论文部分内容阅读
[摘要]本文通过对高空大跨度的连体钢结构的地面安装、液压提升设备选择、整体提升步骤流程、分级加载压力、提升质量安全控制措施，详细地介绍了连体钢结构的整体提升技术。
[关键词]连体钢结构 整体提升 安全措施 拼装顺序
前言
传统的高空多层连体钢结构的施工工艺，是先搭设起止地面或空中的模板支撑架，然后利用起重设备再一个构件一个构件吊装、对位、焊接、组装、涂装最终成型，其弊端在于工程量大、空中对接困难、焊接质量难于保证、安全系数低。
现代的连体钢结构整体提升技术是在地面组装成型然后整体提升到位，这种先进技术已在国外发展了好几年，如巴黎新凯旋门、吉隆坡双子塔、名古屋体育馆等，国内从1990年以来，先后在多个工程中使用，从上海东方明珠球体餐厅整体提升开始，到温州市新国光商住广场、杭州市市民中心、绍兴世茂中心、德清行政综合服务办公大楼、广州天建花园、中国联通科研中心办公楼、天津北辰区行政许可服务中心及档案馆、成都大渡河流域调度中心大楼等，成功应用已有几十例。
本文通过温州市的这个工程实例，介绍空中多层连体钢结构的工程特点、施工工艺、液压提升设备技术、安装安全等，为其他类似工程提供借鉴。
一、工程概况
该工程位于浙江省温州市中心繁华地段的信河街南段、净光塔东面、五马街西段，地下一层局部二层、地上25-31层，裙房三层，主楼工程高117米，建筑面积133791平方米，结构形式为框架剪力墙结构，由六座高楼相连，是集商住于一体的高级商住楼。
A座与B座、E座与F座高层连体方式采用现浇钢筋砼连接，中间C座与D两座主楼的26-31层之间由钢结构连体外侧为大面积玻璃幕墙构成“凯旋门”联体结构，是本建筑群的最大特点之一，提高了整个建筑的整体形象，也是温州建筑最著名的特色之一。
该工程26～31层之间中间连体部分为钢结构，与连体结构相连部位为型钢混凝土梁柱。双塔连体钢结构为上下两层，连体钢结构重310吨，钢结构跨度为29.05m，连体高21.45M，连体宽8.89米，26-31为连体通廊、通廊离地高度为80.6M。由于上述工程环境，连体钢结构H型钢桁架钢结构采用分段进场，现场对接拼装，运用液压提升技术和计算机控制整体吊装到位安装固定。
该工程于2003年12月通过主体结构分部工程中间验收，2005年1月底通过竣工验收，2006年获得浙江省优质工程钱江杯。
二、整体提升液压提升设备选型
连体钢结构要安全整体提升，必须选用合适的提升设备。超大型构件液压同步提升施工技术具有如下特点:
1.通过提升设备自由扩展组合，提升重量、跨度、面积可以不受限制。
2.采用柔性索具承重。只要有合理的承重吊点，提升高度不受限制、提升器具具有逆向运动自锁性，使提升过程十分安全，并且构件可以在提升过程中的任意位置能长期可靠锁定。
3.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提升安装。
4.设备自动化程度高，操作方便灵活，安全性好，可靠性高，使用面广，通用性强。
（一）液压提升系统构成
液压提升系统主要由液压提升器、承重钢绞线、泵源系统、传感检测及计算机控制系统组成。
液压提升器为穿芯式结构，中间穿过18根钢绞线，两端有主动锚具，利用锲形锚片的逆向动力自锁性，卡紧钢绞线向上提升。每台液压提升器最大设计提升重量为200t。
钢绞线作柔性承重索具，采用高强度低松弛预应力钢绞线，直径为15.24毫米，抗拉强度为1860MP，破断力为26.3噸。钢绞线的安全系数为26.3*18/80=5.92.
