大型預(yù)應(yīng)力張弦鋼結(jié)構(gòu)滑移、同步提升技術(shù)

吳大剛, 李建亭, 葛志鵬, 張紅梟

(中國(guó)建筑第八工程局有限公司西南分公司, 四川成都 610000)

大型預(yù)應(yīng)力張弦鋼結(jié)構(gòu)滑移、同步提升技術(shù)

吳大剛, 李建亭, 葛志鵬, 張紅梟

(中國(guó)建筑第八工程局有限公司西南分公司, 四川成都 610000)

某工程建筑中庭頂(七層樓面)有大型吊掛式預(yù)應(yīng)力張弦鋼結(jié)構(gòu)采光天窗，由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面狹小，無(wú)法提供足夠的拼裝作業(yè)面，塔吊距離天窗安裝位置較遠(yuǎn)，無(wú)法起吊太大的鋼構(gòu)件，工期也比較緊。若按照傳統(tǒng)方法施工，措施工程量非常大，且高空作業(yè)量很大。為加快采光天窗的施工速度，降低相應(yīng)措施成本，提高施工質(zhì)量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及結(jié)構(gòu)形式，特采用滑移拼裝+整體提升的施工方法安裝天窗鋼結(jié)構(gòu)。

城市綜合體; 采光天窗; 鋼結(jié)構(gòu); 累積滑移; 同步整體提升

1 工程概況

某工程為城市綜合發(fā)展項(xiàng)目A1A2A3地塊工程，天窗位于整個(gè)A1裙房中部，平面位于E-J軸/13-22軸之間，北邊為屋頂標(biāo)高35 m的宴會(huì)廳區(qū)域，南邊為7層混凝土結(jié)構(gòu)，其西邊是A1塔樓。

天窗下部樓板根據(jù)建筑設(shè)計(jì)全部中空，天窗為此區(qū)域的屋頂圍護(hù)結(jié)構(gòu)，起到采光和封閉建筑的作用。

天窗結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度76.500 m，最大跨度32.800 m，總面積1 759.4 m2，總共240 t。空間鋼網(wǎng)格主要由方管構(gòu)件拼裝組成，標(biāo)高+32.750，網(wǎng)格平面尺寸約為3 m×3 m,截面采用方鋼管截面。預(yù)應(yīng)力拉索桁架跨度有兩種，15軸桁架跨度為23.8 m，其余跨度均為17m。預(yù)應(yīng)力拉索桁架桿件包括有上弦桿、下弦預(yù)應(yīng)力索、斜拉桿和豎向撐桿。

2 主要施工工藝技術(shù)

根據(jù)結(jié)構(gòu)的布置形式和天窗結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的下方混凝土結(jié)構(gòu)布置情況，將天窗安裝分為3個(gè)區(qū)域，分別為A1-1區(qū)、A1-2區(qū)和A1-3區(qū)。其中A1-1區(qū)為累積滑移區(qū)域，A1-2區(qū)為樓面拼裝區(qū)，A1-3區(qū)為天窗提升就位后在吊裝區(qū)域(圖1)。

圖1 天窗拼裝分區(qū)示意

2.1 現(xiàn)場(chǎng)拼裝滑移技術(shù)

2.1.1 滑移拼裝及軌道安裝

在建筑5層樓面13軸～14軸有樓板區(qū)域搭設(shè)拼裝胎架，并在平行于H軸和F軸的樓板邊緣安裝滑移軌道。每條軌道從13軸開(kāi)始鋪設(shè)，一直鋪設(shè)至17軸線(xiàn)(圖2)?；栖壍冷摿翰捎煤附親型鋼，規(guī)格為H 600×400×12×20，軌道梁和下部胎架焊接固定。軌道梁下部設(shè)置轉(zhuǎn)換橫梁，橫梁截面H 400×300×10×14?；栖壍啦捎?3 kg/m軌道，軌道通過(guò)壓板與熱軋H型鋼軌壓緊連接，壓板間距為800 mm。

圖2 滑移拼裝胎架及軌道布置

考慮到天窗滑移單元兩邊牛腿間距過(guò)大，而拼裝平臺(tái)寬度較窄，因此兩邊加焊臨時(shí)牛腿并設(shè)置滑靴保證整個(gè)天窗結(jié)構(gòu)滑移。共設(shè)置18個(gè)滑靴，每邊各9個(gè)滑靴，保證了整個(gè)滑移區(qū)天窗架在軌道上滑移。

2.1.2 爬行器選用及布置

2.1.2.1 滑移推力統(tǒng)計(jì)

在滑移過(guò)程中，頂推器所施加的推力和所有滑移座與滑道間的摩擦力f達(dá)到平衡。

摩擦力f=滑移座在結(jié)構(gòu)自重作用下豎向反力×1.2×0.15。

滑移座與滑軌之間的摩擦系數(shù)偏安全考慮取為0.2，1.2為自重放大系數(shù)。

滑移單元的重量約為90 t，則頂推滑移過(guò)程中所需的頂推力為：

f=90×1.2×0.2=21.6 t

單個(gè)滑移單元每條滑道上設(shè)置1個(gè)頂推點(diǎn)，每個(gè)頂推點(diǎn)配置1臺(tái)RY 30-600型液壓頂推器，單個(gè)滑移單元共配置2臺(tái)。單臺(tái)RY 30-600型液壓頂推器的額定頂推驅(qū)動(dòng)力為30t，則頂推點(diǎn)的總頂推力設(shè)計(jì)值為60t>21.6t,能夠滿(mǎn)足滑移施工的要求。

