某工程鋼桁架整體吊裝方案

1.概述鋼結構桁架總重約300t，結構長度為66.60m，寬度為8m，高度為8m，其安裝就位最高點為75m，最低點為67m。由項目部組織相關人員對各種施工方案進行對比論證后，初步確定如下實施方案：現場桁架地面整體原鉛垂位置拼裝后，采用四吊點同步提升到安裝位置，與高空預設牛腿對接連接。在20層鋼桁架上弦處預設4.5m長懸挑牛腿，作為提升支撐架，提升上錨點置于懸挑3m處。下錨點置與桁架立柱上且位置正對上錨點。整體結構在提升前根據需要擬增加部分桿件。主桁架的提升施工擬選用具備同類提升經驗的A公司完成。整體提升結構如下圖所示：鋼桁架整體結構圖新加支撐體系F軸提升下錨點位置E軸提升下錨點位置新加支撐體系F軸提升下錨點位置E軸提升下錨點位置提升段結構圖2.整體提升施工方案主要技術措施由于構件的安裝位置高達75m，重量達300t，無法實現大型起重機械的直接吊裝法施工，因此選擇液壓穿心千斤頂整體提升法，比較適合本工程。通過在主結構的鋼骨柱上加設臨時提升支架，利用液壓穿心千斤頂將構件整體提升至安裝位置。采用四吊點提升，每吊點設2臺共8臺LSD75型液壓穿心千斤頂，每個千斤頂穿9束鋼鉸線。鋼鉸線上端連接在各個吊點的穿心千斤頂上，下端固定在桁架上弦桿上的下錨點上，通過穿心千斤頂群的同步作業(yè)完成提升。該方法技術成熟，過程平穩(wěn)可靠，經濟高效，已成功應用于多項工程。2.1提升工作原理液壓同步整體提升系統(tǒng)由集群油缸系統(tǒng)、泵站系統(tǒng)、鋼絞線承重系統(tǒng)、傳感器檢測系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)五部分組成。液壓同步提升設備是一起重量大、使用靈活的新型施工機械裝置，其工作原理如下圖：=1\*GB2⑴集群油缸系統(tǒng)集群油缸系統(tǒng)作為整個提升工作的執(zhí)行機構，根據整個大桁架的重量布置吊點及各吊點的油缸數量。液壓油缸采用穿心式結構，額定提升能力為75t。液壓油缸有上下錨錨具油缸及提升主油缸。通過上下錨錨具油缸的伸縮來控制錨具的松緊，上錨隨主油缸一起運動。下面以油缸的提升工況說明油缸的工作原理。首先上錨緊，下錨停，油缸伸缸，張拉鋼絞線，將負載通過鋼絞線作用于上錨；當油缸伸缸到底以后，下錨緊，油缸縮缸，上錨松，將負載由上錨轉換至下錨；油缸縮缸到底，上錨緊，下錨停，油缸伸缸，將負載由下錨轉換至上錨，并通過油缸伸缸將重物提升；當油缸伸缸到底，一個行程結束，提升重物也隨油缸伸缸提升一個油缸行程；下錨緊，油缸伸縮，上錨松，將負載由上錨轉換至下錨；這樣通過上下錨具負載的轉換，油缸的伸縮，將重物通過油缸的伸縮動作逐步提升至規(guī)定高度。集群油缸系統(tǒng)通過計算機控制系統(tǒng)對所有油缸的動作統(tǒng)一控制、統(tǒng)一指揮，動作一致（同時進行錨具的松緊，同時進行油缸的伸縮動作等），完成結構件的提升作業(yè)。提升油缸的提升力為75噸，額定工作壓力為21Mpa，行程為100mm，理論提升速度4m/h。=2\*GB2⑵泵站系統(tǒng)泵站系統(tǒng)作為整個液壓同步整體提升系統(tǒng)的動力源，向油缸提供工作動力。通過泵站上各種控制閥的動作切換，控制油缸的伸縮及錨具的松緊動作。每臺液壓站由主泵和輔泵組成，主泵功率為15KW，流量為37L/min，額定壓力為31MPa；輔泵功率為5KW，流量為15L/min，額定壓力為5Mpa。通過液壓站的閥體切換來實現油缸的伸縮。=3\*GB2⑶鋼絞線承重系統(tǒng)提升油缸通過鋼絞線、油缸的上下錨具同提升結構件相連接。