大吨位大跨度悬挑钢结构整体提升施工技术.pdf

大吨位大跨度悬挑钢结构整体提升施工技术 耿俊峰 陕西建工机械施工集团有限公司 西安 7 1 0 0 4 3 摘要大吨位大跨度悬挑钢结构的整体提升在国内尚不多见，具有一定施工难度。介绍了东航西安维修基地新机库钢 结构整体提升的施工技术，重点论述了针对大吨位大跨度悬挑结构施工的配套技术措施和技术准备、方案实施过程中 的控制要点，可供同类型工程施工借鉴。 关键词大吨位 大跨度 悬挑结构 钢结构 整体提升 中图分类号T U 7 4 1 ． 1 文献标识码B 文章编号1 0 0 4 1 0 0 1 { 2 0 1 4 0 5 0 5 4 3 0 3 Co n s t r u c t io n T e c h n o l o g y f o r I n t e g r a l L if t i n g o f L a r g e T o n n a g e L o n g Sp a n Ca n t il e v e r St e el St r u c t u r e Gen g J un f en g SCEGC Me c h a n iz e d Co n s t r u c t i o n Gr o u p Co mp a n y L t d ．Xi ’ a n 7 1 0 0 4 3 1 工程概 况 东航西安维修基地新机库建成后成 为空客系列在西北 地区功能最完善 的大修 中心。其建筑面积约1 3 0 0 0 m ， 机库大厅平面呈长方形 ，长度为1 5 5 m，宽度为8 5 m，其 屋盖由大斤部分的钢 网架和大门钢桁架组成 ，形成三面支 承、门架侧一面敞开的钢结构组合体系 图1。该结构最 大的特点是大门桁架部分形成大吨位大跨度 的空间悬挑结 构，施工采用液压控制同步提升的方案。 图1 机库钢结构俯瞰 2 结构概况 机库大厅采用3层 正交斜放焊接球 网架 ，网格尺寸 6 m x6 m，矢高为3 m 3 m，网架结构质量 为1 3 8 0t ，网 架在东、南 、西三面共由2 8个设置在钢筋混凝土排架柱 上的固定球铰钢支座支承。北面敞开设机库大门，大门桁 架采用焊接箱型梁及焊接H 型钢组成 ，外桁 架H J 一 1 呈悬挑 状 ，水平悬挑5 m，质量5 8 0 t ，内桁架H J 一 2 两端通过万向球 作者简介耿俊峰 1 9 6 9 一，男，高级工程师，一级建造师。 通讯地址陕西省西安市雁塔区咸宁东路3 4 4 号 7 1 0 0 4 3 。 收稿日期2 01 4 - 0 3 1 1 铰支座支承 ，桁架下弦标高2 2 m，高度为1 4 m，高度上相 对网架上弦平面垂直悬挑7 m 图2 。桁架部分总质量约 11 8 0 t ，跨度1 5 5 m。钢结构材质均为Q 3 4 5 B 。 图2 结构横 断面 3 施工难点n 弓 a 大门桁架悬挑结构呈现大吨位及大跨度的特点， 这种结构设计上在国内尚属少见 ，该结构也堪称 “ 西北第 一 跨”，对设计施工、组织管理等 方面综合技术的应用提 出了较高要求。 b整体屋盖钢结构 由钢网架和钢桁架组成 ，网架 和桁架的结构覆盖面积 比为1 6 1 ，但质量 比为1 ． 1 7 1 ， 整体重心显著偏 向悬挑端。 C根据整体有限元模型计算结果 ，桁架 的单个吊 点提升反力达到8 8 0 5 k N，2个桁架 吊点总的反力达到了整 个提升重量的1 ／ 2 以上。 d 桁架相对网架上弦平面垂直悬挑7 m，在提升过 程中对整体稳定性有一定影响 ，需要分析提升不同工况下 连接杆件的应力变化情况 ，保证结构安全。 