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摘要：超高层建筑楼顶高耸尖塔一般为钢结构，由圆型主桅杆及其支持框架构成。由于尖塔桅杆的高度超过了塔吊施工的起升能力，无法利用塔吊在高空直接拼装。为解决这一难题，笔者研制了钻石顶钢结构天线滑移提升施工技术，在此技术基础上总结提高形成本工法。工程通过采用钢结构天线滑移提升施工技术，在屋顶狭窄的空间完成了钢结构的吊运和提升等一系列高难度工作，避免了屋顶天线高空施工的安全风险，对今后类似工程具有一定的借鉴作用，同时也取得了良好社会效益。
关键词：超高层；屋顶；钢结构天线滑移提升；工法
引言
本工法适用于没有塔吊等起吊安装条件且设有钢桅杆的尖塔类高耸构筑物的安装工程。工艺原理是利用自升式塔吊的标准节加节原理进行设计施工的，在屋顶狭小的空间上预埋铁件，安装一个提升井架作为提升支架。并安装提升葫芦和卷扬机作为液压传动进行钢结构天线的提升倒装。在钢结构最上一节（二节）和钢结构顶后，利用液压提升器作为提升机具，柔性钢绞线作为承重索具。液压提升器为穿芯式结构，以钢绞线作为提升索具和提升装置逐段进行倒装。提升过程中，通过液压控制系统进、回油使自锁式液压千斤顶往复运动。钢绞线在千斤顶进油时完成上升移动，在千斤顶回油时自锁不下滑。通过液压千斤进、回油的不断循环，使钢绞线不断提升，从而带着钢结构同步上升，直到每节钢结构的高度即可进行组焊。对接组焊后，松开液压千斤顶自锁装置，就可以将提升杆落下，再进行下一结构的提升倒装。
1工法特点
⑴由于钢结构天线在楼面上分段倒装拼装焊接，便于使用机械化焊接作业，从而使焊接质量和装配精度及焊缝探伤检测精度上更容易得到保证，而分段吊装由于高空作业，无论构件拼装精度，还是焊接质量及测控精度上都难以得到有效保障。
⑵钢柱结构主要的拼装、焊接及油漆等工作相当于在地面进行，施工效率高，安全防护工作易于组织，施工质量得到保证；
⑶采用“超大型构件液压同步提升施工技术”安装钢柱，技术成熟，安全性有充分的保障；
⑷采用液压提升吊装，将高空作业量降至最少，加之液压整体提升作业绝对时间较短，能够有效保证钢柱的安装工期；
⑸液压同步提升设备设施体积较小，机动能力强，倒运和安装方便。而且天线爬梯可以设置在内部比设施在外面美观且安全。
⑹采用自锁式液压千斤顶提升。安全可靠，施工中途停升调整或现场突然停电，提升的钢结构在任意高度位置可自锁，不会发生钢结构下滑的安全事故，消除工人高度紧张的精神压力，减轻劳动强度提高工作效率。
⑺液压提升操作和监控只需几个人，减少了劳动力投入降低施工成本。
⑻液压提升器两端的楔型锚具具有单向自锁作用。当锚具工作（紧）时，会自动锁紧钢绞线；锚具不工作（松）时，放开钢绞线，钢绞线可上下活动。
⑼采用采用液压提升吊装，将高空作业量降至最少，加之液压整体提升作业绝对时间较短，能够有效保证钢柱的安装工期。
⑽液压提升设备体积小、自重轻、承载能力大，特别适宜于在狭小空间或室内进行大吨位构件牵引提升安装
2工艺流程及操作要点
2.1工艺流程
图2.1工艺流程
⑴在芯筒小屋面楼层结构施工时按照技术方案在楼层上的相应位置布置提升井架的预埋件。
⑵提升支架主肢与埋件焊接固定，以承受提升钢结构天线时支架传递的垂直和水平荷载。由于提升支架承受水平风载，由此可能引起埋件的垂直拉力，所以埋件设计时必须考虑一定的抗拔力和抗水平力。
⑶提升支架为格构式结构形式，中心距为4.7m*4.3m，主肢截面为钢管Φ351*12，横杆、斜杆为Φ159*10。支架顶安装下托梁、上托梁、提升梁，和格构柱形成稳定的受力体系，如下图2.2