（二）提升器参数设置
连体钢结构主要承重结构为两榀GHJ桁架两侧的四根立柱，即主要有四个支撑点。提升状况以尽量接近结构设计工作状况为原则，提升点考虑四点布置。提升地锚设置在桁架GHJ上弦两端分段处附近。
为保证连体钢结构在提升到位后有一定的自由度，以及考虑到提升系统的安全，在桁架先装柱上安装提升支架，提升支架与剪力墙筒体连接。提升器设置在提升支架上，中心线与提升地锚中心线重合。
根据连体钢结构设计图纸重量及施工临时措施重量估算，提升总重量约320吨。提升点均匀承载，提升点重量为320/4＝80吨。
共配置四台200吨液压提升器，每个提升点一台。单台提升器提升安全系数为：200/80＝2.5。综合工程施工经验及设计规范，提升器在此安全系数下工作是安全的。
（三）拼装吊装机械选用及拼装胎架
根据设计图纸，最大杆件单重约2.l吨;连体钢结构宽度8.5米，高度9米，选用QY25型25吨汽车吊一台进行单侧吊装拼装作业。
根据连体钢结构上部为长方体、主要框架为四片桁架的结构特点，为了对口、焊接操作方便，在桁架节点位置设置了拼装用胎架，胎架高度为1米。
三、连体钢结构安装过程
该工程由上海一家钢结构公司负责制作和安装，连体钢结构拼装场地设置在设计位置正下方地面。考虑此处有地下室，在拼装施工前，对地下室进行了局部加固处理。
拼装顺序结合安装顺序，总体拼装顺序为：按照外形的几何特点，将连体钢结构分为上下两部分，先拼装上半部，再拼装下半部。第一次提升高度达到6M后，停止提升，上下锚锁紧，开始29、31层构件安装；第二次提升高度达到12M后，停止提升，上下锚锁紧，开始26、28层构件安装。对于杆件的拼装，采用“从下向上，先桁架构件后桁架间杆件”的顺序，以确保拼装精度。
同时，安装提升用框架及提升用液压管道，安装完成后进行液压提升滑移设备前期准备工作：
1.液压泵站的检查与调试、泵站耐压实验、泄漏检查、可靠性检查;
2.液压提升器、牵引器主油缸的耐压和泄漏试验、液锁的可靠性试验;
3.安全锚及地锚的全面检查，各种锚座的强度试验;
4.计算机控制系统检测与试验;控制柜、启动柜及各种传感器的检查与调试。
在上述工作完成后，须检查提升支架、下吊点，预埋件的安装是否达到设计要求，土建混凝土本体是否达到设计强度。检查钢绞线、地锚的质量、位置，避免钢绞线相互缠绕。测量两座主楼之间楼面的垂直度，并提供出数据。检查相关的质保资料，在主桁架上设置提升4个观测点，并在地面上设置激光测距仪的观测点。
经过系统的、全面的检查后，都符合设计要求后，开始提升。最终提升时间用了18个小时成功完成作业。
四、整体提升控制措施
控制系统必须保证提升过程受力平衡，提升速度为匀速，因此
1、保证各个吊点均匀受力，本工程为对称结构，能保证各个吊点均匀受力。
2、保证提升结构的姿态稳定，以便结构能正确就位，要求各个提升吊点在上升或下降过程中能够保持同步。
3、根据以上要求制定控制策略为：将连体结构一侧设置的两台液压提升器并联，设定为主令吊点A，另两台液压提升器分别设定为从令吊点B、C。在计算机的控制下从令点以高差来跟踪主令点，保证吊点在提升过程中始终保持同步（同步精度为±5㎜）。通过三点确定一个平面的几何原理，保证连廊在整个提升过程中的稳定和平衡。
4、必须经项目经理发令后方能提升。
5、提升系统的速度取决于泵站的流量、锚具切换和其他辅助工作所占用的时间。在本方案中，每台液压泵站的泵机功率为35KW，供两台提升器工作，提升速度约6米/小时。
6、液压系统运行调试
