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传统的钢桁架高空安装技术主要有2种方法，一种方法为采用塔吊直接吊装就位，该方法比较常用，但安全性不高，且受塔吊自身因素以及环境因素影响较大；另一种方法为当塔吊工作荷载及工作半径受到限制，无法直接采用塔吊安装时，则采用在需要安装的钢桁架下方搭设满堂脚手架作为安装钢桁架的临时支撑体系，该临时支撑体系在安装钢桁架全过程中承担结构自重及施工荷载，并通过现场拼装完成钢桁架的安装。由于需要搭设临时支撑体系，对工程施工进度以及施工成本影响较大，同时过多的高空拼装相比地面拼装，在焊接质量、成品尺寸等方面均较难保证，对工程施工质量造成影响。

大跨度钢桁架在高空安装时存在一定危险性，并且其安装质量较难控制，尤其对于大跨度重型钢桁架高空安装而言，其危险性更大、质量控制更难。针对上述问题，本文提出了一种全新的大跨度重型钢桁架高空安装施工技术，有效解决了大跨度重型钢桁架高空安装施工过程中的危险大、质量差、成本高、进度慢的问题。

1 工程概况

背景工程为1栋高层商务楼，位于宁波市东部新城国际金融服务中心南区A2-23#地块，结构采用型钢混凝土框架-抗震墙。建筑地上15层，地下3层，主楼建筑平面总长度76.80 m，总宽度76.80 m。钢结构部分分为主体钢骨柱、南面钢桁架结构、北面钢桁架结构及中央箱体钢梁天井4个部分，用钢量约4 500 t，图1为钢结构主体示意。其中，南北两侧各布置1榀大跨度重型钢桁架，钢材材质采用Q345GJC-Z15板，钢板最大厚度60 mm，最大跨度36 m，单榀钢桁架质量达152 t，安装高度63.15 m。

根据钢桁架自重大、跨度大、安装高度高、地下室顶板缺位致使大型吊机作业较难，且安装位置空间狭小等一系列实际情况，提出采用全自动液压同步提升技术对大跨度重型桁架进行高空安装作业，如图2所示。

图1 钢结构主体示意

图2 钢桁架整体液压同步提升示意

2 工程关键技术和措施

2.1 技术特点

1）改变传统施工工艺，将大量高空作业转移到地面进行，有利于施工测量和质量控制，且大大提高就位安装精度，安全风险明显降低。

2）避免了采用大吨位吊机进行安装施工时带来的安全风险，并且因无需设置大吨位吊机，施工成本得到有效控制。

3）采用的同步提升工艺充分利用原结构的上下锚点作为其提升过程中的纽带，该锚点安装、拆卸方便，对原结构受力不产生任何影响。

4）采用的应力应变监测技术在国内处于领先水平，为钢桁架整体液压提升施工提供了数据支持。

5）液压同步提升技术所采用的设备设施体积小、质量轻、机动能力强、方便设备的运输和安装[1-3]。

2.2 技术原理

在双塔楼高63.15 m顶部的B轴两端各设置1套钢桁架提升架，钢提升架与楼面主梁预埋件固定牢固，分别在每套钢提升架上安放1个穿心式液压千斤顶，每个千斤顶通过中心布置1束钢绞线与被吊装的钢结构通过下吊点相连。结构吊装时，通过计算机控制，液压传动，机械作用使千斤顶内的钢绞线沿千斤顶中心上移，将钢结构整体吊起，直至吊装到对接位置。图3所示为钢桁架提升就位示意。

图3 钢桁架提升就位示意

2.3 施工工艺流程

施工准备→钢提升架安装→液压千斤顶提升器安装→穿钢绞线→吊物锚固点安装→预紧钢绞线→控制系统安装→试提升→正式提升→应力应变监测→就位→连接→卸载并拆除提升装置

2.4 操作要点

2.4.1 施工准备

1）钢牛腿标高尺寸技术复核。整体提升前，先对上部连接点牛腿标高、开口尺寸用全站仪进行精确测量，便于钢桁架地面组拼装时进行适当微调，保证上部对口尺寸。

2）上支撑点及下锚点验算及加固措施。桁架在提升过程中，全部荷载集中于吊点处的梁柱上，通过结构受力计算分析，采用□400 mm×400 mm×25 mm×25 mm为上横梁，400 mm×400 mm×30 mm×30 mm的H型钢为下斜支撑的钢提升架，上横梁与塔楼结构柱钢牛腿刚性连接固定，下斜支撑撑在钢牛腿与钢柱交叉位置，两翼分别用250 mm×250 mm×9 mm×14 mm的H型钢做八字形交叉，分别支撑在楼层混凝土梁上，形成整体稳定的钢架体系，以保证吊装过程中结构安全，如图4所示。

