论文部分内容阅读
【摘 要】 越来越多的屋盖体系采用钢结构体系，而大空间、大跨度的造型使得安装难度越来越大，由于穹顶钢结构整体提升时受液压提升系统竖向力的作用结构发生弹性变形；在温度作用下结构发生伸缩变形，穹顶结构与原结构对接时高强螺栓无法自由传入螺栓孔；单榀实腹式弧形钢梁提升或吊装时易产生平面外失稳，通过以往工程施工实践，在宁波罗蒙环球城商业地块室内游乐场工程的施工中，总结出一种新型、安全、可靠、经济合理的钢结构穹顶提升安装工法，并在实际工程建设中取得了成功。
【关键词】 大跨度；钢结构；穹顶；整体提升；双索；L型耳板
一、工程概况
宁波罗蒙环球城是集休闲、旅游、购物于一体的文化都市综合体，钢结构主要包括竖向结构体系和屋面大跨度钢结构体系，其中竖向结构体系包括圆管混凝土柱和十字型劲性混凝土组合柱，屋面结构包括35.4米跨、48.4米跨、70.4米跨屋面梁及支撑体系和南北半球体结构体系。35.4米、48.4米坡屋面为金属屋面，70.4米拱形屋面为采光幕墙，球体部分为双曲结构。
二、双索液压提升特点
1.液压整体提升技术采用液压同步提升设备无需大型机械设备，节约了施工成本，而且设备准备容易，进出场方便，施工不受场地条件的制约。
2.无需搭设脚手架，减少了安全风险，降低了材料消耗。
3.通过施工的全程模拟分析，为大跨度弧形结构施工提供了科学支持。
三、工艺原理
大跨度实腹式弧形钢梁液压提升其主要原理为：提升结构在安装位置下面进行整体拼装，设置水平张拉装置和竖向提升装置。提升时随着竖向提升装置加载水平张拉装置进行加载，当竖向提升装置加载到提升单元离开地面时水平张拉装置停止加载，提升单元在恒力状态下进行提升。为保证提升单元顺利就位：当温度升高水平张拉装置加载，当温度降低时水平张拉装置卸载；当钢柱间距偏大水平张拉装置加载、当钢柱间距偏小时水平张拉装置卸载。每个弧形梁下面的水平张拉装置都能独立操作。
四、大跨度实腹式弧形钢梁液压提升具体步骤
（1）在提升穹顶单元正下方将提升单元通过拼装胎架8将提升单元拼装完成。
（2）利用销轴7将水平吊具3和水平吊笼6安装到L型耳板1上。
（3）将水平拉索5穿过拼装胎架8，连接到水平吊具3和水平吊笼6上。
（4）利用销轴7将垂直吊具2安装到主结构上。
（5）将垂直拉索4安装到垂直吊具2上。
（6）试提升时采取逐级加载的方法进行提升，按照设计荷载水平拉索5先加载5%，垂直拉索4再加载5%，每次加载总是先增加水平拉索5再增加垂直拉索4，加载值按照设计荷载的5%、10%、20%、30%、40%、60%、80%、100%逐级增加。每级加载之间至少预留10分钟的观察及检查时间。
（7）当荷载增加到100%时，将整个提升单元脱离拼装胎架8，离拼装胎架8的高度在100mm～200mm。
（8）静置时间为8～12小时，检查提升装置及提升单元确认不存在安全隐患的前提下降提升单元提升到离拼装胎架8约1000mm的位置静置，拆除拼装胎架8.