液压提升系统安装完成后，进行系统检查，并进行手动控制检查传感器（行程传感器，上、下锚具缸传感器）、控制信号检查。
预加载：预加（2～3MPa）力，使钢绞处于基本相同的张紧状态。
7、分级加载预提升
（1）系统检测无误后正式提升。
（2）开始提升时，加正常提升所需压力的20％，40％，在一切都正常的情况下，可继续加载到60％，80％，90％，100％。
（3）设备离地后停止提升，对液压提升系统、剪力墙结构、连体钢结构杆件的工作情况以及预埋件、提升架、下吊点、安全锚、钢绞线等有无异常变化进行全面检查，并检查整体结构的平衡状态，在确认整体结构的稳定性及安全性绝无问题的情况下，才能继续提升。
（4）第一次提升至6M，第二次提升至12M后，每次都须上下锚紧锁，再次提升前重复第3项所述工作。
第一次提升分级加载压力
分级加载 20% 40% 60% 80% 100%
压力（Mpa） 1.3 2.5 3.8 5 6.4
提升重量（吨） 41.6 80 121.6 160 204.8
第二次提升分级加载压力
分级加载 20% 40% 60% 80% 100%
压力（Mpa） 1.6 3.2 4.8 6.4 8
提升重量（吨） 51.2 102.4 153.6 204.8 256
整体提升分级加载压力
分级加载 20% 40% 60% 80% 100%
压力（Mpa） 2 4 6 8 10
提升重量（吨） 64 128 192 256 320
五、整体提升施工安全措施
1、在一切准备工作做完之后，且经过系统的、全面的检查无误后，进行正式提升。
2、连体钢结构试提升离开胎架后，应停止提升，保持状态，全面检查剪力墙筒体、连体钢结构杆件及提升系统的工作情况，（钢绞线、提升器、安全锚、液压泵站、传感检测系统等）。以上各项都符合设计要求后允许正常提升。
3、在提升过程中，注意观测系统的荷载变化情况等，并认真记录工作。
4、在提升过程中，地面测量人员要通过激光测距仪及悬吊钢卷尺测量各吊点离地高度。
5、提升过程中密切注意提升地锚、钢绞线、提升器、安全锚、液压泵站、计算机控制系统、传感检测系统等的工作状态。
6、通讯工具专人保管，信号畅通。
7、吊装现场设置安全警戒线，阻止无关人员进入吊装区，并由工地保卫人员24小时值勤。
8、两座主楼的电源在提升期间必须保证专线且不断电，需专人看管。
9、在台风及大雨情况下禁止提升。
结语
连体钢结构整体提升技术是充分利用前期已建成的高层主体结构，在地面进行连体钢结构的组装，通过计算机控制和液压提升设备缓慢地把大质量的整体钢结构提升到位，克服了传统高空多层连体钢结构安装的所有缺点，具有大幅降低高空作业风险、焊接质量有保证、不受钢结构质量、跨度、面积、高度等的限制、安全性好，可靠性高，通用性强，工期短和造价节约的优越性，资格老水平高的大型企业才能做，小散低素质的小型企业不敢做，做了别人也不敢用的局面，安全质量可靠度得到很大提高。
连体钢结构整体提升技术适用于大体量、大重量的构件的空中安装，高层建筑间的连体结构安装，超大空间（体育场馆、会议厅、多功能厅）的整体屋架安装，大型起重机和其它吊装方法完成不了的质量大、起升高度高的大型结構吊装，吊车无法靠近的其它部位的结构安装。可以进行钢结构主体竖向提升、进而水平平移和转向等复杂安装到位等方式。是近几年在钢结构安装界兴起的一种新工艺， 其安装规范和施工工法相信不久以后就会出来，具有广泛的应用前景。
参考文献：1、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
2、《施工技术》，2009年第7期；
