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摘要：对一个大跨度空间钢结构而言，往往有多种可供选择的施工方法，每一种施工方法都有其自身的特点和不同的适用范围，施工方法选择的合理与否将直接影响到工程质量、施工进度、施工成本等技术经济指标。本专题结合工程实例，详细介绍大跨度空间钢结构液压整体同步提升施工技术。
关键词：大跨度、空间钢结构、液压、整体、同步、提升
ABSTRACT: For a long-span space steel structure, it often has a wide selection of construction method, every kind of construction method has its own characteristics and difference, the applicable scope of the construction method choose reasonable or not will directly affect the engineering quality and construction schedule, construction cost, etc technical and economic index. This project combined with engineering example, a detailed introduction long-span space steel structure of the whole hydraulic synchronizing lifting construction technology.
KEYWORDS: long-span； space steel structure； hydraulic；whole；synchronization；ascension
中图分类号： TU74 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1.前言
随着经济、文化建设需求的扩大以及人们对建筑欣赏品味的提高，大跨度空间钢结构由于其形式多样化、造型美观，经济性好等特点越来越受到设计师们的青睐，目前大跨度空间结构主要被应用到机场建筑、会展中心、体育场馆、展览馆等大型公共建筑的屋盖结构中。大跨度空间钢结构施工的新特点，给大跨度空间钢结构施工带来了机遇和挑战，促进了施工技术的革新。本文结合鄂尔多斯市伊金霍洛旗高级中学体育馆的工程实例（见图1）,详细介绍了大跨度钢结构地面整体组装利用液压整体提升的一种施工技术。
图1 鄂尔多斯市伊金霍洛旗高级中学体育馆模型
鄂尔多斯市伊金霍洛旗高级中学体育馆，本工程于2010年9月1日开工，2012年5月16日开始现场安装，2012年7月31日完工。工程结构形式为管桁架，现场焊接量大，为减少高空焊接焊缝数量，保证焊缝质量，推进施工进度，我公司决定采用地面拼装焊接，液压整体提升的施工技术。此技术在本工程中充分体出现安全、可靠、经济等特点，取得了良好的效果。
2. 液压整体提升法简介
“大跨度钢结构地面整体组装液压提升”是针对重量较大钢结构的整体吊装,采用地面整体组装,通过“液压同步提升技术”采用穿芯式结构液压提升器作为提升机具，以柔性钢绞线作为提升承重索具，对结构进行整体同步提升。该施工技术的主要特点是：
1、通过提升设备扩展组合，提升重量、跨度、面积不受限制；
2、采用柔性索具承重。如有合理的承重吊点，提升高度不受限制；
3、提升器锚具具有逆向运动自锁性，使提升过程十分安全，并且构件可在提升过程中的任意位置长期可靠锁定；
4、设备体积小、自重輕、承载能力大，适宜于在狭小空间或室内进行大吨位构件提升；
5、设备自动化程度高，操作方便灵活，安全性好，可靠性高，适用面广，通用性强；能够自行连续（不间断）工作。
6、对完成各大跨度超重钢结构的安装具有施工简捷、方便、工期短,工程质量容证,不需要大型机械设备和钢脚手工具,降低施工费用等特点。
3. 施工工艺流程及操作要点
3.1施工工艺流程
3.2操作要点
3.2.1结合工程实际和现有的施工能力编制切实可行的施工方案措施及有关的准备工作。
3.2.2对吊装结构进行验算,对需加固的结构采取合理的加固措施.
