大跨度超高空间曲面网架屋盖整体液压提升技术研究

张皓，李辉，徐浩峻，李世强

（中建二局第一建筑工程有限公司陕西分公司，西安 710000）

1 引言

大跨度大空间的网架结构是通过吊装作业、滑移作业、整体提升等工序实现，在实际施工过程中，网架结构可能会出现失稳现象，进而导致网架结构发生坍塌事故，或者因局部强度不足而产生破坏现象， 还有可能会导致网架架构施工完成后与设计图纸存在较大的差异。 对此，施工人员应详细地掌握设计图纸及结构性能，选择合适的施工方法进行施工。 本文对液压提升施工技术进行分析与研究。

2 工程概况

本文以某大跨度超高空间机库工程作为研究案例， 该项目的建筑总面积设计为21 836 m2，机库建成交付后，能够同步容纳2 架波音747 飞机进行检修活动。 其中，大厅区域的建筑面积设计为13 520 m2，大厅的跨度为148 m，进深为90 m。 屋顶结构可划分为两部分：一是大厅的屋顶结构，该部分使用3层斜放焊接网架结构形式， 网架的底部支座球节点的中心位置标高为24.500 m；二是屋顶大门桁架结构，该部分设计使用的是H 型钢截面桁架，底部标高设计为+22.000 m，顶部标高为+36.000 m。 这种网架结构形式属于我国单跨结构体系中面积最大的一种结构形式。

该项目中的屋盖钢结构网架与钢桁架可直接在地面拼装成型，使用液压同步进行提升，吊运至高空环境中时，对构件进行补缺。 在经过详细的计算后，对设备进行优化，施工单位需要配置4 台TJV-30 型液压泵站， 每种泵站配置2台主泵。

3 施工难点分析

该项目存在众多施工难点，具体分析如下。

1）该项目的结构跨度非常大，单个构件的质量比较重，实际作业时的高度较高，附属构筑物的数量较多。 大门钢桁架的跨度设计为148 m，屋盖由钢材质材料加工而成，其质量高达1 720 t，安装高度约为+22~+36 m；附属物包括挂架、马道、屋面插条等。

2）该项目中的支座数量多，桁架支座部位的反力大。 结合设计图纸来看，总计需要设置30 个支座，在网架结构的自重影响下，支座的反力最大值为315 kN，中间部位的支座反力为2 506 kN，大门桁架部位的支座反力最大值为5 527 kN。

3）大跨度大门桁架的轴线高，且构件的截面尺寸较大，梁体内的加劲板数量较多。 大门部位的桁架轴线高度设计为14 m，其截面尺寸为500 mm×800 mm×35 mm，大门部位的挂架轴线高度为2.5 m。

4）结构刚度小。 大门桁架部位的结构体系整体刚度大，但是网架结构的整体刚度较小。

5）整体结构的焊接点数量比较多，实际焊接量大。 大门部位的钢桁架使用的构件全部为H 形截面形式， 结构件应分段进行安装，导致安装作业量过大。

6）施工质量要求非常高。 设计图纸明确要求设置起拱度，促使每段桁架的支撑点高度保持一致，促使施工难度增大。

4 液压同步提升系统的设置

液压设备的选择及布设必须满足屋顶钢结构施工的管理要求，尽可能地保证液压设备受力均匀；还应该保证每台泵站配备的液压设备数量一致，这样可以提高液压泵站的施工效率。

4.1 液压提升器的选择

该项目中的体育管屋顶部分的质量设计为340 t， 总计需要布设9 个提升点，通过详细的计算得出，液压提升设备的最大负荷为340/9=37.78 t，所以，施工单位选择使用选TJJ-600型液压同步提升器，单台提升器的作用能力为60 t，由此可以计算出提升荷载储备系数为60/37.78=1.59， 完全符合施工安全管理的要求。

4.2 泵源系统设置

该项目需要配备9 台提升设备，每3 台提升设备采用并联方式进行连接，并配备1 套泵源控制系统，每套泵源控制系统由液压回路及TJD-15 型泵站构成，9 台液压提升设备则需配置3 套泵源控制系统。 泵源控制系统的作业原理如图1 所示。

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图1 泵源系统工作原理图

5 液压同步提升工艺

5.1 工艺流程

屋盖结构提升作业流程为： 屋盖结构提升技术参数计算→提升支架的结构设计→制作、 安装支架→安装提升系统→调试提升系统→预提升作业→屋盖结构→提升设备性能检查→屋盖结构提升→空中调整屋盖结构→节点连接及固定→液压设备卸载→提升设备拆除。