每個75t油缸使用9束Φ15.24mm的鋼絞線。每束鋼絞線的破壞承載能力為26t。=4\*GB2⑷傳感器檢測系統(tǒng)傳感器檢測系統(tǒng)檢測油缸的位置、油壓及各吊點高差等信號，將這些信號傳送至計算機控制系統(tǒng)，作為計算機控制系統(tǒng)決策的依據。=5\*GB2⑸計算機控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)主要由液壓控制系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)和信息反饋系統(tǒng)三部分組成。反饋信號（提升高度）與輸入指令比較，控制液壓系統(tǒng)工作，使提升對象按照輸入的指令要求提升。動力系統(tǒng)為液壓泵站和液壓傳動與控制系統(tǒng)提供能源。作為液壓同步整體提升系統(tǒng)核心的計算機控制系統(tǒng)，通過計算機網絡，收集各種傳感器信號，進行分析處理，發(fā)出相關指令，對泵站及油缸動作進行控制，確保提升工作的同步進行。計算機控制系統(tǒng)設置有手動、順控及自動三種工作模式，以適應不同工況的需求。在手動狀態(tài)，系統(tǒng)能夠實現對某個或部分油缸的單獨操作，以便對結構進行姿態(tài)調整等動作。整個提升系統(tǒng)由一臺計算機統(tǒng)一控制，在桁架的兩端點各設一個液壓站負責向每側兩吊點位置上的頂升油缸供油，通過頂升油缸的同步頂升、收縮來牽引鋼鉸線，帶動鋼桁架的提升。傳感器通過檢測各工作油缸的油壓、油缸的行程及吊點高差將信號匯集于計算機控制系統(tǒng)進行處理后，發(fā)出指令對泵站及油缸動作進行控制，以保證提升工作的同步。2.2提升設備的選擇及布置2.2.1設備選擇由于起吊構件的體積大、重量重、不易移動，因此必須在構件安裝位置的鉛垂位置下樓面進行整體拼裝，然后整體提升。起吊點共設為4個：分別位于eq\o\ac(○,F)-eq\o\ac(○,5);eq\o\ac(○,F)-eq\o\ac(○,14);及eq\o\ac(○,E)-eq\o\ac(○,6);eq\o\ac(○,E)-eq\o\ac(○,13)柱子外側3米處的位置。在現場的上述四根柱及相鄰柱上接焊鋼柱及牛腿，每個牛腿上設一提升上錨點，對稱布置兩臺75t液壓穿心千斤頂，每個千斤頂穿9束鋼鉸線，下錨點設置于其對應上錨的垂直投影位置，下錨固定于桁架的豎向腹桿。錨件均為加工廠內焊接工件，在完成桁架組裝及錨件定位后，現場焊于桁架腹桿上。2.2.2設備布置提升用液壓站等設備布置于起吊支架平臺上，參見布置圖：在提升點須搭設安全操作平臺，保證千斤頂安裝的作業(yè)安全，并在提升過程中作為人員檢測的通道。平臺采用Φ48×3.5腳手管搭設，滿鋪腳手板，臨邊做1500mm高封閉防護。同時每個提升點須搭設一鋼鉸線疏導架。2.2.3提升機具安全性能指標液壓穿心千斤頂：千斤頂在使用前必須經檢測部門進行檢定。由于主桁架提升總重為296噸，每個提升點設兩臺75噸千斤頂，每個提升點的最大起升力為74.23噸，則液壓穿心千斤頂的起升能力利用系數為74.23/（75×2）＝0.495。參照《網架結構設計與施工規(guī)范》（JGJ7-9）對提升設備的設備提升能力利用系數應不大于0.65之規(guī)定，比較后確定選用8臺該型號液壓穿心千斤頂符合規(guī)定要求。鋼鉸線：鋼鉸線選用6×1+1—1820型，每束直徑Φ15.24mm，每束鋼鉸線破斷力為26t，每臺液壓穿心千斤頂配9束鋼鉸線，液壓穿心千斤頂額定起重量為75t，則破斷承載力安全系數為26×9/75＝3.12，滿足《鋼結構起重手冊》中規(guī)定安全系數大于3的要求。