3.2.3根据方案设计，搭设合理的提升平台。
3.2.4安装吊装锁具提升设备及锚具控制体系。
3.3结构组装与提升安装过程应注意事项
3.3.1校核结构主体施工尺寸偏差,合理安排地面组装结构的实际尺寸及组装顺序。
3.3.2每根提升绳锁上部的两个锚具(上吊点)结构件是工厂预制,现场组装和结构上固定绳锁的锚具(下吊点)必须处于同一垂直线上。
3.3.3结构整体提升过程中,要有专人随时检查同步性并及时与吊装指挥人员沟通,对不同步予以调整。
3.3.4结构提升过程中所经过的空间不能有任何障碍物,对所有障碍物在提升前予以清除或在主体结构施工中合理安排。
3.3.5结构提升就位后至结构安装焊接检验合格前起重设备不得运行及拆除。
3.4整体提升
将结构在地面进行整体拼装、焊接，对现场焊缝进行探伤检验，保证焊缝全部合格后，搭设吊装平台，安装吊装锁具及提升设备锚具控制体系，一切准备就绪即可对结构进行整体吊装。
3.5 提升吊点选择
采用液压同步提升技术整体吊装大跨度连体钢结构，必须事先选择好合适的提升吊点。吊点的选择应首先充分考虑到被提升结构的受力体系特点，以尽量不改变结构受力体系为原则，使得提升吊装过程中，结构的应力比以及变形情况均控制在可以接受的范围内。结构提升吊点的平面布置如下图4所示。
图4 提升吊点平面布置图
3.6 提升上吊点的设置
采用液压同步提升设备吊装大跨度连体钢结构，需要设置合理的提升上吊点。提升上吊点即提升支架，一般情况设在结构柱上，在柱顶设置支架，在支架上设置液压提升器。液压提升器通过提升专用钢绞线与结构整体提升单元上的对应下吊点相连接。
3.7 提升下吊点的设置
结构提升单元在整体提升过程中主要承受自重产生的垂直荷载。提升吊点的设置以尽量不改变结构原有受力体系为原则，在结构上选择合理的提升吊点，下吊点一般应设在结构节点处，采用焊接吊耳的型式。
3.8 提升上、下吊点的合理选择
通过受力分析，在结构上选择合理的提升吊点，提升上吊点与下吊点应在同一铅垂线上，避免结构整体提升出现水平位移，导致结构晃动。提升平台计算应通过结构自重产生的竖向力进行受力分析，一般情况下提升支架应设置斜撑拉杆以保证平台的强度和稳定性，斜撑拉杆要与主体结构通过后置埋件固定。提升上吊点、下吊点设置见图7。
图7 提升上、下吊点示意图
3.9 提升过程中的稳定性控制
采用液压提升整体同步提升结构单元，与用卷扬机或吊机吊装不同，可通过调节系统压力和流量，严格控制起动的加速度和制动加速度，使其接近于零以至于可以忽略不计，保证提升过程中结构的稳定性。
3.10临时结构设计的稳定性控制
3.10.1与结构整体提升有关的临时结构设计，包括加固措施，均应充分考虑各种不利因素的影响，保证整体提升过程的稳定性和绝对安全。
3.10.2临时结构设计除应考虑荷载分布不均匀性、提升不同步性、施工荷载、风荷载、动荷载等因素的影响，在计算模型的建立过程以及荷载分项系数选取时充分考虑以上因素，还应该对相关永久结构的加固以及临时结构与永久结构的连接要求有充分的认识。这样才能够保证提升过程中不出现结构安全隐患。
3.11主结构变形的控制
考虑到整体提升结构单元较大，结构的变形控制尤为重要。在提升单元安装就位后，焊接必须严禁大范围、大电流焊接，防止局部受热变软，导致结构下挠严重，结构空间尺寸发生突变。因此在结构单元整体提升安装施工前，应尽可能把所有可能想到的挂件、吊点考虑到位，提前在地面焊接安装。
3.12结构的稳定性控制
通过对整体提升的结构单元进行分析，对提升安装过程中的结构变形、应力状态进行预先调整控制；结构在地面拼装时，通过加设临时加固构件、板件，临时改变提升单元结构体系，达到控制局部变形和改善局部应力状态的目的，保证结构整体提升过程的稳定性。
3.13液压提升力的控制
3.13.1先通过分析计算得到的结构单元整体同步提升工况各吊点提升反力数值，再进行不同步最不利工况分析得出安全范围内的最大吊点反力。在液压同步提升系统中，依据计算数据对每台液压提升器的最大提升力进行相应设定。
3.13.2当遇到某吊点实际提升力有超出设定值趋势时，液压提升系统自动采取溢流卸载，使得该吊点提升反力控制在设定值之内，以防止出现各吊点提升反力分布严重不均，造成对永久结构及临时设施的破坏。
3.13.3空中停留的水平限位
液压提升器在设计中独有的机械和液压自锁装置，保证了结构单元在整体提升过程中能够长时间的在空中停留。
4. 材料与设备
液压提升系统主要由液压提升器、液压泵源系统、计算机同步控制及传感检测系统组成。
4.1 液压提升器的配置
4.1.1拟选择YS-SJ-75型液压提升器作为主要提升承重设备。
4.1.2每台YS-SJ-75型液压提升器标准配置5根钢绞线，额定提升能力为75t。钢绞线作为柔性承重索具，采用高强度低松弛预应力钢绞线，抗拉强度为1860MPa，单根直径为17.80mm，破断拉力不小于36t。
4.1.3结构提升单元共设置多个吊点，每个吊点设置1台液压提升器。单个吊点的最大提升反力标准值不宜超过65t。每台YS-SJ-75型液压提升器穿5根钢绞线。单根钢绞线的最小安全系數不应小于 3.0。提升地锚及吊具采用配合设计和试验的规格。
4.1.4根据相关设计规范和以往工程经验，液压提升器工作中采用如上荷载系数是安全的。
4.2液压泵源系统
4.2.1液压泵源系统为液压提升器提供液压动力，在各种液压阀的控制下完成相应动作。
4.2.2在不同的工程使用中，由于吊点的布置和液压提升器的配置都不尽相同，为了提高液压提升设备的通用性和可靠性，泵源液压系统的设计采用了模块化结构。根据提升重物吊点的布置以及液压提升器数量和液压泵源流量，可进行多个模块的组合，每一套模块以一套液压泵源系统为核心，可独立控制一组液压提升器，同时可用比例阀块箱进行多吊点扩展，以满足各种类型提升工程的实际需要。