5.2 工艺流程的实施

（1）设计人员结合屋盖结构的提升点布设情况，对提升作业的技术参数进行计算[1]，保证提升作业始终处于安全状态，为后期屋盖结构安装提供合理的依据。 （2）直接在地面拼装屋盖结构。 （3）将屋盖结构的牛腿提升就位，提升高度大概为1.5 m。 （4）施工人员安装液压提升器、泵源系统。 （5）按照规范要求连接液压管路及控制线路。 （6）对液压提升系统进行调试。 （7）安装提升吊点。 （8）安装钢绞线。 使用钢绞线连接提升器、提升横梁。 （9）对钢绞线进行拉紧，促使吊点受力均匀。（10）屋盖结构整体提升，提升的高度大概为200 mm。 （11）液压提升系统暂停运行，保证其处于空中回转状态。 施工人员观测屋盖结构的吊点与变形状况， 保证提升设备运行过程中的安全性。 （12）在保证提升系统安全性的基础上，对屋盖结构进行整体提升施工，将其提升至待安装部位的附近。 （13）利用提升设备对屋盖结构进行微调，便于后期三角桁架安装。 （14）安装三角桁架及相关构件。 （15）对液压提升系统进行卸载，以钢绞线处于松弛状态为合格。 （16）拆除钢绞线与液压提升设备。（17）拆除临时结构。 整个屋盖结构提升作业完成。 屋盖提升作业的具体情况可如图2 所示。

图2 屋盖提升过程示意图

6 液压同步整体提升过程控制

6.1 同步提升控制方法

结合实际情况而言，在提升屋盖结构时，钢结构应与桁架进行多点对接施工，设计图纸对于连接质量的要求非常高。 所以，为保证屋盖结构吊装后不会出现较大的变形，或结构件产生永久性的破坏，在实际施工过程中应采取以下控制措施：

1）将屋盖结构的吊点划分为3 组，每组的提升设备以并联方式连接；小型屋盖结构设计有4 个吊点，可将其划分为2组，每组提升设备同样按照并联方式连接。

2）为保证施工安全及施工控制的便利性，可将其中一组设置为主吊点A，剩余两组则为从令吊点B、C。

3）利用计算机控制系统对吊装作业进行控制，通过从令吊点B、C 的高度差异对主令吊点进行跟踪，确保提升作业过程中吊点始终处于同步提升状态， 保证屋盖结构提升过程中始终处于稳定状态。

6.2 同步提升速度

6.3 系统调试

提升系统安装完成以后， 应严格按照以下流程对系统进行调试[2-3]。 （1）施工人员严格检查泵站内的控制阀或管道接头是否存在松动现象，并检查调压弹簧的放松状态。 （2）检查泵站的启动柜与提升设备之间的连接线布设是否合理。 （3）检查泵站与提升设备的油缸连接是否合理。 （4）检查液压泵的主轴运行方向是否合理。 （5）当泵站处于未运转状态时，施工人员可通过操作控制柜中的控制按钮， 对电池阀与截止阀的运行状况进行检查。 （6）检查传感器的2L、2L-、L+、L 的行程开关，保证控制柜内的信号灯发布的信息具备合理性。 （7）提升检查：泵站的压力保持在5 MPa 左右；检查油管连接是否合理；检查截止阀的截止效果；检查油缸的伸缩速度。 （8）提升预加载：压力应保持在2~3 MPa，保证各个提升设备的受力均匀。

6.4 分级加载提升

当提升系统检查合格后，施工人员即可正式进行提升施工。 在经过详细的计算后，确定液压设备的缩缸压力与伸缸压力。

屋盖结构同步提升过程中，两端的伸缸压力缓慢地提升，压力上升依次为20%、40%、待提升作业稳定后，才能够加载到60%、80%、90%、100%。

6.5 同步提升的监测

1）在同步提升施工时，可利用控制系统对各个提升吊点的荷载变化进行观测、记录和分析。

2）利用专用设备对提升点的位移量、相邻吊点的高度差异进行对比和分析。

3）将支撑塔架的变形量与模拟值进行对比和分析。

4）观察提升设备、泵站、传感器的工作状况。

5）提升设备具备良好的自锁性，该特点可有效保证提升作业的安全性，还能保证构件在任意部位实现锁定。 在提升过程中，桁架的两侧应设置稳定绳，保证钢桁架不会发生晃动，保证整个屋盖结构提升的稳定性。

6）当网架达到整体提升的施工要求以后，应分级对其加载。 同时加大提升过程中的观测力度，保证技术参数满足实际作业的需求，这是保证网架结构提升作业安全性的基本要求。

7 结语

综上所述， 将液压整体提升工艺技术应用在钢结构屋盖提升活动中，必须保证技术参数设置的合理性，保证提升结构不会产生较大的变形，同时具备良好的安全性与稳定性。 对支撑点进行合理的设计，加强局部区域的固结度。 结合整体情况而言，液压整体提升工艺技术具备良好的应用效果，值得在大范围内进行宣传推广。