膜構(gòu)知識(shí)庫(kù)

鋼結(jié)構(gòu)穹頂雙索提升施工技術(shù)


現(xiàn)如今,越來越多屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)體系,而大空間、大跨度的造型使得安裝難度驟增,由于穹頂鋼結(jié)構(gòu)整體提升時(shí)受液壓提升系統(tǒng)豎向力的作用,結(jié)構(gòu)發(fā)生彈性變形,在溫度作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生伸縮變形,穹頂結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)對(duì)接時(shí)高強(qiáng)螺栓無法自由旋入螺栓孔。單榀實(shí)腹式弧形鋼梁提升或吊裝時(shí)易產(chǎn)生平面外失穩(wěn),根據(jù)以往的工程施工經(jīng)驗(yàn),在寧波羅蒙環(huán)球城商業(yè)地塊室內(nèi)游樂場(chǎng)施工過程中,總結(jié)出一種新型、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)合理的鋼結(jié)構(gòu)穹頂提升、安裝工法并在實(shí)際工程建設(shè)中取得了成功。


●  工程概況

寧波羅蒙環(huán)球城是集休閑、旅游、購(gòu)物于一體的文化都市綜合體,鋼結(jié)構(gòu)主要包括豎向結(jié)構(gòu)和屋面大跨度鋼結(jié)構(gòu),其中,豎向結(jié)構(gòu)包括圓管混凝土柱和十字形勁性混凝土組合柱,屋面結(jié)構(gòu)包括35.4m跨、48.4m跨、70.4m跨屋面梁及支撐體系和南北半球體結(jié)構(gòu)。35.4m、48.4m跨的坡屋面為金屬屋面,70.4m跨的拱形屋面為采光幕墻,球體部分為雙曲結(jié)構(gòu)。

●  雙索液壓提升特點(diǎn)

雙索液壓提升有如下特點(diǎn):

(1)液壓整體提升技術(shù)采用液壓同步提升系統(tǒng),無需大型機(jī)械設(shè)備,節(jié)約了施工成本,而且設(shè)備準(zhǔn)備容易,進(jìn)出場(chǎng)方便,施工不受場(chǎng)地條件的制約;

(2)無需搭設(shè)腳手架,減少了安全風(fēng)險(xiǎn),降低了材料消耗;

(3)通過施工的全程模擬分析,為大跨度弧形結(jié)構(gòu)施工提供了科學(xué)支持。

●  工藝原理

大跨度實(shí)腹式弧形鋼梁液壓提升主要原理是:提升結(jié)構(gòu)在安裝位置下方進(jìn)行整體拼裝,設(shè)置水平張拉裝置和豎向提升裝置,提升時(shí)水平張拉裝置隨豎向提升裝置加載而加載,當(dāng)豎向提升裝置加載到提升單元離地時(shí)水平張拉裝置停止加載,提升單元在恒力狀態(tài)下進(jìn)行提升。為保證提升單元順利就位,當(dāng)溫度升高時(shí)水平張拉裝置加載,當(dāng)溫度降低時(shí)水平張拉裝置卸載;當(dāng)鋼柱間距偏大時(shí)水平張拉裝置加載,當(dāng)鋼柱間距偏小時(shí)水平張拉裝置卸載。每個(gè)弧形梁下方的水平張拉裝置都能獨(dú)立操作。

●  大跨度實(shí)腹式弧形鋼梁液壓提升具體步驟

大跨度實(shí)腹式弧形鋼梁液壓提升具體步驟如下(圖1):

(1)在提升穹頂單元正下方將提升單元通過拼裝胎架8將提升單元拼裝完成;

(2)利用銷軸7將水平吊具3和水平吊籠6安裝到L形耳板1上;

(3)將水平拉索5穿過拼裝胎架8,連接到水平吊具3和水平吊籠6上;

(4)利用銷軸7將垂直吊具2安裝到主結(jié)構(gòu)上;

(5)將垂直拉索4安裝到垂直吊具2上;