⑷安装提升支架，与楼面预埋件焊接固定。支架柱顶设置上、下托梁和提升梁，上面放置提升器。
图2.2提升支架平面示意图
⑸连接提升器泵站等设备，调试，检查，确保一切正常后，准备提升。分级加载提升器，使天线上部第一节变截面段离开楼面。检查液压提升设备，确保正常后，准备正式提升作业。
⑹利用提升支架安装钢结构天线的变截面段，天线变截面段安装好后，在底部的相应位置焊接提升牛腿，钢绞线穿入牛腿，地锚和提升器通过钢绞线连接。
⑺正式同步提升钢结构天线，使其顶高2.1m左右（提升高度略大于第一分段的高度即可），停止提升。第二分段钢柱滑移进入提升支架内，至第一分段的正下方。提升器下降作业，微调，使钢柱分段坐落于下部的第二分段上，并焊接固定。
⑻检查提升设备，确保正常后继续提升，方法如前，提升高度约2.1m左右，停止提升。第三分段钢柱滑移进入提升支架内，至第二分段的正下方。提升器下降作业，微调，使第一、二分段钢柱坐落于下部的第三分段上，并焊接固定。
⑼如前步骤，提升倒装前三个分段钢柱，并把第四分段滑移至倒装位置，下降提升器，使前三个分段坐落于第四分段上。在第四分段上焊接提升牛腿，提升器下降，然后提升牛腿连接。
⑽重复如上述步骤，倒装最后的钢柱分段，下降提升器，使整个天线钢柱坐落就位于安装楼层上。
拆卸提升设备、提升临时设施等。天线钢柱倒装液压同步提升安装完毕。
2.2操作要点
为了完成如此超高钢结构天线的整体提升以及构件的滑移，需充分考虑提升和滑移过程中的各个环节，方案的优劣将直接影响到整体提升过程中的结构稳定和施工安全性，因此，对整体提升应慎重考虑，提升方案应保证足够的安全、可靠性，根据以往重大工程类似的施工经验，我们将主要从以下几个方面来加强现场管理。
⑴体施工工况的分析
施工前充分验算天线钢柱在提升过程中的钢结构应力和变形是否满足施工工况要求、风载下钢柱的受力情况、抗风桁架（楼顶自身的桁架）是否满足极端风荷载情况下的提升工况、考虑极限工况即提升不同步的情况下的结构分析等。根据详细的计算分析，配置相应的提升设备，编制具体的提升实施方案。 ⑵提升支架的设计及设置
提升支架的设计关系到整个提升过程的安全稳定性，如何设置支架的跨度、位置、高度及临时稳定杆是本工程的重点。如下图
图2.3提升支架平面示意图
⑶提升吊点的设置
合理确定提升点的位置，是整体提升施工中相当重要的工序，它直接关系到提升阶段结构的稳定、提升支架的高度、临时构件的材料用量以及施工安全性。
⑷提升过程的控制及监测
提升过程的控制及监测有利于观测提升过程中的结构变形及结构受力情况，通过监测手段以确定提升过程中的各项指标，并确保提升过程中的整体同步性。
⑸提升支架
提升支架的设计主要考虑支架在提升过程中的承重能力、支架的整体刚性及稳定性。支架的高度越高，一次提升的高度越高，所需置换牛腿的数量越少，但是支架的稳定性越差。所以必须综合考虑，选择合适的高度，在保证工程实施的安全前提下，达到材料用量最少。
⑹提升支架基础
提升支架设置在楼层上，所以需要在楼层上预先设置埋件，支架立柱与埋件焊接，与楼层牢固连接，以承受提升过程中的垂直荷载和水平荷载。
⑺抗风杆
钢柱提升过程中，为了抵抗风载施加于钢柱上的水平荷载，必须设计抗风杆。在提升支架的顶部和底部位置设置两层抗风杆。由于在提升过程中，锥形段钢结构天线与抗风杆的接触点是变化的，变化距离为550mm，所以抗风杆必须设计成可调节的形式。
⑻提升上吊点
提升上吊点设置在提升支架上的提升梁上，地锚放置在梁上，通过钢绞线与提升下吊点连接。本工程中，采用TJJ-600型提升器，地锚的外形尺寸为Φ200*170。
⑼提升下吊点
