某大跨度钢连廊液压同步提升施工技术*

王 晨,刘 驰,葛文杰

(1.江苏华建地产集团有限公司,江苏 扬州 225000; 2.扬州大学建筑科学与工程学院,江苏 扬州 225127)

0 引言

钢连廊作为连接不同建筑间的通道,由于自重小、造价低等优势,在大型办公大楼、大型商场等建筑中广泛应用。但钢连廊结构一般具有施工复杂、跨度大且常规设备无法整体吊装的特点。因此,液压同步提升技术通常被采用以解决大跨度钢连廊整体吊装问题[1]。张明亮等[2]采用液压提升施工方案以解决大跨度钢结构屋盖施工中常见结构不均匀、吊点多等难题。沙峰峰等[3]采取液压同步提升等技术,解决了苏州阳澄湖景区配套酒店项目钢连廊施工技术难题。潘桂林等[4]采用液压同步提升技术以解决温州瓯江北口大桥钢桁梁节段长、吊重大问题。李瑞川等[5]介绍了液压同步提升系统的研究意义,并对闭环控制下液压同步系统发展趋势提出预测。马张永等[6]采用分块液压同步提升等技术实现了大悬挑曲面空间网格结构的提升。孙力[7]对液压同步提升技术原理进行深入分析,并探究了该技术在大型起重机吊装中的实际应用。

本文以扬州建工科技园A2-A3钢连廊项目为例,在钢连廊施工过程中,对超大型构件液压同步提升施工技术进行了探究和分析,旨在解决部分钢连廊常规起重设备无法完成整体吊装的问题。

1 工程概况

建工科技园科技产业区项目位于扬州市广陵区文昌东路北侧,临湾路东侧,迎宾路南侧,总建筑面积约249 168.99m2,其中地上148 804.11m2,地下2层、建筑面积为100 364.88m2,容积率为3.07,建筑密度45.00%,绿地率15.10%。本工程主要包括A1,A2,A3,A4 4栋主楼,1栋综合商业楼。其中A1楼17层,规划高度84m;A2,A3楼23层,规划高度114m;A4楼15层,规划高度69.9m;综合商业楼5层,规划高度24m。设计使用年限为50年,建筑结构及各类商业部分结构构件安全等级和重要性系数分别为一级和1.1。其余部分均为二级,重要性系数为1.0。各单体耐火设计级别为一级。

GZ137地块(建工科技园)A2-A3钢连廊(见图1,2),位于A2,A3楼间,跨度43.7m,自重约400t,连廊上弦混凝土结构标高99.300m(屋面层),下弦混凝土结构标高90.450m(22层),其中22层层高4.5m,23层层高4.35m,连廊主梁轴线宽度8.4m,两侧各外挑1.25m。

图1 钢连廊整体模型

图2 钢连廊竣工效果

由于钢连廊跨度大、自重大、施工复杂且采用常规设备无法完成整体吊装,经多方论证,确定钢连廊部分施工思路为:场外加工,场内拼装,主连廊部分整体安装,一次成活;次结构部分散吊散拼。即主连廊上弦柱头分成2段,在场外加工制作完毕后,运至现场,在两塔楼间23层高位置先行安装。剩余上弦及下弦部分,将主梁、次梁、腹杆、加劲板、压型钢板施工完毕后,运用计算机控制液压同步安装技术,采用4组液压千斤顶整体安装。次结构及围护结构安装需塔式起重机配合施工。

2 液压同步提升数值模拟

为保证钢连廊施工过程安全性,利用SAP2000结构分析软件对提升结构及支架进行建模分析,根据结构竖向位移及杆件应力比等,验算各构件施工过程稳定性。

2.1 被提升结构验算

2.1.1原结构提升验算

由图3a可知,正式提升过程桁架结构竖向最大变形为97.5mm>L/400,不满足提升要求;由图3b可知,正式提升过程中,结构有18根杆件应力比为0.83,不满足提升要求。

图3 原结构验算结果

2.1.2加固后结构验算

图4a中蓝色杆件截面为原结构设计杆件,红色、绿色杆件为临时加固杆件,材质均为Q355s,其中红色杆件截面为H650×650×30×30,绿色杆件截面为H400×400×13×21。

图4 加固后结构验算结果

由图4b可知,正式提升过程中桁架结构竖向最大变形25.03mm

2.2 支撑结构体系验算

2.2.1支撑结构验算

由图5a可知,正式提升过程中支撑结构体系竖向最大变形11.96mm

图5 支撑结构验算结果

2.2.2加固后支撑结构验算

由图6a可知,正式提升过程中支撑结构体系竖向最大变形为10.07mm

图6 加固后支撑结构验算结果

3 液压同步提升系统

3.1 主要设备

液压同步提升系统主要设备包括TJJ-2000型液压提升器、TJV-60型液压泵源系统、YT-1型计算机同步控制系统。

3.2 主要技术

3.2.1液压同步提升技术

液压同步提升技术采用液压提升器进行提升,并通过柔性钢绞线实现承重,在液压提升器两端采用楔形锚具锁紧,保证提升过程的安全可靠。液压提升器行程长度为250mm,重物通过液压提升器周期重复运动实现整体提升(见图7,图中L为1个行程,为250mm)。相比其他提升设备,液压同步提升系统具有自重小、安装方便等优点,并且适用于一些常规起重设备无法完成的高空安装任务。