(6)試提升時(shí)采取逐級(jí)加載的方法進(jìn)行提升,按照設(shè)計(jì)荷載水平拉索5先加載5%,垂直拉索4再加載5%,每次加載總是先增加水平拉索5再增加垂直拉索4,加載值按照設(shè)計(jì)荷載的5%、10%、20%、30%、40%、60%、80%、100%逐級(jí)增加,每級(jí)加載之間至少預(yù)留10min的觀察及檢查時(shí)間;

(7)當(dāng)荷載增加到100%時(shí),將整個(gè)提升單元脫離拼裝胎架8,離拼裝胎架8的高度為100~200mm;

(8)靜置時(shí)間為8~12h,檢查提升裝置及提升單元確認(rèn)不存在安全隱患的前提下將提升單元提升到離拼裝胎架8約1m的位置靜置,拆除拼裝胎架8;

(9)將提升單元通過垂直拉索4進(jìn)行提升,當(dāng)提升單元的鋼梁上翼緣與主結(jié)構(gòu)下翼緣距離50~100mm時(shí)停止提升;

(10)利用鋼卷尺及角尺測(cè)量主結(jié)構(gòu)與提升單元的間距,若提升單元間隙小于設(shè)計(jì)值,通過液壓控制系統(tǒng)收縮水平拉索5使間隙大于或等于設(shè)計(jì)值;

(11)當(dāng)主結(jié)構(gòu)鋼梁上翼緣與提升單元提升到同一位置時(shí),垂直拉索4停止提升;

(12)安裝人員測(cè)量主結(jié)構(gòu)與提升單元間的間隙,通過調(diào)節(jié)水平索5使高強(qiáng)螺栓能夠自由地穿入螺栓孔;

(13)將高強(qiáng)螺栓全部安裝完畢后,焊接鋼梁的上下翼緣;

(14)卸載時(shí)先拆除垂直拉索,再拆除水平拉索;

(15)整個(gè)提升單元提升完成。 


圖1  大跨度實(shí)腹式弧形鋼梁液壓提升示意圖(單位:mm)

●  操作要點(diǎn)

大跨度鋼結(jié)構(gòu)穹頂安裝難點(diǎn)在于確保提升過程安全以及鋼梁不產(chǎn)生變形。為確保穹頂屋架提升單元及主樓結(jié)構(gòu)提升過程的平穩(wěn)、安全,根據(jù)穹頂屋架提升單元的特性,采用“雙索應(yīng)用,吊點(diǎn)油壓均衡,結(jié)構(gòu)姿態(tài)調(diào)整,位移同步控制,分級(jí)卸載就位”的同步提升和卸載落位控制策略。

◆  支撐胎架定位

依據(jù)穹頂鋼梁分段位置以及圓管柱、箱形梁的牛腿投影點(diǎn),進(jìn)行穹頂弧形梁拼裝和支撐胎架定位。從圓管柱牛腿及連接管柱箱形梁牛腿用線墜向下投點(diǎn),確定牛腿的地面位置并做好標(biāo)記。

◆  吊點(diǎn)設(shè)置

吊點(diǎn)設(shè)置如下:

(1)采用液壓同步提升大跨度穹頂結(jié)構(gòu),需要合理設(shè)置提升吊點(diǎn),確保原結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力水平在規(guī)范允許的范圍內(nèi),盡量減小提升過程中實(shí)際狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)的差異,因此在每榀拱形屋架的拱腳均設(shè)置一個(gè)提升點(diǎn)。提升下吊點(diǎn)平面布置見圖2。


圖2  提升單元吊點(diǎn)平面布置圖(單位:mm)

(2)提升上吊點(diǎn)設(shè)置:利用已安裝到位的鋼柱及鋼梁牛腿設(shè)置提升支架,提升支架頂放置液壓提升器作為提升上吊點(diǎn)。提升支架采用型鋼制作并與主結(jié)構(gòu)焊接連接,焊接采用角焊縫,焊縫高度不小于12mm。液壓提升器通過提升專用鋼絞線與屋面鋼結(jié)構(gòu)整體提升單元上的對(duì)應(yīng)下吊點(diǎn)相連接。提升上吊點(diǎn)和下吊點(diǎn)布置如圖3所示。