提升下吊点的数量及设计位置主要从两方面进行考虑，其一，主要考虑提升设备的提升能力要求；其二，需考虑提升过程中柱体的变形控制。本方案中通过多方案的比选及计算结构表明，采用4吊点的方案，圆周均匀布置，角度为90°。
⑽提升过程的控制和监测
提升过程的控制及监测有利于观测提升过程中的结构变形及结构受力情况，通过监测手段以确定提升过程中的各项指标，并确保提升过程中的整体同步性。
⑾提升过程的同步性
对于天线钢柱在提升倒装过程中的同步性，依靠液压提升系统本身的计算机同步系统来控制（详见液压同步控制系统说明），并架设经纬仪随时跟踪监测提升过程中的钢柱中心偏移量。加载过程中各项监测数据均应做好完整记录。
a.液压同步提升施工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、负载均衡、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。
b.操作人员可在中央控制室通过液压同步计算机控制系统人机界面进行液压提升过程及相关数据的观察和（或）控制指令的发布。
3效益分析
某188工程由两幢带有钻石顶钢结构钢管天线的AB楼组成，钻石顶分为钢管钻石型框架和钢管天线组成。A楼钻石型框架由φ377×14，φ273×12，φ219×12钢管组成标高为238.5m，重约274.45t；天线由φ2600×30，φ2600×25，φ2600～700×25组成标高为282m，重约：164.75。B楼钢管钻石型框架由φ377×14，φ426×14，φ159×8，φ203×10，φ273×10，φ180×10，φ159×8等钢管组成标高为211.68m，重约150t，B楼天线由φ1800×25，φ1800～720×25组成标高为240m，重约：110t。
采用本工法，使整根天线截面变化均匀美观精致的目的，并且增加了天线内爬梯施工的安全性和降低了施工难度。天线可以设置在内部比设施在外面美观且安全。整个施工安全无事故，质量优良，应用情况均良好。取得了良好的社会与经济效益。本工法，虽然只在AB塔楼屋顶应用两次，但是通过专家鉴定为达到国际先进技术水平的成熟技术，因此通过两项应用案例，可以推广为工法到所有类似工程应用。
关键词：超高层；屋顶；钢结构天线滑移提升；工法
引言
本工法适用于没有塔吊等起吊安装条件且设有钢桅杆的尖塔类高耸构筑物的安装工程。工艺原理是利用自升式塔吊的标准节加节原理进行设计施工的，在屋顶狭小的空间上预埋铁件，安装一个提升井架作为提升支架。并安装提升葫芦和卷扬机作为液压传动进行钢结构天线的提升倒装。在钢结构最上一节（二节）和钢结构顶后，利用液压提升器作为提升机具，柔性钢绞线作为承重索具。液压提升器为穿芯式结构，以钢绞线作为提升索具和提升装置逐段进行倒装。提升过程中，通过液压控制系统进、回油使自锁式液压千斤顶往复运动。钢绞线在千斤顶进油时完成上升移动，在千斤顶回油时自锁不下滑。通过液压千斤进、回油的不断循环，使钢绞线不断提升，从而带着钢结构同步上升，直到每节钢结构的高度即可进行组焊。对接组焊后，松开液压千斤顶自锁装置，就可以将提升杆落下，再进行下一结构的提升倒装。
1工法特点
⑴由于钢结构天线在楼面上分段倒装拼装焊接，便于使用机械化焊接作业，从而使焊接质量和装配精度及焊缝探伤检测精度上更容易得到保证，而分段吊装由于高空作业，无论构件拼装精度，还是焊接质量及测控精度上都难以得到有效保障。
⑵钢柱结构主要的拼装、焊接及油漆等工作相当于在地面进行，施工效率高，安全防护工作易于组织，施工质量得到保证；
⑶采用“超大型构件液压同步提升施工技术”安装钢柱，技术成熟，安全性有充分的保障；
⑷采用液压提升吊装，将高空作业量降至最少，加之液压整体提升作业绝对时间较短，能够有效保证钢柱的安装工期；