4.2.3依据提升吊点及液压提升器设置的数量，合理配置YS-PP-30型液压泵源系统，分别放置在两侧主楼提升平台标高处的楼层上。
4.3电气同步控制系统
4.3.1电气同步控制系统由动力控制系统、功率驱动系统、传感检测系统和计算机控制系统等组成。
4.3.2电气控制系统主要完成以下控制功能：
1、集群提升器作业时的动作协调控制。各点之间的同步控制是通过调节液压系统的流量来控制提升器的运行速度，保持被提升结构单元的各点同步运行，以保持其空中姿态。
2、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。
3、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。
4.4主要液压系统设备配置
4.5液压泵源系统
液压泵源系统为液压提升器提供动力，并通过就地控制器对单台或多台液压提升器进行控制和调整，执行液压同步提升计算机控制系统的指令并反馈数据。
5. 结语
液压整体提升适用于大型钢结构的吊装安装，解决了由于吊装场地所限，大型吊装设备无法靠近，吊装半径不能满足的情况以及结构重量较重，高度较高，大型起重设备无法满足吊装要求的情况。同时减少高空焊接量，将结构在地面整体拼装焊接完毕后进行整体吊装。避免了由于大型吊装设备耗资较高，对经济效益不利的情况。液压提升法在准备工作充分、操作过程规范的前提下，是工效最高、最省力和最安全的施工技术。因此，它具有很好的推广应用价值。
关键词：大跨度、空间钢结构、液压、整体、同步、提升
ABSTRACT: For a long-span space steel structure, it often has a wide selection of construction method, every kind of construction method has its own characteristics and difference, the applicable scope of the construction method choose reasonable or not will directly affect the engineering quality and construction schedule, construction cost, etc technical and economic index. This project combined with engineering example, a detailed introduction long-span space steel structure of the whole hydraulic synchronizing lifting construction technology.
KEYWORDS: long-span； space steel structure； hydraulic；whole；synchronization；ascension
中图分类号： TU74 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1.前言
随着经济、文化建设需求的扩大以及人们对建筑欣赏品味的提高，大跨度空间钢结构由于其形式多样化、造型美观，经济性好等特点越来越受到设计师们的青睐，目前大跨度空间结构主要被应用到机场建筑、会展中心、体育场馆、展览馆等大型公共建筑的屋盖结构中。大跨度空间钢结构施工的新特点，给大跨度空间钢结构施工带来了机遇和挑战，促进了施工技术的革新。本文结合鄂尔多斯市伊金霍洛旗高级中学体育馆的工程实例（见图1）,详细介绍了大跨度钢结构地面整体组装利用液压整体提升的一种施工技术。
图1 鄂尔多斯市伊金霍洛旗高级中学体育馆模型
鄂尔多斯市伊金霍洛旗高级中学体育馆，本工程于2010年9月1日开工，2012年5月16日开始现场安装，2012年7月31日完工。工程结构形式为管桁架，现场焊接量大，为减少高空焊接焊缝数量，保证焊缝质量，推进施工进度，我公司决定采用地面拼装焊接，液压整体提升的施工技术。此技术在本工程中充分体出现安全、可靠、经济等特点，取得了良好的效果。
2. 液压整体提升法简介
“大跨度钢结构地面整体组装液压提升”是针对重量较大钢结构的整体吊装,采用地面整体组装,通过“液压同步提升技术”采用穿芯式结构液压提升器作为提升机具，以柔性钢绞线作为提升承重索具，对结构进行整体同步提升。该施工技术的主要特点是：
1、通过提升设备扩展组合，提升重量、跨度、面积不受限制；
2、采用柔性索具承重。如有合理的承重吊点，提升高度不受限制；
3、提升器锚具具有逆向运动自锁性，使提升过程十分安全，并且构件可在提升过程中的任意位置长期可靠锁定；
4、设备体积小、自重輕、承载能力大，适宜于在狭小空间或室内进行大吨位构件提升；
5、设备自动化程度高，操作方便灵活，安全性好，可靠性高，适用面广，通用性强；能够自行连续（不间断）工作。
6、对完成各大跨度超重钢结构的安装具有施工简捷、方便、工期短,工程质量容证,不需要大型机械设备和钢脚手工具,降低施工费用等特点。
3. 施工工艺流程及操作要点
3.1施工工艺流程
3.2操作要点
3.2.1结合工程实际和现有的施工能力编制切实可行的施工方案措施及有关的准备工作。
3.2.2对吊装结构进行验算,对需加固的结构采取合理的加固措施.