圖3  提升上吊點(diǎn)(左)和提升下吊點(diǎn)(右)(單位:mm)

◆  鋼梁水平張拉措施

提升過程中,弧形鋼梁兩端處于自由狀態(tài),其自重產(chǎn)生的水平分力很大,為防止提升過程中鋼梁向吊點(diǎn)外伸出并伸長(zhǎng)變形,保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,提升過程中需在吊點(diǎn)位置鋼梁底部增設(shè)水平張拉措施,防止其變形,滿足設(shè)計(jì)及提升工藝要求。鋼梁底部水平拉索張拉采用液壓提升器及鋼絞線進(jìn)行張拉,具體措施如圖4所示。


圖4  鋼梁水平張拉措施

◆  提升節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

   考慮施工方便并且傳力明確,下吊點(diǎn)及水平拉索節(jié)點(diǎn)采用雙L形耳板統(tǒng)一設(shè)置,L形耳板上部連接提升下節(jié)點(diǎn)吊具,L形耳板水平端連接水平張拉索的吊籠(提升器)及吊具(地錨,見圖5)。


圖5  提升節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

◆  姿態(tài)檢測(cè)調(diào)整

姿態(tài)檢測(cè)調(diào)整有如下措施:

(1)用測(cè)量?jī)x器檢測(cè)各吊點(diǎn)的離地距離,計(jì)算出各吊點(diǎn)的相對(duì)高差,通過液壓提升系統(tǒng)調(diào)整各吊點(diǎn)高度,使屋面網(wǎng)架提升單元達(dá)到水平姿態(tài);

(2)以調(diào)整后的各吊點(diǎn)高度為新的起始位置,復(fù)位位移傳感器,在屋面網(wǎng)架提升單元整體提升過程中保持該姿態(tài)直至提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高附近;

(3)屋面網(wǎng)架提升單元在提升及下降過程中,因?yàn)榭罩凶藨B(tài)調(diào)整和桿件對(duì)口等需要進(jìn)行高度微調(diào),在微調(diào)開始前,將計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)由自動(dòng)模式切換成手動(dòng)模式,根據(jù)需要對(duì)整個(gè)液壓提升系統(tǒng)中各個(gè)吊點(diǎn)的液壓提升器進(jìn)行同步微動(dòng)調(diào)整(上升或下降),或者對(duì)單臺(tái)液壓提升器進(jìn)行微動(dòng)調(diào)整。微動(dòng)調(diào)整即點(diǎn)動(dòng)調(diào)整精度可以達(dá)到毫米級(jí),完全可以滿足屋面網(wǎng)架提升單元安裝的精度需要。

◆  提升就位

提升就位措施如下:

(1)屋面網(wǎng)架提升單元提升至設(shè)計(jì)位置后暫停,各吊點(diǎn)微調(diào)使主桁架各層弦桿精確提升到達(dá)設(shè)計(jì)位置,液壓提升系統(tǒng)暫停工作,保持屋面網(wǎng)架提升單元的空中姿態(tài),主桁架各層弦桿與端部分段之間對(duì)口焊接固定,安裝斜腹桿后裝分段使其與兩端已裝分段結(jié)構(gòu)形成整體穩(wěn)定受力體系;

(2)液壓提升系統(tǒng)同步卸載至鋼絞線完全松弛,進(jìn)行屋面網(wǎng)架提升單元的后續(xù)高空安裝,拆除液壓提升系統(tǒng)及相關(guān)臨時(shí)措施,完成屋面網(wǎng)架提升單元的整體提升、安裝。

●  結(jié) 語

現(xiàn)全國(guó)各地大跨度空間結(jié)構(gòu)建筑物及構(gòu)筑物如雨后春筍般拔地而起、遍地開花,這些大跨度建筑物及構(gòu)筑物大多采用造型復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)及實(shí)腹式型鋼結(jié)構(gòu),普通吊裝機(jī)具無法滿足施工要求,給施工帶來諸多難題,雙索提升技術(shù)能解決一般施工機(jī)具無法解決的吊裝變形、溫差變形、平面外失穩(wěn)等難題且經(jīng)濟(jì)效果顯著,值得推廣和應(yīng)用。