3.《钢结构》，2010年第4期。
作者简介：蔡永亮，男，1964年出生，高级工程师，温州浙南建设监理有限公司，325000
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
[关键词]连体钢结构 整体提升 安全措施 拼装顺序
前言
传统的高空多层连体钢结构的施工工艺，是先搭设起止地面或空中的模板支撑架，然后利用起重设备再一个构件一个构件吊装、对位、焊接、组装、涂装最终成型，其弊端在于工程量大、空中对接困难、焊接质量难于保证、安全系数低。
现代的连体钢结构整体提升技术是在地面组装成型然后整体提升到位，这种先进技术已在国外发展了好几年，如巴黎新凯旋门、吉隆坡双子塔、名古屋体育馆等，国内从1990年以来，先后在多个工程中使用，从上海东方明珠球体餐厅整体提升开始，到温州市新国光商住广场、杭州市市民中心、绍兴世茂中心、德清行政综合服务办公大楼、广州天建花园、中国联通科研中心办公楼、天津北辰区行政许可服务中心及档案馆、成都大渡河流域调度中心大楼等，成功应用已有几十例。
本文通过温州市的这个工程实例，介绍空中多层连体钢结构的工程特点、施工工艺、液压提升设备技术、安装安全等，为其他类似工程提供借鉴。
一、工程概况
该工程位于浙江省温州市中心繁华地段的信河街南段、净光塔东面、五马街西段，地下一层局部二层、地上25-31层，裙房三层，主楼工程高117米，建筑面积133791平方米，结构形式为框架剪力墙结构，由六座高楼相连，是集商住于一体的高级商住楼。
A座与B座、E座与F座高层连体方式采用现浇钢筋砼连接，中间C座与D两座主楼的26-31层之间由钢结构连体外侧为大面积玻璃幕墙构成“凯旋门”联体结构，是本建筑群的最大特点之一，提高了整个建筑的整体形象，也是温州建筑最著名的特色之一。
该工程26～31层之间中间连体部分为钢结构，与连体结构相连部位为型钢混凝土梁柱。双塔连体钢结构为上下两层，连体钢结构重310吨，钢结构跨度为29.05m，连体高21.45M，连体宽8.89米，26-31为连体通廊、通廊离地高度为80.6M。由于上述工程环境，连体钢结构H型钢桁架钢结构采用分段进场，现场对接拼装，运用液压提升技术和计算机控制整体吊装到位安装固定。
该工程于2003年12月通过主体结构分部工程中间验收，2005年1月底通过竣工验收，2006年获得浙江省优质工程钱江杯。
二、整体提升液压提升设备选型
连体钢结构要安全整体提升，必须选用合适的提升设备。超大型构件液压同步提升施工技术具有如下特点:
1.通过提升设备自由扩展组合，提升重量、跨度、面积可以不受限制。
2.采用柔性索具承重。只要有合理的承重吊点，提升高度不受限制、提升器具具有逆向运动自锁性，使提升过程十分安全，并且构件可以在提升过程中的任意位置能长期可靠锁定。
3.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提升安装。
4.设备自动化程度高，操作方便灵活，安全性好，可靠性高，使用面广，通用性强。
（一）液压提升系统构成
液压提升系统主要由液压提升器、承重钢绞线、泵源系统、传感检测及计算机控制系统组成。
液压提升器为穿芯式结构，中间穿过18根钢绞线，两端有主动锚具，利用锲形锚片的逆向动力自锁性，卡紧钢绞线向上提升。每台液压提升器最大设计提升重量为200t。
钢绞线作柔性承重索具，采用高强度低松弛预应力钢绞线，直径为15.24毫米，抗拉强度为1860MP，破断力为26.3噸。钢绞线的安全系数为26.3*18/80=5.92.