（9）将提升单元通过垂直拉锁4进行提升，当提升提升单元的钢梁上翼缘与主结构下翼缘距离50～100mm时停止提升。
（10）利用钢卷尺及角尺量测主结构与提升单元的间距，若提升单元间隙小于设计值时，通过液压控制系统收缩水平拉锁5使间隙大于或等于设计值。
（11）当主结构钢梁上翼缘与提升单元提升到同一位置时，垂直拉锁4停止提升。
（12）安装工量测主结构与提升单元间的间隙，通过调节水平索5使高强螺栓能够自由的穿入螺栓孔。
（13）将高强螺栓全部施工完成后，焊接钢梁的上下翼缘。
（14）卸载时先拆除垂直拉锁，再拆除水平拉锁。
（15）整个提升单元提升完成。
五、操作要点
大跨度钢结构穹顶安装难点在于确保提升过程的安全以及钢梁不产生变形。为确保穹顶屋架提升单元及主楼结构提升过程的平稳、安全，根据穹顶屋架提升单元的特性，采用“双索应用、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。
5.1支撑胎架定位
根据穹顶钢梁分段位置以及圆管柱、箱型梁的牛腿投影点，进行穹顶弧形梁拼装支撑胎架定位。从圆管柱牛腿及连接管柱的箱型梁的牛腿用线坠向下投点，确定牛腿地面位置，并做好标记。
5.2吊点设置
1.采用液压同步提升大跨度穹顶结构，需要合理设置提升吊点，确保原结构的变形及应力水平在规范允许的范围内，尽量减小提升过程中实际状态与设计状态的差异，因此在每榀拱形屋架的拱脚均设置一个提升点。提升下吊点平面布置如下图所示。
提升单元吊点平面布置图
2.提升上吊点设置：利用已安装到位的钢柱及钢梁牛腿设置提升支架，提升支架顶放置液压提升器作为提升上吊点。提升支架采用型钢制作并与主体结构焊接连接，焊接采用角焊缝，焊缝高度不小于12mm。液压提升器通过提升专用钢绞线与屋面钢结构整体提升单元上的对应下吊点相连接。
提升上吊点 提升下吊点
5.3钢梁水平张拉措施
提升过程中，弧形钢梁两端处于自由状态，其自重产生的水平分力很大，为防止提升过程中钢梁向吊点外出伸长变形，保证结构的稳定性，提升过程中需在吊点位置处的钢梁底部增设水平张拉措施，防止其变形，满足设计及提升工艺的要求。钢梁底部水平拉索张拉采用液压提示器及钢绞线进行张拉，具体措施如下图所示：
钢梁张拉临时措施图
5.4提升节点设计
考虑施工方便并且传力明确，下吊点及水平拉索节点采用双L型耳板统一设置，L型耳板上部连接提升下节点吊具，L型耳板水平端连接水平张拉索的吊笼（提升器）及吊具（地錨）。
5.5姿态检测调整
1.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，使屋面网架提升单元达到水平姿态。
2.以调整后的各吊点高度为新的起始位置，复位位移传感器。在屋面网架提升单元整体提升过程中，保持该姿态直至提升到设计标高附近。
3.屋面网架提升单元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，完全可以满足屋面网架提升单元安装的精度需要。
5.6提升就位
1.屋面网架提升单元提升至设计位置后，暂停；各吊点微调使主桁架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，保持屋面网架提升单元的空中姿态，主桁架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。
2.液压提升系统设备同步卸载，至钢绞线完全松弛；进行屋面网架提升单元的后续高空安装；拆除液压提升系统设备及相关临时措施，完成屋面网架提升单元的整体提升安装。
六、结束语
全国各地兴建了许多大跨度空间结构的建筑物及构筑物，这些大跨度建筑物及构筑物大多采用造型复杂的网架结构、桁架结构及实腹式型钢结构，普通的吊装机具无法满足施工，给施工带来诸多难题，双索提升技术能解决一般施工机具无法解决的吊装变形、温差变形、平面外失稳等难题且经济效果显著，值得推广、应用。
参考文献：
[1]魏崴.大跨连体钢结构整体提升技术.2009.7
[2]张利.大跨度钢结构屋盖分块吊装施工技术.2011.5
[3]贺洪伟.大跨连体钢结构整体提升技术.2012.7
【关键词】 大跨度；钢结构；穹顶；整体提升；双索；L型耳板
一、工程概况
宁波罗蒙环球城是集休闲、旅游、购物于一体的文化都市综合体，钢结构主要包括竖向结构体系和屋面大跨度钢结构体系，其中竖向结构体系包括圆管混凝土柱和十字型劲性混凝土组合柱，屋面结构包括35.4米跨、48.4米跨、70.4米跨屋面梁及支撑体系和南北半球体结构体系。35.4米、48.4米坡屋面为金属屋面，70.4米拱形屋面为采光幕墙，球体部分为双曲结构。
二、双索液压提升特点
1.液压整体提升技术采用液压同步提升设备无需大型机械设备，节约了施工成本，而且设备准备容易，进出场方便，施工不受场地条件的制约。
2.无需搭设脚手架，减少了安全风险，降低了材料消耗。
3.通过施工的全程模拟分析，为大跨度弧形结构施工提供了科学支持。
三、工艺原理
大跨度实腹式弧形钢梁液压提升其主要原理为：提升结构在安装位置下面进行整体拼装，设置水平张拉装置和竖向提升装置。提升时随着竖向提升装置加载水平张拉装置进行加载，当竖向提升装置加载到提升单元离开地面时水平张拉装置停止加载，提升单元在恒力状态下进行提升。为保证提升单元顺利就位：当温度升高水平张拉装置加载，当温度降低时水平张拉装置卸载；当钢柱间距偏大水平张拉装置加载、当钢柱间距偏小时水平张拉装置卸载。每个弧形梁下面的水平张拉装置都能独立操作。
四、大跨度实腹式弧形钢梁液压提升具体步骤
（1）在提升穹顶单元正下方将提升单元通过拼装胎架8将提升单元拼装完成。
（2）利用销轴7将水平吊具3和水平吊笼6安装到L型耳板1上。
（3）将水平拉索5穿过拼装胎架8，连接到水平吊具3和水平吊笼6上。
（4）利用销轴7将垂直吊具2安装到主结构上。
（5）将垂直拉索4安装到垂直吊具2上。
（6）试提升时采取逐级加载的方法进行提升，按照设计荷载水平拉索5先加载5%，垂直拉索4再加载5%，每次加载总是先增加水平拉索5再增加垂直拉索4，加载值按照设计荷载的5%、10%、20%、30%、40%、60%、80%、100%逐级增加。每级加载之间至少预留10分钟的观察及检查时间。
（7）当荷载增加到100%时，将整个提升单元脱离拼装胎架8，离拼装胎架8的高度在100mm～200mm。
（8）静置时间为8～12小时，检查提升装置及提升单元确认不存在安全隐患的前提下降提升单元提升到离拼装胎架8约1000mm的位置静置，拆除拼装胎架8.