4总体方案 a共设1 6个结构提升点 ，每个提升点在柱顶设置 格构式提升架 ，安装液压提升器 图3，将大门钢桁架和 网架在投影位置地面拼装成型，用液压提升器将钢屋盖整 2 0 1 4 ． 5 B u i l d i I Ig c o n s t n l c t i 0 n I 5 4 3 体提升到安装位置 ，再补空安装周边支座和杆件 ，最后结 构成型并整体卸载。 图3 提 升吊点布置 b 根据结构的实际提升 方案 ，建立整体有限元模 型，采用MI D A S ／ G E N 8 ． 0 进行空间分析和计算，根据各提升 点的反力值进行提升架设计、提升器配置及加固设计。 c 桁架的提升点设在桁架H J 一 2 两侧共2 个 ，上 吊点 用集群液压提升器提供该点8 8 0 5 k N 的提升力 ，下锚点设在 桁架下弦的钢托梁底部。 d网架部分共设置1 4个提升点 ，上吊点提升油缸 设置在排架柱顶 的提升架上 ，提供最大8 2 7 k N的提升力 ， 下吊点利用增加的临时杆件和节点 ，在高空补空杆件安装 以后将其拆除。 5 配套设计及技术措施H 5 ． 1 桁架提升体 系 a由于桁 架的单个 吊点提升 反力达到8 8 0 5 k N， 为 了解 决大吨位级提升力的需要 ，桁架 吊点设计采 用4个 3 5 0 0 k N 液压提升器共同作用，经过2个并列 的格构柱型式 提升架使支承柱受载。通过钢绞线连接上、下吊点，提升 器 的提升 力通过上 吊点一 钢绞线一锚具一支承结构一桁架 网架 的途径传递 ，实现结构的整体提升。同时设置后 侧预拉力锚点，预拉力点采用2台2 0 0 0 k N提升器 ，提升过 程 中与主吊点按比例同步加载，预拉力均预紧到1 5 0 0 k N 。 b桁架支承柱柱顶标高为 2 1 ． 0 8 m，在土建施工的 同时安装提升架预埋件 ，实现提升体 系与土建混凝土柱之 间承载力的有效传递。 c桁架 提升架主体 结构 由箱型梁和 箱型立柱 组 成 ，侧面为T T 字形，高度5 m 图5 。构造设计既要考虑承 载力要求 ，也要考虑杆件空间位置的要求，即不能 出现提 升架与补空构件干涉 的情况。经计算 ，得 出施加预拉力对 提升架结构受力有明显效果。 d 桁架下 吊点处将H J 一 2 端部断开 ，提升受力点设在 下弦，形成型钢扁担梁形式，并增 j n ；b n 固杆件对下弦补 强 5 4 4 I 建筑施工 第 3 6 卷 第5 期 加 固。 e 桁架提升架预拉力 由设在桁架混凝土柱承台内 的地锚提供 ，地锚承载力由预埋侧板与混凝土之间的摩擦 力和粘结 力、下部横 向锚板 的锚固力及横销的锚固力3部 分组成。 该方案的提升预拉力设置有效解决 了提升重量平衡力 的问题 ，根本性地改善了混凝土柱的偏心受力状况。 5 ． 2 网架提 升体 系 a网架提升架采用三角形格构柱 ，3个立柱呈品 字形布置 ，前1根立柱轴 心受压 ，后2个受拉 ，高度 为 2 ． 5 m。其优点在于保证提升架受拉侧强度的同时提高了稳 定性 ，也便于提升到位后周边网架杆件的高空补空。 b 下 吊点按柱轴线与网架 吊点的位置关系设置 ， 吊点相对 网架下弦下移5 0 0 mm，使5根辅助杆件 同时受 力。 5 ． 3 排架柱 受力校核 a 提升时 ，网架排架混凝土柱处于偏心受力状态， 需要对柱的强度及稳定性进行校核验算，保证排架柱体 系 安全。 