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鋼結構連廊整體吊裝的設計與施工

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]

    摘要：本文以長沙市中天廣場鋼結構連廊整體吊裝工程為例，詳細介紹了其設計主旨及施工方案，對施工技術特點進行了分析，并結合作者自身對該工程的實際監督管理經驗，對施工過程中出現的問題及其整改結果進行了論述，對類似工程的推廣及施工有很強的參考價值。
    　　關鍵詞：大跨度鋼結構； 連廊； 吊裝； 液壓同步整體提升； 質量問題
    　　
    　　1問題由來
    　　
    　　鋼結構因其自重輕、施工周期短、抗震能力強等優勢和特點被人們廣泛應用于高層建筑中。在長沙市中天廣場高層建筑工程中，連廊鋼結構安裝標高為+80.7m～98.5m，總高度為18.15m，軸線寬度為18.3m，總跨度為46.2m。連廊鋼結構在80.7m～屋頂之間將公寓區與辦公區兩幢主樓連接為一體（圖1）。連廊鋼結構主要由結構層四榀鋼桁架（+80.7m～+84.1m）和上部鋼框架結構（+84.1m～98.5m）組成（圖2）。其中，鋼桁架為平行布置單層型鋼平面桁架，分別位于2-A～2-D軸線上。鋼材主框架采用Q345B，其余次構件采用Q235B。鋼構件總噸位約430t。連廊鋼結構共設有八個承載支座（設置在80.7m主樓框架大梁上）和八個穩定支座（設置在87.720m和94.900m主樓框架大梁上），支座采用球型橡膠支座，按鉸支座連接點計算，該連廊單體規模和節點復雜程度國內罕見（圖3），其整體吊裝問題的解決牽涉到許多方面，對類似工程的指導意義非常突出。
    　　
    　　2鋼結構吊裝
    　　
    　　2.1 吊裝條件分析
    　　連廊鋼結構安裝高度達+80.700m～+98.500m，自重較大，且桿件眾多。若采用分件高空散裝，不但高空組裝、焊接工作量巨大，而且存在較大的質量、安全風險。施工的難度也可想而知，對后續專業施工和整個工程的工期影響很大。
    　　根據以往類似工程的成功經驗，若將鋼連廊在地面拼裝成整體后，利用“超大型液壓同步提升技術”將其一次提升到位，將大大降低安裝施工難度，于質量、安全和工期等均有利。
    　　雖然連廊鋼結構的主體長度略小于主樓間的凈距，但由于1/1-13 線與1-E 軸、2-7 線與1-E 軸交點處的兩根砼立柱以及聯系梁、幕墻結構的平面位置占用了鋼連廊垂直方向的組裝和安裝位置，使得鋼連廊從幾何尺寸上無法整體安裝至設計位置。也就是說，鋼連廊必須采用分段吊裝的方式完成安裝。
    　　2.2 吊點選擇與布置
    　　根據工程特點和現場情況，連廊采用地面拼裝，整體提升，高空延伸安裝的方法施工。即在設計位置正下方，將鋼連廊整體吊裝的部分在地面拼裝成整體，由分別安裝在兩側主樓框架柱頂上箱型斷面提升梁端的6套200t液壓提升設備將鋼連廊同步提升至設計高度，高空延伸安裝完成鋼連廊，液壓提升設備同步卸載后連廊進入設計受力狀態。（圖4）



    　3.1 提升步驟
    　　3.1.1利用主樓砼框架主柱安裝液壓提升平臺一～六；安裝液壓提升裝置；在主樓范圍內安裝主桁架及次構件。
    　　3.1.2在地面對應平面位置散件拼裝主桁架及框架結構成整體；在主桁架底部安裝提升用托梁結構。
    　　3.1.3利用提升平臺上的液壓同步提升裝備，將鋼通廊整體提升至設計標高；微調空中姿態，主桁架對口。
    　　3.1.4主桁架分段處連接安裝；安裝預留后裝桁架及其它次結構桿件，至鋼通廊形成設計的整體結構體系。
    　　3.1.5利用液壓同步提升裝置對鋼通廊整體卸載；拆除提升托梁、液壓提升裝置和提示平臺等臨時設施。
    　　3.2 提升驗算
    　　本結構按實際提升狀況進行了施工驗算，結構強度、剛度滿足施工要求，根據吊點反力設計提升設施。反力計算結果如表1。
    　　3.3 液壓同步提升施工技術
    　　3.3.1 原理及使用
    　　液壓同步提升施工技術采用行程及位移傳感監測和計算機控制，通過數據反饋和控制指令傳遞，可全自動實現同步動作、負載均衡、姿態矯正、應力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。
    　　操作人員可在中央控制室通過液壓同步計算機控制系統人機界面進行液壓提升過程及相關數據的觀察和（或）控制指令的發布。
    　　3.3.2 液壓提升設備
    　　本工程中液壓提升承重設備主要采用TJJ-2000 型穿芯式液壓提升
    　　3.3.3 液壓提升千斤頂工作步驟
    　　第1 步：上錨緊，夾緊鋼絞線
    　　第2 步：提升器提升重物
    　　第3 步：下錨緊，夾緊鋼絞線
    　　第4 步：主油缸微縮，上錨片脫開
    　　第5 步：上錨缸上升，上錨全松
    　　第6 步：主油缸縮回原位
    　　3.4提升過程的空中停留
    　　連廊整體提升高度達到接近100m，提升速度約為6m/h～8m/h,單個鋼連廊提升過程約需要2個工作日。提升過程中及高空對接時,鋼連廊需要在空中停留。液壓同步提升器在設計中獨有的機械和液壓自鎖裝置,保證了鋼連廊在吊裝過程中能夠長時間的在空中停留。
    　　本工程建筑物很大,周圍無遮擋，高空風力較大。因鋼連廊屬于鏤空結構，風荷載對提升吊裝過程影響較小。為確保鋼連廊提升過程的絕對安全，并考慮到高空對口精度的需要，在鋼連廊空中停留時，通過導鏈將連廊四角與主樓框架結構連接，起到限制鋼連廊水平擺動和位移調整的作用。
    　　
    　　4施工方案的優點
    　　
    　　鋼連廊在地面整體拼裝作業。液壓提升設施及設備安裝在主樓砼框架頂,對土建專業施工影響較小；
    　　鋼連廊主要的拼裝、焊接及油漆等工作在地面進行，將高空作業量降至最少,施工效率高,施工質量易于保證,能夠有效保證鋼結構安裝工程的工期；
    　　鋼連廊上的樓承板等其它構件可在地面安裝或帶上，可最大限度地減少高空吊裝工作量，縮短總體施工周期；
    　　采用“超大型構件液壓同步提升施工技術”吊裝鋼連廊,技術成熟，有大量類似工程成功經驗可供借鑒,吊裝過程的安全性有保證；
    　　通過鋼連廊的整體吊裝，鋼連廊結構整體提升對其它專業要求和影響較小，充分利用了現場施工作業面,有利于總體施工組織；
    　　液壓提升設備設施體積、重量較小，安裝和拆除方便；提升平臺等臨時結構利用主樓砼框架設置,使得臨時設施用量降至最小。
    　　
    　　5施工期間存在的質量問題及處理結果
    　　
    　　該類大型吊裝工程在長沙市尚屬首次，市質監站對此高度重視并組織了多名技術骨干對其進行了細致的檢查和嚴格的監督，發現了一系列的質量隱患：
    　　① 已安裝的第一、二層樓面個別ф25圓鋼拉桿未緊固到位，已變形且未調直；