2.3.提升工裝設計提升點位于75m標高，懸挑3.0m，采用臨時支架體系進行加固形成可靠穩(wěn)定體系。同時為控制桁架在整體提升過程中的變形量及穩(wěn)定性，須增加支撐體系。2.3.1提升支撐架⑴F軸線支架：結構構件結構構件支撐架斜撐支撐架斜撐⑵E軸線支架：支撐架斜撐支撐架斜撐⑶提升過程中支撐點變形F軸線支撐架X=1mmY=-2mmZ=0mmX=1mmY=-2mmZ=0mmE軸線支撐架X=1mmX=1mmY=-2mmZ=0mm2.3.2桁架地面拼裝增加支撐體系鋼桁架在地面拼裝時，為保證結構的穩(wěn)定性，增加部分桿件。E軸提升下錨點位置F軸提升下錨點位置新加支撐體系E軸提升下錨點位置F軸提升下錨點位置新加支撐體系2.3.3提升錨點的設計錨點連接件均在廠內制作完成，在現場進行組裝，現場安裝連接件時應在完成起升牛腿的組裝和焊接后，先安裝上錨點連接件，上錨點連接件安裝前，應先完成其在牛腿上定位點的確定，確保連接件兩錨孔中心連線的中心點與建筑物柱子中心偏差值小于10mm，且與牛腿中心偏差值小于5mm；同時必須用框式水平儀調整兩孔的上端面的水平偏斜不大于1mm，然后進行定位焊接。下錨點連接件的安裝需在桁架整體組裝焊接完成后進行。采用激光鉛垂儀將牛腿處錨點連接件的孔中心投射到下錨點連接件上，使二者孔中心同軸偏差值控制在10mm以內，同時要求控制下錨點連接件下孔平面度偏差值在1mm以內。上下錨點的加工精確尺寸須根據千斤頂的外形尺寸及現場情況再做細部調整。2.4.后裝段的確定桁架地面拼裝時預留接頭部分桿件不安裝，待桁架高空就位后進行安裝，主要作用一是避免提升過程中桁架與結構有碰撞，二是避免誤差積累，將誤差在后裝段中進行消耗。后裝段初步定為桁架兩端最后一節(jié)的弦桿、斜腹桿及E、F軸線桁架之間在eq\o\ac(○,5)~eq\o\ac(○,6)、eq\o\ac(○,13)~eq\o\ac(○,14)軸線間的桿件。具體長度結合構件的深化設計圖紙確定。2.5.桁架整體提升驗算結合現場的施工進度及計劃，連接桁架兩端的剪力墻混凝土施工已經完成，我們對整個安裝過程進行了全過程計算機模擬，對桁架在整體提升過程中的受力及變形進行計算。計算過程參見附錄，計算結果如下。2.5.1整體提升過程中桁架變位Y=-11mmYY=-11mmY=-21mmFy=791KN2.5.2提升點的提升力Fy=791KNFy=643KNFy=791KNFy=643KNFy=791KNFy=643KN2.5.桁架高空對接接頭形式由于構件起升過程定位精度偏差、結構變形和土建預埋鋼柱垂直度等因素的偏差，構件高空對接口需增設后裝段，以便構件在高空就位后的調整和安裝的便利，在其兩側接口位置的上弦桿與鋼柱牛腿間設一段不小于1.5m長的后裝段，具體長度根據深化設計圖確定。在鋼桁架另一端與預埋牛腿完成焊接，再將此短段與牛腿和上弦桿裝配焊接，弦桿與牛腿接口采用下列接口形式。2.6桁架就位后高空安裝階段驗算⑴安裝步驟：第一步，連接67m以及71m與鋼骨柱的所有接口：第二步，松開提升千斤頂，將四根臨時支撐構件HW400X400X13X21拆除（含平面外角鋼支撐），連接剩余接口以及兩端樓層鋼梁、水平支撐。⑵變位計算Y=-16mmY=-16mmY=-8mmY=-8mm第一步完成后變位圖Y=-13mmY=-6mmY=-13mmY=-6mm第二步完成后變位圖2.7桁架提升前及過程中測量桁架在地面拼裝前，首先應對已預埋鋼柱各層牛腿的垂直及水平位置偏差值進行測量，并將其下層主弦桿各牛腿的垂直投影點引至構件拼裝的地面平臺作為桁架拼裝過程的端部基