單個(gè)提升單元各條滑道所需頂推力見(jiàn)表1。

表1 滑移區(qū)滑道頂推力統(tǒng)計(jì)

2.1.2.2 液壓爬行器布置

滿(mǎn)足鋼網(wǎng)格天窗累積滑移驅(qū)動(dòng)力的要求，盡量使每臺(tái)液壓爬行器受載均勻；盡量保證每臺(tái)泵站驅(qū)動(dòng)的液壓爬行器數(shù)量相等，提高泵源系統(tǒng)利用率。在總體布置時(shí)，要認(rèn)真考慮系統(tǒng)的安全性和可靠性，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.3 滑移同步控制

2.1.3.1 同步控制策略

液壓滑移同步控制應(yīng)滿(mǎn)足兩點(diǎn)要求：(1) 盡量保證各臺(tái)液壓牽引器均勻受載；(2) 保證各個(gè)滑移點(diǎn)保持同步。

控制系統(tǒng)根據(jù)一定的控制策略和算法實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備滑移的姿態(tài)控制和荷載控制。在液壓爬行過(guò)程中，從保證安全角度來(lái)看，應(yīng)滿(mǎn)足兩點(diǎn)要求：(1) 保證各個(gè)推進(jìn)點(diǎn)均勻受載；(2) 保證推進(jìn)結(jié)構(gòu)的姿態(tài)穩(wěn)定，使在滑移過(guò)程中能夠保持同步。

根據(jù)以上要求制定控制策略為：將E軸線(xiàn)上的液壓爬行器1號(hào)設(shè)定為主令點(diǎn)1，其余液壓爬行器設(shè)為從令點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)控制下從令點(diǎn)以位移差跟蹤主令點(diǎn)，保證每個(gè)牽引點(diǎn)在滑移過(guò)程中始終保持同步(同步精度為±5 mm)，保證鋼桁架在整個(gè)滑移過(guò)程中的穩(wěn)定和平衡。

2.1.3.2 同步測(cè)控

在滑板上設(shè)置容柵旋轉(zhuǎn)位移傳感器，將磁鐵吸附在滑道上，保持純滾動(dòng)，形成位移反饋、速度控制的計(jì)算機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)，隨時(shí)進(jìn)行滑移過(guò)程的測(cè)控。

牽引器同步采用液壓牽引系統(tǒng)本身的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，同步精度可控制在10mm以?xún)?nèi)。

監(jiān)測(cè)儀器為瑞士萊卡儀器廠(chǎng)的TC 2000全站儀，其測(cè)量邊精度為3mm+2×10-6，測(cè)角精度為1″，可自動(dòng)記錄并處理觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，具有精度高、速度快的特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)的精度要求。

2.1.3.3 計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)

液壓同步滑移施工技術(shù)采用計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作、負(fù)載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過(guò)程顯示和故障報(bào)警等多種功能(圖3)。

圖3 液壓牽引控制系統(tǒng)組態(tài)人機(jī)界面

2.2 液壓同步整體提升技術(shù)

“液壓同步提升技術(shù)”采用穿芯式結(jié)構(gòu)液壓提升器作為提升機(jī)具，以柔性鋼絞線(xiàn)作為提升承重索具，有著安全、可靠、承重件自身重量輕、運(yùn)輸安裝方便、中間不必鑲接等一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。液壓提升器兩端的楔型錨具具有單向自鎖作用，當(dāng)錨具工作(緊)時(shí)，會(huì)自動(dòng)鎖緊鋼絞線(xiàn)；錨具不工作(松)時(shí)，放開(kāi)鋼絞線(xiàn)，鋼絞線(xiàn)可上下活動(dòng)。當(dāng)液壓提升器周期重復(fù)動(dòng)作時(shí)，被提升重物則一步步向前移動(dòng)。本工程液壓提升器一個(gè)行程距離為30 cm，正式提升速度約為8 m/h。

2.2.1 相關(guān)提升技術(shù)參數(shù)

天窗滑移部分就位后，與其他天窗結(jié)構(gòu)對(duì)接拼裝成為整體結(jié)構(gòu)，對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行提升。提升點(diǎn)位布置依據(jù)原結(jié)構(gòu)中拉桿和吊柱的位置，共設(shè)18個(gè)提升點(diǎn)(圖4)，每個(gè)提升點(diǎn)布置1臺(tái)40 t油缸。