（二）提升器参数设置
连体钢结构主要承重结构为两榀GHJ桁架两侧的四根立柱，即主要有四个支撑点。提升状况以尽量接近结构设计工作状况为原则，提升点考虑四点布置。提升地锚设置在桁架GHJ上弦两端分段处附近。
为保证连体钢结构在提升到位后有一定的自由度，以及考虑到提升系统的安全，在桁架先装柱上安装提升支架，提升支架与剪力墙筒体连接。提升器设置在提升支架上，中心线与提升地锚中心线重合。
根据连体钢结构设计图纸重量及施工临时措施重量估算，提升总重量约320吨。提升点均匀承载，提升点重量为320/4＝80吨。
共配置四台200吨液压提升器，每个提升点一台。单台提升器提升安全系数为：200/80＝2.5。综合工程施工经验及设计规范，提升器在此安全系数下工作是安全的。
（三）拼装吊装机械选用及拼装胎架
根据设计图纸，最大杆件单重约2.l吨;连体钢结构宽度8.5米，高度9米，选用QY25型25吨汽车吊一台进行单侧吊装拼装作业。
根据连体钢结构上部为长方体、主要框架为四片桁架的结构特点，为了对口、焊接操作方便，在桁架节点位置设置了拼装用胎架，胎架高度为1米。
三、连体钢结构安装过程
该工程由上海一家钢结构公司负责制作和安装，连体钢结构拼装场地设置在设计位置正下方地面。考虑此处有地下室，在拼装施工前，对地下室进行了局部加固处理。
拼装顺序结合安装顺序，总体拼装顺序为：按照外形的几何特点，将连体钢结构分为上下两部分，先拼装上半部，再拼装下半部。第一次提升高度达到6M后，停止提升，上下锚锁紧，开始29、31层构件安装；第二次提升高度达到12M后，停止提升，上下锚锁紧，开始26、28层构件安装。对于杆件的拼装，采用“从下向上，先桁架构件后桁架间杆件”的顺序，以确保拼装精度。
同时，安装提升用框架及提升用液压管道，安装完成后进行液压提升滑移设备前期准备工作：
1.液压泵站的检查与调试、泵站耐压实验、泄漏检查、可靠性检查;
2.液压提升器、牵引器主油缸的耐压和泄漏试验、液锁的可靠性试验;
3.安全锚及地锚的全面检查，各种锚座的强度试验;
4.计算机控制系统检测与试验;控制柜、启动柜及各种传感器的检查与调试。
在上述工作完成后，须检查提升支架、下吊点，预埋件的安装是否达到设计要求，土建混凝土本体是否达到设计强度。检查钢绞线、地锚的质量、位置，避免钢绞线相互缠绕。测量两座主楼之间楼面的垂直度，并提供出数据。检查相关的质保资料，在主桁架上设置提升4个观测点，并在地面上设置激光测距仪的观测点。
经过系统的、全面的检查后，都符合设计要求后，开始提升。最终提升时间用了18个小时成功完成作业。
四、整体提升控制措施
控制系统必须保证提升过程受力平衡，提升速度为匀速，因此
1、保证各个吊点均匀受力，本工程为对称结构，能保证各个吊点均匀受力。
2、保证提升结构的姿态稳定，以便结构能正确就位，要求各个提升吊点在上升或下降过程中能够保持同步。
3、根据以上要求制定控制策略为：将连体结构一侧设置的两台液压提升器并联，设定为主令吊点A，另两台液压提升器分别设定为从令吊点B、C。在计算机的控制下从令点以高差来跟踪主令点，保证吊点在提升过程中始终保持同步（同步精度为±5㎜）。通过三点确定一个平面的几何原理，保证连廊在整个提升过程中的稳定和平衡。
4、必须经项目经理发令后方能提升。
5、提升系统的速度取决于泵站的流量、锚具切换和其他辅助工作所占用的时间。在本方案中，每台液压泵站的泵机功率为35KW，供两台提升器工作，提升速度约6米/小时。
6、液压系统运行调试
液压提升系统安装完成后，进行系统检查，并进行手动控制检查传感器（行程传感器，上、下锚具缸传感器）、控制信号检查。
预加载：预加（2～3MPa）力，使钢绞处于基本相同的张紧状态。