3.2.3根据方案设计，搭设合理的提升平台。
3.2.4安装吊装锁具提升设备及锚具控制体系。
3.3结构组装与提升安装过程应注意事项
3.3.1校核结构主体施工尺寸偏差,合理安排地面组装结构的实际尺寸及组装顺序。
3.3.2每根提升绳锁上部的两个锚具(上吊点)结构件是工厂预制,现场组装和结构上固定绳锁的锚具(下吊点)必须处于同一垂直线上。
3.3.3结构整体提升过程中,要有专人随时检查同步性并及时与吊装指挥人员沟通,对不同步予以调整。
3.3.4结构提升过程中所经过的空间不能有任何障碍物,对所有障碍物在提升前予以清除或在主体结构施工中合理安排。
3.3.5结构提升就位后至结构安装焊接检验合格前起重设备不得运行及拆除。
3.4整体提升
将结构在地面进行整体拼装、焊接，对现场焊缝进行探伤检验，保证焊缝全部合格后，搭设吊装平台，安装吊装锁具及提升设备锚具控制体系，一切准备就绪即可对结构进行整体吊装。
3.5 提升吊点选择
采用液压同步提升技术整体吊装大跨度连体钢结构，必须事先选择好合适的提升吊点。吊点的选择应首先充分考虑到被提升结构的受力体系特点，以尽量不改变结构受力体系为原则，使得提升吊装过程中，结构的应力比以及变形情况均控制在可以接受的范围内。结构提升吊点的平面布置如下图4所示。
图4 提升吊点平面布置图
3.6 提升上吊点的设置
采用液压同步提升设备吊装大跨度连体钢结构，需要设置合理的提升上吊点。提升上吊点即提升支架，一般情况设在结构柱上，在柱顶设置支架，在支架上设置液压提升器。液压提升器通过提升专用钢绞线与结构整体提升单元上的对应下吊点相连接。
3.7 提升下吊点的设置
结构提升单元在整体提升过程中主要承受自重产生的垂直荷载。提升吊点的设置以尽量不改变结构原有受力体系为原则，在结构上选择合理的提升吊点，下吊点一般应设在结构节点处，采用焊接吊耳的型式。
3.8 提升上、下吊点的合理选择
通过受力分析，在结构上选择合理的提升吊点，提升上吊点与下吊点应在同一铅垂线上，避免结构整体提升出现水平位移，导致结构晃动。提升平台计算应通过结构自重产生的竖向力进行受力分析，一般情况下提升支架应设置斜撑拉杆以保证平台的强度和稳定性，斜撑拉杆要与主体结构通过后置埋件固定。提升上吊点、下吊点设置见图7。
图7 提升上、下吊点示意图
3.9 提升过程中的稳定性控制
采用液压提升整体同步提升结构单元，与用卷扬机或吊机吊装不同，可通过调节系统压力和流量，严格控制起动的加速度和制动加速度，使其接近于零以至于可以忽略不计，保证提升过程中结构的稳定性。
3.10临时结构设计的稳定性控制
3.10.1与结构整体提升有关的临时结构设计，包括加固措施，均应充分考虑各种不利因素的影响，保证整体提升过程的稳定性和绝对安全。
3.10.2临时结构设计除应考虑荷载分布不均匀性、提升不同步性、施工荷载、风荷载、动荷载等因素的影响，在计算模型的建立过程以及荷载分项系数选取时充分考虑以上因素，还应该对相关永久结构的加固以及临时结构与永久结构的连接要求有充分的认识。这样才能够保证提升过程中不出现结构安全隐患。
3.11主结构变形的控制
考虑到整体提升结构单元较大，结构的变形控制尤为重要。在提升单元安装就位后，焊接必须严禁大范围、大电流焊接，防止局部受热变软，导致结构下挠严重，结构空间尺寸发生突变。因此在结构单元整体提升安装施工前，应尽可能把所有可能想到的挂件、吊点考虑到位，提前在地面焊接安装。
3.12结构的稳定性控制
通过对整体提升的结构单元进行分析，对提升安装过程中的结构变形、应力状态进行预先调整控制；结构在地面拼装时，通过加设临时加固构件、板件，临时改变提升单元结构体系，达到控制局部变形和改善局部应力状态的目的，保证结构整体提升过程的稳定性。
