无效情况下更换系统零件部件乃至整套系统。
f、其它情况
在液压提升过程中，任何监测人员发现有异常情况都可随时叫停；但提升的重新启动必须由现场总指挥下达指令，其他任何人不得擅自重新启动提升作业。
结语
本工程大面采用整体提升方案，从经济、工期进度、安全、质量精度方面均有较好的保证。具体体现：吊装设备使用较少，提升区拼装可以充分利用塔吊，更加经济；馆外屋盖全在地面拼成整体后再进行提升，质量及精度更能保证，减少了高空补档作业，安全性更高，可以地面大面积同时开展拼装工作，提高了施工效率，缩减了工期；大大节省了支撑胎架用量。整体提升施工工艺对提升重量、面积、跨度均无限制，适用于各钟复杂环境的钢结构提升。
参考文献：
[1]《钢结构设计规范》 GB50017-2013.
[2]《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2017
[3]《建筑施工手册》第五版[M].北京：中国建筑工业出版社.2011
[4]陈赞，施时祯，赖世文：解析现代大跨度空间钢结构施工技术[J].科学时代.2013
论文作者:陈路阳,卢红伟,郭元武
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第07期
论文发表时间:2019/6/28
标签：液压论文; 钢绞线论文; 结构论文; 钢结构论文; 泵站论文; 液压缸论文; 过程中论文; 《城镇建设》2019年第07期论文;