7、分级加载预提升
（1）系统检测无误后正式提升。
（2）开始提升时，加正常提升所需压力的20％，40％，在一切都正常的情况下，可继续加载到60％，80％，90％，100％。
（3）设备离地后停止提升，对液压提升系统、剪力墙结构、连体钢结构杆件的工作情况以及预埋件、提升架、下吊点、安全锚、钢绞线等有无异常变化进行全面检查，并检查整体结构的平衡状态，在确认整体结构的稳定性及安全性绝无问题的情况下，才能继续提升。
（4）第一次提升至6M，第二次提升至12M后，每次都须上下锚紧锁，再次提升前重复第3项所述工作。
第一次提升分级加载压力
分级加载 20% 40% 60% 80% 100%
压力（Mpa） 1.3 2.5 3.8 5 6.4
提升重量（吨） 41.6 80 121.6 160 204.8
第二次提升分级加载压力
分级加载 20% 40% 60% 80% 100%
压力（Mpa） 1.6 3.2 4.8 6.4 8
提升重量（吨） 51.2 102.4 153.6 204.8 256
整体提升分级加载压力
分级加载 20% 40% 60% 80% 100%
压力（Mpa） 2 4 6 8 10
提升重量（吨） 64 128 192 256 320
五、整体提升施工安全措施
1、在一切准备工作做完之后，且经过系统的、全面的检查无误后，进行正式提升。
2、连体钢结构试提升离开胎架后，应停止提升，保持状态，全面检查剪力墙筒体、连体钢结构杆件及提升系统的工作情况，（钢绞线、提升器、安全锚、液压泵站、传感检测系统等）。以上各项都符合设计要求后允许正常提升。
3、在提升过程中，注意观测系统的荷载变化情况等，并认真记录工作。
4、在提升过程中，地面测量人员要通过激光测距仪及悬吊钢卷尺测量各吊点离地高度。
5、提升过程中密切注意提升地锚、钢绞线、提升器、安全锚、液压泵站、计算机控制系统、传感检测系统等的工作状态。
6、通讯工具专人保管，信号畅通。
7、吊装现场设置安全警戒线，阻止无关人员进入吊装区，并由工地保卫人员24小时值勤。
8、两座主楼的电源在提升期间必须保证专线且不断电，需专人看管。
9、在台风及大雨情况下禁止提升。
结语
连体钢结构整体提升技术是充分利用前期已建成的高层主体结构，在地面进行连体钢结构的组装，通过计算机控制和液压提升设备缓慢地把大质量的整体钢结构提升到位，克服了传统高空多层连体钢结构安装的所有缺点，具有大幅降低高空作业风险、焊接质量有保证、不受钢结构质量、跨度、面积、高度等的限制、安全性好，可靠性高，通用性强，工期短和造价节约的优越性，资格老水平高的大型企业才能做，小散低素质的小型企业不敢做，做了别人也不敢用的局面，安全质量可靠度得到很大提高。
连体钢结构整体提升技术适用于大体量、大重量的构件的空中安装，高层建筑间的连体结构安装，超大空间（体育场馆、会议厅、多功能厅）的整体屋架安装，大型起重机和其它吊装方法完成不了的质量大、起升高度高的大型结構吊装，吊车无法靠近的其它部位的结构安装。可以进行钢结构主体竖向提升、进而水平平移和转向等复杂安装到位等方式。是近几年在钢结构安装界兴起的一种新工艺， 其安装规范和施工工法相信不久以后就会出来，具有广泛的应用前景。
参考文献：1、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
2、《施工技术》，2009年第7期；
3.《钢结构》，2010年第4期。
作者简介：蔡永亮，男，1964年出生，高级工程师，温州浙南建设监理有限公司，325000
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。