（9）将提升单元通过垂直拉锁4进行提升，当提升提升单元的钢梁上翼缘与主结构下翼缘距离50～100mm时停止提升。
（10）利用钢卷尺及角尺量测主结构与提升单元的间距，若提升单元间隙小于设计值时，通过液压控制系统收缩水平拉锁5使间隙大于或等于设计值。
（11）当主结构钢梁上翼缘与提升单元提升到同一位置时，垂直拉锁4停止提升。
（12）安装工量测主结构与提升单元间的间隙，通过调节水平索5使高强螺栓能够自由的穿入螺栓孔。
（13）将高强螺栓全部施工完成后，焊接钢梁的上下翼缘。
（14）卸载时先拆除垂直拉锁，再拆除水平拉锁。
（15）整个提升单元提升完成。
五、操作要点
大跨度钢结构穹顶安装难点在于确保提升过程的安全以及钢梁不产生变形。为确保穹顶屋架提升单元及主楼结构提升过程的平稳、安全，根据穹顶屋架提升单元的特性，采用“双索应用、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。
5.1支撑胎架定位
根据穹顶钢梁分段位置以及圆管柱、箱型梁的牛腿投影点，进行穹顶弧形梁拼装支撑胎架定位。从圆管柱牛腿及连接管柱的箱型梁的牛腿用线坠向下投点，确定牛腿地面位置，并做好标记。
5.2吊点设置
1.采用液压同步提升大跨度穹顶结构，需要合理设置提升吊点，确保原结构的变形及应力水平在规范允许的范围内，尽量减小提升过程中实际状态与设计状态的差异，因此在每榀拱形屋架的拱脚均设置一个提升点。提升下吊点平面布置如下图所示。
提升单元吊点平面布置图
2.提升上吊点设置：利用已安装到位的钢柱及钢梁牛腿设置提升支架，提升支架顶放置液压提升器作为提升上吊点。提升支架采用型钢制作并与主体结构焊接连接，焊接采用角焊缝，焊缝高度不小于12mm。液压提升器通过提升专用钢绞线与屋面钢结构整体提升单元上的对应下吊点相连接。
提升上吊点 提升下吊点
5.3钢梁水平张拉措施
提升过程中，弧形钢梁两端处于自由状态，其自重产生的水平分力很大，为防止提升过程中钢梁向吊点外出伸长变形，保证结构的稳定性，提升过程中需在吊点位置处的钢梁底部增设水平张拉措施，防止其变形，满足设计及提升工艺的要求。钢梁底部水平拉索张拉采用液压提示器及钢绞线进行张拉，具体措施如下图所示：
钢梁张拉临时措施图
5.4提升节点设计
考虑施工方便并且传力明确，下吊点及水平拉索节点采用双L型耳板统一设置，L型耳板上部连接提升下节点吊具，L型耳板水平端连接水平张拉索的吊笼（提升器）及吊具（地錨）。
5.5姿态检测调整
1.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，使屋面网架提升单元达到水平姿态。
2.以调整后的各吊点高度为新的起始位置，复位位移传感器。在屋面网架提升单元整体提升过程中，保持该姿态直至提升到设计标高附近。
3.屋面网架提升单元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，完全可以满足屋面网架提升单元安装的精度需要。
5.6提升就位
1.屋面网架提升单元提升至设计位置后，暂停；各吊点微调使主桁架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，保持屋面网架提升单元的空中姿态，主桁架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。
2.液压提升系统设备同步卸载，至钢绞线完全松弛；进行屋面网架提升单元的后续高空安装；拆除液压提升系统设备及相关临时措施，完成屋面网架提升单元的整体提升安装。
六、结束语
全国各地兴建了许多大跨度空间结构的建筑物及构筑物，这些大跨度建筑物及构筑物大多采用造型复杂的网架结构、桁架结构及实腹式型钢结构，普通的吊装机具无法满足施工，给施工带来诸多难题，双索提升技术能解决一般施工机具无法解决的吊装变形、温差变形、平面外失稳等难题且经济效果显著，值得推广、应用。
参考文献：
[1]魏崴.大跨连体钢结构整体提升技术.2009.7
[2]张利.大跨度钢结构屋盖分块吊装施工技术.2011.5
[3]贺洪伟.大跨连体钢结构整体提升技术.2012.7