3.13液压提升力的控制
3.13.1先通过分析计算得到的结构单元整体同步提升工况各吊点提升反力数值，再进行不同步最不利工况分析得出安全范围内的最大吊点反力。在液压同步提升系统中，依据计算数据对每台液压提升器的最大提升力进行相应设定。
3.13.2当遇到某吊点实际提升力有超出设定值趋势时，液压提升系统自动采取溢流卸载，使得该吊点提升反力控制在设定值之内，以防止出现各吊点提升反力分布严重不均，造成对永久结构及临时设施的破坏。
3.13.3空中停留的水平限位
液压提升器在设计中独有的机械和液压自锁装置，保证了结构单元在整体提升过程中能够长时间的在空中停留。
4. 材料与设备
液压提升系统主要由液压提升器、液压泵源系统、计算机同步控制及传感检测系统组成。
4.1 液压提升器的配置
4.1.1拟选择YS-SJ-75型液压提升器作为主要提升承重设备。
4.1.2每台YS-SJ-75型液压提升器标准配置5根钢绞线，额定提升能力为75t。钢绞线作为柔性承重索具，采用高强度低松弛预应力钢绞线，抗拉强度为1860MPa，单根直径为17.80mm，破断拉力不小于36t。
4.1.3结构提升单元共设置多个吊点，每个吊点设置1台液压提升器。单个吊点的最大提升反力标准值不宜超过65t。每台YS-SJ-75型液压提升器穿5根钢绞线。单根钢绞线的最小安全系數不应小于 3.0。提升地锚及吊具采用配合设计和试验的规格。
4.1.4根据相关设计规范和以往工程经验，液压提升器工作中采用如上荷载系数是安全的。
4.2液压泵源系统
4.2.1液压泵源系统为液压提升器提供液压动力，在各种液压阀的控制下完成相应动作。
4.2.2在不同的工程使用中，由于吊点的布置和液压提升器的配置都不尽相同，为了提高液压提升设备的通用性和可靠性，泵源液压系统的设计采用了模块化结构。根据提升重物吊点的布置以及液压提升器数量和液压泵源流量，可进行多个模块的组合，每一套模块以一套液压泵源系统为核心，可独立控制一组液压提升器，同时可用比例阀块箱进行多吊点扩展，以满足各种类型提升工程的实际需要。
4.2.3依据提升吊点及液压提升器设置的数量，合理配置YS-PP-30型液压泵源系统，分别放置在两侧主楼提升平台标高处的楼层上。
4.3电气同步控制系统
4.3.1电气同步控制系统由动力控制系统、功率驱动系统、传感检测系统和计算机控制系统等组成。
4.3.2电气控制系统主要完成以下控制功能：
1、集群提升器作业时的动作协调控制。各点之间的同步控制是通过调节液压系统的流量来控制提升器的运行速度，保持被提升结构单元的各点同步运行，以保持其空中姿态。
2、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。
3、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。
4.4主要液压系统设备配置
4.5液压泵源系统
液压泵源系统为液压提升器提供动力，并通过就地控制器对单台或多台液压提升器进行控制和调整，执行液压同步提升计算机控制系统的指令并反馈数据。
5. 结语
液压整体提升适用于大型钢结构的吊装安装，解决了由于吊装场地所限，大型吊装设备无法靠近，吊装半径不能满足的情况以及结构重量较重，高度较高，大型起重设备无法满足吊装要求的情况。同时减少高空焊接量，将结构在地面整体拼装焊接完毕后进行整体吊装。避免了由于大型吊装设备耗资较高，对经济效益不利的情况。液压提升法在准备工作充分、操作过程规范的前提下，是工效最高、最省力和最安全的施工技术。因此，它具有很好的推广应用价值。