b 混凝土柱的验算 内容有 柱体 受压强度验算、 柱顶预埋件的验算、柱顶局部受压承载力验算。桁架、网 架的提升点混凝土柱按最不利的工况取荷载值 ，计算结果 均应在允许范围内。 C在正式提升前 ，将排架柱之间的连 系杆件和柱 间支撑都安装完成 ，使排架柱形成整体 受力体 系 ，以提高 提升 受力体系的安全度和可靠度。 5 ． 4 提升状态模拟分析 结构提升过程中，1 6个提升点之间所有可能的最 大位 移差 的组合很多。从这些组合 中针对桁架结构处于大吨位 水平和垂直悬挑的结构特点，选择较为不利的1 6种工况对 结构变形和应力进行分析 ，对于应力比大于0 ． 9 的杆件进行 截面替换，对于网架与桁架交界处的连接杆件重点对待。 5 ． 5 同步度控制 工程实施采用 了先进的流量分配控制 系统，即计 算机 控制系统构成 “ 传感器一计算机一 泵源比例阀一液压 提升 器一提升架结构”的闭环 系统 ，提升过程 由传感器实时采 集位移检测信号、计算机计算其差值、系统 自动均衡液压 流量 ，从而控制整个提升过程的同步性。 6提升过程 6 ． 1结构预提升 a 液压油缸按2 0 ％、4 0 ％、6 0 ％、8 0 ％、1 0 0 ％的比 例 分级加载 ，直到使结构整体离地 ，提升 高度约3 0 0 mm 时，悬停≥8 h 。 b检测提升点 的位置和标 高，与初始标高的理论 值进行 比较并调整 ，确定同步提升的标高初始值。 C 用经纬仪在侧面观测地面上主桁架和上部桁架 之间的对接 口位置情况 ，如有偏差要调整 吊点预处理 ，确 保一次性提升到位对接成功。 6 ． 2 同步 提升 a整个屋盖大厅钢结构质量2 5 6 0 t ，提升系统对每 个提升 吊点的液压提升器施以均恒 的油压 ，吊点 以恒定的 载荷力将结构向上提升 ，保持初始状态直至提升到预定高 度。 b 采取位移 同步控制措施 ，通过位移传 感器实时 向系统控制中心传递提升位移 的数据信息，数据 处理一旦 发现超差则 自动进行调 整 ，对桁 架悬挑端重点监测同步 度、垂直度及挠度变化值 ，使提升过程各吊点之间标高不 同步偏差控制在1 5 mm以内。 c整体提升的速度取决于液压泵站的流量、锚具 切换和其他辅助工作所 占用的时间。经实际测算 ，提升速 度约2 0 0～2 5 0 mm／ mi n ，在液压油缸往复运动的过程中， 启动和制动时各点的载荷会增 3 13 2 ％，在计算中考虑了1 ． 1 的 动载系数 ，启动和制动加速度为0 ． 2 m ／ s ，加速度极小 ，保 证了整体悬挑结构的同步平稳提升。 6 ． 3 高空补空安装 结构整体提升至设计位置后 ，各吊点微调使桁架和 网 架精确提升到达设计位置 ，然后补充安装周边杆件 ，完成 后 ，网架及桁架整体卸载落位于球铰支座上 ，最后拆除提 升系统设备和提升支架 ，完成整个提升施工的过程。 7 结语 该工程顺利完成大吨位大跨度钢结构整体 同步提升 ， 对比桁架提升架体系计算值与实测值 悬挑结构提升的技 术指标在可控范围内。施工安装完成后钢网架、钢桁架纵 横 向长度偏差、支座中心偏移、挠度值等指标均符合设计 要求。施工方案在技术先进、质量保证、缩短工期、经济 性合理之间取得 了最佳结合 ，为同类型工程积累 了施工技 术 方面的经验。 0 0 0 0 [ 1 】陈志阔． 超大体量钢结构屋盖整体提升技术的研究与应用[ J ] ． 建 筑施工． 2 0 1 0 3 2 3 7 - 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