圖4 天窗提升點(diǎn)布置

油缸及鋼膠線(xiàn)性能見(jiàn)表2、表3。

表2 油缸性能

表3 鋼絞線(xiàn)性能

根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范《重型結(jié)構(gòu)(設(shè)備)整體提升技術(shù)規(guī)程(DG/TJ08-2056-2009)》，第7.1.3規(guī)定總提升能力(所有提升油缸總額定載荷)應(yīng)不小于總提升荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1.25倍，且不大于2倍；第7.1.2規(guī)定提升油缸中單根鋼絞線(xiàn)的拉力設(shè)計(jì)值不得超過(guò)其破斷拉力的50%。因此此提升能力儲(chǔ)備系數(shù)及鋼絞線(xiàn)的安全系數(shù)完全滿(mǎn)足大型構(gòu)件提升工況的要求。

2.2.2 泵站的布置

結(jié)合本工程提升油缸的布置，共準(zhǔn)備5臺(tái)液壓泵站，流量為80 L/min。泵站為雙泵、雙比例閥和雙路液壓泵站，兩路既能夠獨(dú)立使用，也能夠合并使用。

根據(jù)上述液壓泵站配置，提升速度可達(dá)3～5 m/h。泵站技術(shù)參考見(jiàn)表4。

表4 泵站技術(shù)參數(shù)

2.2.3 提升同步控制

提升控制系統(tǒng)見(jiàn)圖5。

圖5 計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)

(1) 地面布置1臺(tái)計(jì)算機(jī)控制柜，從計(jì)算機(jī)控制柜引出比例閥通訊線(xiàn)、電磁閥通訊線(xiàn)、油缸信號(hào)通訊線(xiàn)、工作電源線(xiàn)。

(2) 通過(guò)比例閥通訊線(xiàn)、電磁閥通訊線(xiàn)將所有泵站聯(lián)網(wǎng)。

(3) 通過(guò)油缸信號(hào)通訊線(xiàn)將所有油缸信號(hào)通訊模塊聯(lián)網(wǎng)。

(4) 通過(guò)電源線(xiàn)將所有的模塊電源線(xiàn)連接。

當(dāng)完成傳感器的安裝和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的連接后，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的布置就完成。

2.3 預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)

預(yù)應(yīng)力張拉進(jìn)行2級(jí)張拉，不考慮結(jié)構(gòu)屋面荷載，長(zhǎng)跨最大鋼拉桿張拉力為696 kN，短跨最大張拉力475 kN，每榀預(yù)應(yīng)力桁架在拼裝滑移時(shí)張拉90%，提升完畢后張拉至設(shè)計(jì)值。

鋼拉桿的安裝端位于桿的兩端，采用的叉耳式索頭。安裝前檢測(cè)耳板的厚度是否與索頭配套，若有差別盡快調(diào)整。安裝時(shí)將套筒松開(kāi)一定的長(zhǎng)度以便于安裝。鋼拉桿的張拉端位于中間的連接套筒處，張拉工裝及張拉操作均在此處進(jìn)行。

張拉端在拉桿的中間，張拉節(jié)點(diǎn)位于徑向桿連接套筒處。施加預(yù)應(yīng)力的方法是：根據(jù)設(shè)計(jì)張拉力的值，通過(guò)油泵將油壓傳給兩個(gè)千斤頂，然后調(diào)節(jié)自身的調(diào)節(jié)套筒達(dá)到所要施加的力。

由于工程張拉設(shè)備組件較多，因此在進(jìn)行安裝時(shí)必須小心安放，使張拉設(shè)備形心與鋼拉桿重合，以保證預(yù)應(yīng)力鋼拉桿(索)在進(jìn)行張拉時(shí)不產(chǎn)生偏心。

在油泵啟動(dòng)供油正常后，開(kāi)始加壓，當(dāng)壓力達(dá)到鋼拉桿(索)設(shè)計(jì)拉力時(shí)，超張拉5%左右，然后停止加壓。張拉時(shí)，要控制給油速度，給油時(shí)間不應(yīng)低于0.5min。

3 施工體會(huì)

通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)安裝高度高、跨度較大、施工場(chǎng)地狹小的城市綜合體屋頂采光天窗的滑移、整體提升等施工方法進(jìn)行了驗(yàn)證，達(dá)到了提高工作效率、降低施工成本、保證施工質(zhì)量及安全的目的，特別適用于大型公共建筑、城市綜合體、體育場(chǎng)館等大體積建筑屋頂天窗或屋蓋結(jié)構(gòu)的安裝。

本施工方法是將傳統(tǒng)的搭設(shè)滿(mǎn)堂支撐架作為操作平臺(tái)進(jìn)行高空散拼，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)調(diào)整為先在最高樓板面上進(jìn)行滑移拼裝，然后在進(jìn)行整體提升的施工方法。此施工方法符合社會(huì)可持續(xù)發(fā)展要求，節(jié)約施工成本，縮短施工工期，同時(shí)保證施工質(zhì)量和安全。這種滑移+提升相結(jié)合的施工方法在類(lèi)似結(jié)構(gòu)施工中上屬首次。

[1] 吳欣之.現(xiàn)代建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2009.

[2] GB 50755-2012 鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

吳大剛，男，大學(xué)，工程師。

758.11

B

[定稿日期]2015-11-30