浅谈新技术大跨度钢结构地面整体组装和集群液压千斤顶施工

浅谈新技术大跨度钢结构地面整体组装和集群液压千斤顶施工

随着建筑理念的不断更新，建筑美学要求和功能的多样化导致了技术的改革，使建筑超越了传统，取得了更高水平的进步。大跨度钢结构在当前国内建筑工程中应用越来越多,随之而来的大跨度钢结构安装新技术也成为研究和解决的新课题。本文结合工程实践,总结大跨度钢结构地面整体组装和应用集群液压千斤顶整体提升施工的新技术。1集体智慧1000kg提升法1.1整体提升和同步提升液压提升法是一种用于超大、超重型钢结构施工的施工方法,该工法的基本过程:在被提升结构投影面正下方的地面上布置拼装胎架,在地面把准备提升的结构拼装成整体,利用两端结构作为提升支点,把千斤顶置于提升支点上进行固定,往液压千斤顶中穿入专用钢绞线,通过计算机控制液压千斤顶整体同步提升。1.2施工质量要求液压提升法对完成各大跨度超重连廊结构安装具有以下施工特点:(1)施工简洁、方便、工期短;(2)确保安装精度,工程质量容易保证;(3)减少了高处作业量;(4)无需大型机械设备;(5)减少支撑架和钢脚手工具的用量,降低施工成本。1.3钢结构整体安装液压提升法适用于高层建筑物在任意高度上的桥式连廊钢结构的整体安装,且桥式结构两端拥有提升支点位置,被提升结构所在投影面有足够的拼装场地。由于被拼装结构自身重量较重,对拼装场地地面承载力有严格要求。2施工过程和操作要点2.1提升设备及提升支架安装液压提升法工艺流程:编制提升结构施工专项方案→现场拼装胎架布置→提升结构的地面拼装焊接→提升支架安装焊接→液压千斤顶放置→提升结构吊点固定→提升吊耳安装焊接→应力监控点布置→提升锚具安装→钢绞线预紧→计算机控制系统调试→试提升→正式提升→提升到位后对接口调整→就位焊接→补缺件补缺焊接→拆除临时加固杆件→拆除液压提升设备及提升支架。2.2操作要点2.2.1现场装机械提升对施工现场地下室楼板承载力进行验算,对需要加固的部位采取合理的加固措施。对提升结构地面拼装选用合适的拼装机械。在地下室顶板上铺设运输通道,并对通道楼面进行验算,以保证汽车式起重机及构件能顺利进入施工现场,满足现场施工要求。对被提升结构及两侧结构进行验算,以保证在施工过程中结构的安全性。提升点设置及提升架选择、验算、制作和安装。对提升结构选择合适的控制体系。2.2.2材料焊接过程中透平问题的应对措施(1)根据结构主体施工尺寸偏差,采取合理的拼装顺序及方法,以保证地面拼装结构的实际尺寸,被提升结构能顺利就位。(2)拼装结构在焊接时,注意焊接顺序及方法,以减小焊接过程中的焊接变形。(3)对于厚板焊接,在焊接前应进行焊前预热,焊接过程中应采取防风、防雨措施,焊后应注意保温。(4)在提升前,对需加固的部位进行临时加固以满足提升要求,并组织人员对提升结构及提升支架进行检查。(5)提升过程中安排人员对各重要部位进行监控,应有专人随时观测结构提升的同步性,及时向提升总指挥进行汇报。(6)在结构提升过程中,所经过空间不能有任何障碍物。(7)结构提升就位后至焊接检验合格前,提升设备不能运行及拆除。2.3提高系统工作原则2.3.1千斤顶自动提升结构液压千斤顶作为整个提升工作的执行结构,根据被提升结构的重量选择千斤顶的规格及数量,液压千斤顶提升油缸的下锚连同油缸的支架固定在提升支架上,上锚则固定在主油缸的活塞杆上,能够随主油缸的活塞杆上下运动(图1)。油缸的初始状态是上锚紧、下锚紧,主油缸全部缩缸。提升开始时,下锚松、上锚紧,由上锚承担提升结构的重量,油缸伸缸,上锚夹钢绞线上升一个行程,使结构随之上升一个行程;油缸伸缸到位后,紧下锚,松上锚,由下锚承担提升结构的重量;油缸回缩,上锚随油缸下降至提升前位置,上锚紧,下锚松,千斤顶完成一个提升循环。通过千斤顶上下锚负荷转换、油缸伸缩,使被提结构逐步提升到待安装位置。千斤顶系统通过计算机系统对所有油缸进行统一控制,以完成提升结构的提升作业。