图7 液压同步提升过程示意

3.2.2计算机同步控制技术

液压同步提升技术检测设备为行程和位移传感器,并结合计算机控制系统进行自动化操作。该技术为实现同步动作、应力控制、姿态矫正等多种功能,采用数据反馈和控制指令传递方式。液压同步控制系统在中央控制室内,可供操作人员观察提升过程和发布控制指令(见图8)。该技术具有高度智能化和自动化程度,能大大提高钢连廊提升过程安全性及工作效率。液压同步提升原理如图9所示。

图8 液压同步提升控制系统人机界面

图9 液压同步提升原理

4 钢结构液压提升施工

4.1 液压提升设备安装

1)液压提升器与梁钢绞线孔中心对齐,并根据液压锁方位调整位置。

2)提升地锚与地锚吊具钢绞线孔中心对齐,底部采用压板进行固定,当固定提升地锚时,为使提升地锚可自由转动,需使提升地锚与下吊具间有一定间距。

3)须于液压提升器旁安装导向架,并且导出方向需方便安装传感器等,同时不影响钢绞线下坠。导向架最上方横杆需与天锚高度相差1.5～2m(总高度约3.5m),距离液压提升器位置需偏移0.4m左右,以确保钢绞线可沿导向架导出及导向架移动。

4.2 提升过程控制要点

为保障钢结构在提升过程中的安全性,采用吊点油压均衡、结构姿态调整、位移同步控制、分级卸载就位策略,采用特定算法以实现对钢连廊提升姿态和荷载控制。钢连廊提升过程中,为确保钢连廊吊装安全性,需保证泵站同一电机的各吊点受力均匀、钢连廊在提升过程中保持稳定、各吊点尽可能保持同步。

4.2.1提升前准备及检查

提升结构前,须对提升系统及提升设备进行检查和调试,以确保提升过程的安全性和顺畅性。

1)提升器 在下锚固定情况下,需松开上锚,启动泵站,调节压力。然后检查提升器主油缸油管是否正确连接,并检查截止阀是否正常。还要调试变频器,确保在电流变化时,能调节对应提升器伸缩缸速度。

2)导向架 需检查其与提升器安装是否正确,同时确保钢绞线能顺畅导出。

3)钢绞线 提升前必须认真检查钢绞线,确保钢绞线无松股、弯折等问题,并且外表无电焊疤等影响承重缺陷。

4)地锚 需检查吊具安装是否正确,同时确保锚片能锁紧钢绞线。

5)管线及阀块 由于运输过程中的振动和摩擦等原因,个别阀块或硬管接头可能会出现松动现象,因此需进行逐一检查,并拧紧。同时检查溢流阀调压弹簧是否处于完全放松状态,并检查各设备电缆线、控制线和油管连接是否正确。检查手动操作同步控制系统主控制器中按钮及各电磁阀和截止阀是否正常。检查截止阀与提升器编号是否逐一对应。

6)临时设施 检查上、下吊点安装情况,同时还要检查提升构件加固情况。

4.2.2预提升

在预提升过程中,需观察和监测钢连廊、提升设施和设备系统,以保证与模拟工况计算和设计条件相统一,以保证钢连廊在提升过程中的安全性。

根据主体结构理论荷载对各吊点处设备进行20%,40%,60%,80%分级加载。在确保各情况均正常后,才进行90%,100%加载,直至钢连廊全部离地。在分级加载时,当出现各点离地高度不同情况时,降低钢连廊提升速度,观察各点离地高度,必要时采取单点动提升方式。

钢连廊提升离开拼装胎架约50mm后,暂停提升,并停留12h进行全面检查。停留期间,组织专业人员对提升支架、钢结构及提升设备等进行检查。停留期结束后,经起吊指挥部确认各专业组汇总检查结果无误后,下达正式提升命令。

4.2.3正式提升

为确保钢连廊提升过程的安全性,整个提升过程需不断对以下方面进行检查和监测。

1)各吊点提升器需受荷均匀,以确保钢结构受力平衡。

2)上吊点平台需整体稳定,以防钢结构在提升过程中出现晃动或倾斜。

3)钢连廊提升过程需整体稳定,包括提升速度、提升高度等,以确保钢结构在提升过程中的安全性。

4)吊点在计算机控制下需同步,以确保各吊点运动同步。

5)检查系统噪声情况,以确保各部件的正常运行。

6)认真检查和仔细观察承重系统,确保其正常运行。

7)检查液压动力系统运行情况,以确保提升设备稳定性和安全性。

4.2.4提升就位

一旦钢结构同步提升接近设计位置,应暂停提升,对每个吊点进行微调,以确保结构精确到达设计位置。此时,提升设备应暂停并锁定,以维持结构在空中姿态稳定不变。最后,需进行钢连廊后补杆件对口焊接。

4.2.5分级卸载

与提升过程相同,卸载过程同样采用20%,40%,60%,80%的分级卸载方式,卸载时需时刻观察各部分状况,确认无异常后才能继续卸载至100%。钢连廊施工竣工效果如图10所示。

图10 钢连廊施工竣工效果

5 结语

本工程采用液压同步提升技术,相较于其他施工方式,该技术具有以下优势:①在楼面进行主要钢结构拼装、焊接等工作,施工效率高,质量易保证;②钢连廊构件可在楼面进行预安装,极大地减少了吊装工作量,大大缩短了钢连廊施工周期;③整体提升能减少所需临时设施安装量,有利于降低施工成本。