⑸液压同步提升设备设施体积较小，机动能力强，倒运和安装方便。而且天线爬梯可以设置在内部比设施在外面美观且安全。
⑹采用自锁式液压千斤顶提升。安全可靠，施工中途停升调整或现场突然停电，提升的钢结构在任意高度位置可自锁，不会发生钢结构下滑的安全事故，消除工人高度紧张的精神压力，减轻劳动强度提高工作效率。
⑺液压提升操作和监控只需几个人，减少了劳动力投入降低施工成本。
⑻液压提升器两端的楔型锚具具有单向自锁作用。当锚具工作（紧）时，会自动锁紧钢绞线；锚具不工作（松）时，放开钢绞线，钢绞线可上下活动。
⑼采用采用液压提升吊装，将高空作业量降至最少，加之液压整体提升作业绝对时间较短，能够有效保证钢柱的安装工期。
⑽液压提升设备体积小、自重轻、承载能力大，特别适宜于在狭小空间或室内进行大吨位构件牵引提升安装
2工艺流程及操作要点
2.1工艺流程
图2.1工艺流程
⑴在芯筒小屋面楼层结构施工时按照技术方案在楼层上的相应位置布置提升井架的预埋件。
⑵提升支架主肢与埋件焊接固定，以承受提升钢结构天线时支架传递的垂直和水平荷载。由于提升支架承受水平风载，由此可能引起埋件的垂直拉力，所以埋件设计时必须考虑一定的抗拔力和抗水平力。
⑶提升支架为格构式结构形式，中心距为4.7m*4.3m，主肢截面为钢管Φ351*12，横杆、斜杆为Φ159*10。支架顶安装下托梁、上托梁、提升梁，和格构柱形成稳定的受力体系，如下图2.2
⑷安装提升支架，与楼面预埋件焊接固定。支架柱顶设置上、下托梁和提升梁，上面放置提升器。
图2.2提升支架平面示意图
⑸连接提升器泵站等设备，调试，检查，确保一切正常后，准备提升。分级加载提升器，使天线上部第一节变截面段离开楼面。检查液压提升设备，确保正常后，准备正式提升作业。
⑹利用提升支架安装钢结构天线的变截面段，天线变截面段安装好后，在底部的相应位置焊接提升牛腿，钢绞线穿入牛腿，地锚和提升器通过钢绞线连接。
⑺正式同步提升钢结构天线，使其顶高2.1m左右（提升高度略大于第一分段的高度即可），停止提升。第二分段钢柱滑移进入提升支架内，至第一分段的正下方。提升器下降作业，微调，使钢柱分段坐落于下部的第二分段上，并焊接固定。
⑻检查提升设备，确保正常后继续提升，方法如前，提升高度约2.1m左右，停止提升。第三分段钢柱滑移进入提升支架内，至第二分段的正下方。提升器下降作业，微调，使第一、二分段钢柱坐落于下部的第三分段上，并焊接固定。
⑼如前步骤，提升倒装前三个分段钢柱，并把第四分段滑移至倒装位置，下降提升器，使前三个分段坐落于第四分段上。在第四分段上焊接提升牛腿，提升器下降，然后提升牛腿连接。
⑽重复如上述步骤，倒装最后的钢柱分段，下降提升器，使整个天线钢柱坐落就位于安装楼层上。
拆卸提升设备、提升临时设施等。天线钢柱倒装液压同步提升安装完毕。
2.2操作要点
为了完成如此超高钢结构天线的整体提升以及构件的滑移，需充分考虑提升和滑移过程中的各个环节，方案的优劣将直接影响到整体提升过程中的结构稳定和施工安全性，因此，对整体提升应慎重考虑，提升方案应保证足够的安全、可靠性，根据以往重大工程类似的施工经验，我们将主要从以下几个方面来加强现场管理。
⑴体施工工况的分析
施工前充分验算天线钢柱在提升过程中的钢结构应力和变形是否满足施工工况要求、风载下钢柱的受力情况、抗风桁架（楼顶自身的桁架）是否满足极端风荷载情况下的提升工况、考虑极限工况即提升不同步的情况下的结构分析等。根据详细的计算分析，配置相应的提升设备，编制具体的提升实施方案。 ⑵提升支架的设计及设置
提升支架的设计关系到整个提升过程的安全稳定性，如何设置支架的跨度、位置、高度及临时稳定杆是本工程的重点。如下图