液压同步提升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、荷载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。2.3.2系统的动力源泵站系统作为整个液压同步整体提升系统的动力源,向油缸提供工作动力,通过泵站上各种控制阀的动作切换,控制油缸的伸缩缸及锚具的放松和锁紧。2.3.3绞线压延系统提升油缸通过钢绞线、油缸的上下锚具、地锚和安全锚同提升结构件相连接,作为提升过程的承载力系统。2.3.4传感器检测系统由传感器检测系统检测油缸位置、伸缩状态,油压及各吊点高差等信号,再将信号传送至计算机控制系统,作为计算机控制系统决策的依据。2.3.5采取有利于传感器解释和响应的传感器计算机作为液压同步整体提升控制系统的核心,通过计算机网络收集各种传感器信号,进行分析处理,发放相关指令,对泵站及油缸动作进行控制,确保提升工作的同步进行。2.3.6启发式机械控制千斤顶上锚每次行程为250mm,提升速度为3~4m/h,提升过程由计算机进行全自动控制,计算机控制系统对泵站相关控制阀统一发放指令,通过对油缸伸缸速度的同步控制,实现整个结构的同步提升。2.4提升过程工况分析结构验算采用Midas计算软件,被提升结构整体重量为1000t(包括临时加固杆件),工况分析分为三部分:被提升结构自身验算;提升过程中对两侧原结构影响验算;提升支架验算。2.5千斤顶充压试验(1)提升前准备工作已检查完毕,并做好检查记录。(2)试提升,提升两个行程(500mm),静置0.5~1h。(3)在静置期间,观测结构变形、检查节点位置、检查千斤顶保压性以及提升架的变形情况。(4)在确定安全的前提下进行正式提升。3机械设计和辅助设备施工机械及辅助工器具如表1所示。4原适应条件的相关要求钢结构施工应符合《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)的相关要求。质量控制要点为:拼装预拱度,拼装轴线,构件几何偏差,厚板焊接前预热,焊接时防变形,焊后热处理,对接口尺寸控制等(图2)。5提升设备与安全(1)施工前进行针对性的安全技术交底,并做好交底记录。(2)施工区域做好隔离措施,设专人看管,严禁无关人员进入,严格遵守十不吊规定。(3)进入施工现场必须正确佩戴安全帽。(4)所有焊接位置应搭设操作平台或挂设吊笼,焊接处应做好防火措施(图3,4)。(5)焊接设备必须有可靠的接地措施。(6)高处行走必须拉设安全绳,施工人员必须佩戴安全带,登高时必须安装爬梯,爬梯必须固定牢固,拉设登高绳,施工人员上下必须使用自锁器。(7)在提升架与原结构焊接处进行探伤,保证全熔透一级焊缝。(8)提升设备必须进行用前检查,并出具检查报告。(9)提升用钢绞线严禁有毛刺或缺口,严禁钢绞线导电。(10)大风、大雨及雪天不得进行露天焊接作业,如须作业,施工人员应注意防滑、防雨、防水及用电防护。禁止在风速五级以上进行提升或下降工作。6火涂料施工质量分析(1)从施工角度分析。避免了采用过多、过大起重机,大部分安装工作在地面进行,避免了大量高处作业,提高了施工的安全系数。(2)从质量方面分析。大部分施工在地面进行,安装质量、焊接质量易于保证,油漆、防火涂料施工易于控制,很大程度上保证了工程质量。(3)从工期方面分析。大部分工作在地面施工,由于施工难度低,可大幅度提高施工效率,施工完毕后一次性提升就位,提升用时较短,缩短了整个施工工期。(4)从施工条件方面分析。采用该方法,只需考虑地面拼装部分及运输通道处的施工荷载,减少了施工场地的占用面积。(5)从成本方面分析。无需搭设满堂脚手架,使施工成本降低。(6)从文明施工方面分析。由于高处施工操作面受限,安装时会出现敲打,不可避免产生施工噪声,油漆施工时会产生雾状物,防火涂料施工时会出现洒落现象。