    　② 電焊條未按焊接工藝文件的規定進行烘焙和存放，導致個別焊條藥皮脫落、焊芯生銹（違反GB50205-2001第4.3.4條）；
    　　③ 廠家加工的個別桿件（東西兩端加強桁架及其它部分個別桿件）在工廠加工時偏差較大，嚴重影響高強螺栓安裝，部分高強螺栓連接副終擰后絲扣外露達5扣以上（違反GB50205-2001第6.3.5條）；
    　　④ 個別桿件或節點局部防腐涂料在運輸及安裝過程中涂層已損壞（違反GB50205-2001第14.2.3條）；
    　　⑤ 拼接焊縫及角焊不飽滿，且焊縫高度不符合設計及規范要求，個別立柱垂直度偏差較大（違反GB50205-2001第5.2.6條）；
    　　⑥ 吊點3、6提升界面加強桁架未按設計圖紙施工，吊點4位置移動且未提交設計方進行圖紙變更；
    　　⑦ 本工程所用廂梁需要先將鋼板吊裝到位后在樓頂進行二次加工，所用20mm厚鋼板有一部分未按要求在其表面開坡口，導致無法焊透；
    　　⑧ 部分球型支座結點保護不到位，存有少量雜物且未及時清理；
    　　⑨ 住宅樓鋼板吊裝處混凝土構件不密實，存在露筋現象。
    　　以上幾個方面的質量問題均已在吊裝工程正式開始前由施工單位按有關要求進行了徹底的返工整改，監理單位旁站監理并驗收合格。（圖6）
    　　
    　　6結語
    　　
    　　6.1 在吊裝工作開始前的專家論證會上，設計單位曾提出對該鋼連廊的卸載過程參照“鳥巢”方案進行電腦數字化操控，但由于資金和場地條件的限制該提議沒有實現，給卸載過程中鋼結構正常的沉降和扭曲變形程度的觀察及計算結果帶來一定的不確定性。
    　　6.2 在吊裝開始前的現場檢查中，質監人員發現本工程的個別焊縫外觀質量較差，達不到設計及規范要求，給連廊吊裝的順利進行帶來質量隱患，后委托長沙市建設工程質量檢測中心對焊縫內在質量進行檢測（二級焊縫采用超聲波探傷檢測，比例為20%，三級焊縫只做外觀檢測），對有缺陷者全部進行返工整改，并經監理驗收合格，出具了書面整改報告。
    　　6.3 本工程吊裝期間天氣晴好，溫度適宜，風速很低，過程順利（沒有使用攔風索），但對于類似情況的操作我們建議同樣應該關注施工時的天氣情況，避免在惡劣的天氣情況下進行提升操作，對提升過程中可能出現的意外情況(大風、雷雨、停電等)要做到未雨綢繆，并制定切實可行的應急預案。
    　　6.4 本鋼結構所采用的球型橡膠支座在未來的工作過程中將面臨橡膠老化的現象，這就需要在未來的使用過程中加強觀察和檢測，并參照設計圖紙和現場實際情況制定切實可行的定期維護及更換措施。
    　　6.5 本工程有部分鋼結構防火涂料涂裝及防銹處理施工由于場地原因甩項，需待幕墻工程全部完工后再繼續進行，故建議在裝飾階段繼續加強對鋼結構連廊的成品保護，同時各方責任主體對該鋼連廊整體吊裝工程也暫未作出結論性的驗收意見。
    　　
    　　參考文獻：
    　　[1] 范基，路克寬，張繼承.1 800t鋼結構液壓千斤頂同步整體提升施工技術.施工技術，1995(11).
    　　[2] 郭彥林，崔曉強.大跨度復雜鋼結構施工過程中的若干技術問題及探討.工業建筑，2004，34(12).
    　　[3] 冶金工業部建筑研究總院主編.中華人民共和國國家標準，鋼結構工程施工質量驗收規范GB50205-2001.
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