2.4.2 制作、组拼、焊接、验收连体钢结构

现场拼装部位预先埋设预埋件，采用HW400型钢作为拼装支架，每根长度6 m，间距3 m，每个H型钢两端中部各设置1块预埋件，在楼面施工前提供具体布置图给土建单位进行预埋。在构件就位前把支架H型钢放置好，表面采用水平仪进行测量，保证每根支架H型钢在同一个标高上，并在H型钢上翼缘板表面画线，线宽600 mm，为桁架的下弦下翼缘板宽度，另再根据桁架起拱度要求在部分H型钢支架上设置钢板垫高。临时斜撑采用φ108 mm×6 mm钢管，角度为45°，在桁架拼装过程中根据实际情况采用，设置部位为两端和中间。拼装平台搭设时，根据设计要求的起拱高度在平台H型钢各个位置填上相同高度的钢板，使桁架在拼装时就达到要求的起拱高度。钢框架支撑体系经过计算后，其长度为24 m，高度为10.50 m，宽度为3 m。钢框架支撑中柱子每3 m设1根，与地面预埋件连接，与桁架间隙为600 mm，连接方式为采用20a#工字钢焊接，焊接部位为桁架临时支撑和钢框架钢柱，焊接工作在桁架定位后进行。立式拼装示意和拼装平面布置见图5、图6。

图4 钢提升架示意

图5 立式拼装示意

图6 拼装平面布置

3 桁架和提升架在工作状态下的受力计算

3.1 桁架提升结构同步验算

通过有限元软件进行计算，计算模型采用线单元，以钢结构相关规范、吊装规程为依据，计算出钢桁架在自重作用下的结构变形以及应力分布状态，各单元采用铰节点进行连接。荷载组合工况为“1.35恒+0.98活”“1.20恒+1.40活”“1.00恒+1.40活”。吊点处边界条件设置为Z向铰支座，X、Y向弹簧支座。经计算得出钢桁架在提升过程中的提升反力标准值。由结构变形计算结果可以看出，钢桁架在提升过程中由于其自身重力原因，致使结构发生下挠变形，其最大变形处为跨中位置，下挠变形为1.50 mm，满足设计要求。由应力比分布计算结果可以看出，钢桁架应力分布为对称分布，最大应力比为0.151[4,5]。

3.2 提升架验算

计算中考虑到桁架吊装过程中的轻微晃动以及吊装加速影响，选取提升反力乘以1.10为提升支架所受竖向力标准值，并取该竖向力标准值的5%为水平荷载来验算钢提升架。由结构变形计算结果可以看出，该钢提升架端部下挠约为1.66 mm，满足规范要求。

3.3 保证整体吊装结构整体性

由于钢桁架两端为开口式，提升吊装方式采用两点式，导致钢桁架集中受力较大，并且桁架吊点位置下方无对应的传力杆件，加剧了钢桁架的应力集中，容易造成桁架自身变形过大，因此需要对桁架整体进行结构加固。通过受力分析，采用300 mm×300 mm×10 mm×15 mm的H型钢作为桁架临时斜拉杆，该斜拉杆可有效传递、分布吊点处的集中力，可保证结构吊装时的整体稳定性见图7。

图7 钢桁架结构加固

4 编制整体提升方案

1）钢提升架安装：搭设防护架，用塔吊吊装两端2个钢提升架，校正、焊接、探伤检测、验收。

2）液压千斤顶提升器安装：用塔吊吊装千斤顶提升器到钢提升架上安装就位，每个钢提升架上安放1台液压千斤顶提升器。

3）穿钢绞线：用塔吊将钢绞线吊到指定楼层面，然后由作业人员配合在每台液压千斤顶提升器内穿入6根钢绞线，钢绞线的长度至少需大于起吊高度3 m。

4）起吊物下锚固点的安装。连体钢结构的起吊下锚固点设置在支承千斤顶提升器的正下方，用钢板制作起吊托板，穿入钢绞线以夹具锚固，在吊点周围进行加固处理。图8、图9所示分别为起吊下锚固点模型和应力应变分析示意，根据应力应变分析示意可以看出，钢桁架锚固点应力分布主要集中在钢绞线穿入位置，但其最大应力值满足设计要求。

图8 起吊下锚固点模型

图9 应力应变分析示意

5）预紧钢绞线：系统全部连接并经检查完善后启动系统使钢绞线处于收紧状态。

6）控制系统安装：接通集群油缸系统、泵站系统、传感器系统、计算机控制系统，电控线、油路等进行调试，液压油缸进行空行程调试。

7）试提升：通过试提升过程中对桁架结构、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，对保证提升过程的安全。以主体结构理论载荷为依据，各提升吊点处的提升设备进行分级加载，依次为20%、40%、60%、80%。每次分级加载必须保证提升支撑架顶位移始终在设计控制范围之内（按照规范要求为60 mm内）。确认各部分无异常的情况下，可继续加载到90%、100%，直至结构全部离地。每次分级加载后均应检查各受力点的结构状态，并通过经纬仪跟踪监测偏移情况。加载过程中各项监测数据均应做好完整记录。当分级加载至桁架结构即将离开地面时，可能存在各点不同时离地的情况，此时应降低提升速度，并密切观察各点离地情况，必要时做“单点动”提升。确保桁架结构离地平稳、各点同步。分级加载完毕，桁架结构提升离开拼装地面约20 cm后暂停，停留2～24 h，全面检查各设备运行及构件的正常情况。停留期间组织专业人员对提升支撑架、桁架钢结构、提升吊具、连接部件及各提升设备进行专项检查。停留完毕后，各专业组对检查结果进行汇总，并经起吊指挥部审核确认无任何隐患和问题后，由总指挥下达正式提升命令。

8）正式提升：试提升稳定后，通过集群液压千斤顶提升器协同循环往复动作正式开始提升[6]。

5 结语

本工程中的大跨度重型钢桁架采用全自动液压同步提升技术取得成功，为今后同类工程施工积累了经验。