采用该工法后,由于施工面低,施工操作面扩大,安全系数提高,可采用有效措施,避免产生噪声、环境污染。7工程实例7.1钢构件转换钢桁架某钢结构工程,建筑平面为矩形,建筑整体外形呈门字形。南北宽15m,东西长100m,高80m。(3)~(7)轴线与(22)~(26)轴线为钢结构框架支撑筒体,两筒体钢柱为箱形柱,共34根,位于标高28.820m处髿,鬂轴线各设置一榀转换桁架,两榀桁架间由7榀次桁架相连,使髿,鬂轴线与7榀次桁架形成一个整体,支撑上部共12层的结构重量,转换桁架上下弦为箱形构件,上下弦间杆件和斜撑及层间结构主次梁为H型钢构件,部分箱形柱采用内灌混凝土形式。第8~10层设置两层高的巨型转换钢桁架结构,该结构为提升的主体,桁架上下弦板厚60~80mm,材质为Q420GJC,焊接质量要求较高。该提升结构总跨度为54m,桁架宽度为15m,桁架自身高度为9m,提升高度为28m,提升结构总重量为1000t。7.2施工期间建筑立面如图5所示。7.2.1结构及桁架上部结构的安装由于该工程安装高度为80m,现场场地狭小,大型吊装设备无法进入施工现场,为保证工程能够顺利进行,两侧主体结构及桁架上部结构安装时,在两侧筒体侧面各设置一台塔式起重机,安装时采用两台塔式起重机进行施工。安装时先安装结构柱,待柱安装完毕后应及时进行调整,然后安装柱与柱之间的主次梁及斜撑,使结构形成稳定整体后进行焊接。两侧结构主要利用现场塔式起重机进行安装,先安装立柱并进行调整,然后安装柱间主次梁及柱间斜支撑,最后进行焊接。7.2.2胎架和提升结构拼装提升结构拼装前应先布置拼装胎架,胎架下部铺设路基板,以便平均分布结构对楼面的集中载荷,由于结构提升时是垂直提升,所以提升结构在拼装时一定要保证结构的定位尺寸、安装尺寸及水平度,为此在胎架上焊接调整板块和定位板块(图6)。提升结构拼装时采用汽车式起重机进行拼装,拼装过程中由测量人员进行监控,以保证拼装结构的轴线位置,满足提升时垂直提升。根据现场施工条件及楼面承受荷载进行验算,对地下室进行加固,楼面进行保护,布置胎架,选用70t汽车式起重机进行上下弦安装。上下弦进行分段安装,安装时先安装下弦构件,由测量人员利用测量仪器控制各段构件安装精度,待安装就位后用电焊固定,以防止后续安装过程中移位,然后安装下弦间连梁,再安装上下弦间立柱及立柱间的连梁和斜支撑,最后安装上弦及上弦间主次梁并进行焊接,完成提升前的工作。7.2.3吊点及加固点为满足提升需要,在桁架上弦设置4个吊点,吊点位置设在距离(7)轴2.7m处,距离(22)轴2.7m的髿轴和鬂轴上,吊点及加固如图7,8所示。在两端筒体结构第12层处各设置两个提升架,提升架采用三角支架,水平横梁设置在第12层,斜支撑底部设置在第10层,提升支架采用HN700×300×13×24的双拼H型钢,如图9所示。7.2.4设备安装准备在两侧原结构托座上安装提升支架,并在提升支架上固定千斤顶,提升支架与原结构连接须保证为全熔透一级焊缝。7.2.5桁架提升检测利用现场两端的塔式起重机,把提升架及提升设备安装到相应位置并进行设备调试,以满足提升要求。由于桁架提升为原位垂直提升,所以在提升前要进行严格验算,以保证结构能够顺利通过对接托座。为此,在加工时使原结构上弦托座比下弦托座长150mm,提升结构两端上弦比下弦各短150mm。通过计算,提升时原结构两端各向内侧偏移10mm,故在安装时两侧原结构柱向外偏移10mm,保证提升到位时,提升结构上下弦与原结构托座之间的间隙在15~20mm之间,以便桁架在提升过程中能够顺利通过对接口。桁架提升分为试提升和正式提升,试提升使千斤顶运行两个行程,约500mm,在观测提升架和结构的变形及应力情况,及确保安全的情况下、进行正式提升。正式提升时,在各部位安排监控人员,对结构提升过程中监控,包括各千斤顶行程监控、千斤顶泵站监控、两侧原结构监控、桁架应力监控等。为保证对接尺寸,加工时在桁架上下弦预留一定长度,试提升桁架静止后,对桁