图2.3提升支架平面示意图
⑶提升吊点的设置
合理确定提升点的位置，是整体提升施工中相当重要的工序，它直接关系到提升阶段结构的稳定、提升支架的高度、临时构件的材料用量以及施工安全性。
⑷提升过程的控制及监测
提升过程的控制及监测有利于观测提升过程中的结构变形及结构受力情况，通过监测手段以确定提升过程中的各项指标，并确保提升过程中的整体同步性。
⑸提升支架
提升支架的设计主要考虑支架在提升过程中的承重能力、支架的整体刚性及稳定性。支架的高度越高，一次提升的高度越高，所需置换牛腿的数量越少，但是支架的稳定性越差。所以必须综合考虑，选择合适的高度，在保证工程实施的安全前提下，达到材料用量最少。
⑹提升支架基础
提升支架设置在楼层上，所以需要在楼层上预先设置埋件，支架立柱与埋件焊接，与楼层牢固连接，以承受提升过程中的垂直荷载和水平荷载。
⑺抗风杆
钢柱提升过程中，为了抵抗风载施加于钢柱上的水平荷载，必须设计抗风杆。在提升支架的顶部和底部位置设置两层抗风杆。由于在提升过程中，锥形段钢结构天线与抗风杆的接触点是变化的，变化距离为550mm，所以抗风杆必须设计成可调节的形式。
⑻提升上吊点
提升上吊点设置在提升支架上的提升梁上，地锚放置在梁上，通过钢绞线与提升下吊点连接。本工程中，采用TJJ-600型提升器，地锚的外形尺寸为Φ200*170。
⑼提升下吊点
提升下吊点的数量及设计位置主要从两方面进行考虑，其一，主要考虑提升设备的提升能力要求；其二，需考虑提升过程中柱体的变形控制。本方案中通过多方案的比选及计算结构表明，采用4吊点的方案，圆周均匀布置，角度为90°。
⑽提升过程的控制和监测
提升过程的控制及监测有利于观测提升过程中的结构变形及结构受力情况，通过监测手段以确定提升过程中的各项指标，并确保提升过程中的整体同步性。
⑾提升过程的同步性
对于天线钢柱在提升倒装过程中的同步性，依靠液压提升系统本身的计算机同步系统来控制（详见液压同步控制系统说明），并架设经纬仪随时跟踪监测提升过程中的钢柱中心偏移量。加载过程中各项监测数据均应做好完整记录。
a.液压同步提升施工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、负载均衡、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。
b.操作人员可在中央控制室通过液压同步计算机控制系统人机界面进行液压提升过程及相关数据的观察和（或）控制指令的发布。
3效益分析
某188工程由两幢带有钻石顶钢结构钢管天线的AB楼组成，钻石顶分为钢管钻石型框架和钢管天线组成。A楼钻石型框架由φ377×14，φ273×12，φ219×12钢管组成标高为238.5m，重约274.45t；天线由φ2600×30，φ2600×25，φ2600～700×25组成标高为282m，重约：164.75。B楼钢管钻石型框架由φ377×14，φ426×14，φ159×8，φ203×10，φ273×10，φ180×10，φ159×8等钢管组成标高为211.68m，重约150t，B楼天线由φ1800×25，φ1800～720×25组成标高为240m，重约：110t。
采用本工法，使整根天线截面变化均匀美观精致的目的，并且增加了天线内爬梯施工的安全性和降低了施工难度。天线可以设置在内部比设施在外面美观且安全。整个施工安全无事故，质量优良，应用情况均良好。取得了良好的社会与经济效益。本工法，虽然只在AB塔楼屋顶应用两次，但是通过专家鉴定为达到国际先进技术水平的成熟技术，因此通过两项应用案例，可以推广为工法到所有类似工程应用。