1、高空钢结构连廊整体提升实践探索 摘要结合工程实例,利用空间有限元程序对被提升结构进行整体建模分析,对提升吊点、连廊拼装、提升单元进行了静力线性分析,得出了结构在提升过程中的变形、应力比。结果表明相关受力构件满足规范要求的结构强度、刚度,能抵抗动力荷载等对结构的不利作用,可作为相关工程的理论依据。 关键词钢结构;整体提升;结构应力;有限元 1工程概况 东阳市总部中心一期G地块工程位于东阳市广福路与艺海北路交叉口,是东阳市江北的经济核心区。该工程由1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号楼组成,总建筑面积25万m2。其中4号楼由东楼、西楼、钢连廊组成,形成“城市之门”的建筑效果。4号楼地下2层,地
2、上26层+3层构架层,总高度107m。钢连廊位于4号楼23层至构架层,共6层,高度为88.8107m,尺寸为24m25m。采用H型钢梁及钢桁架楼板组合结构。每层连廊结构质量为156t,4层钢连廊总质量约624t。 2钢连廊施工难点 本工程属于高层建筑的钢连廊范畴,具有以下特点。(1)钢构件质量大,最大质量为624t,在高层建筑中使用塔式起重机最大起重质量为1030t,无法满足吊装要求。如果采用汽车式起重机,因本工程为整体地下室,顶板无法满足汽车式起重机的荷载,且多台汽车式起重机同时起吊安全风险大。(2)结构悬空,高度较高,达到88.8107m,对高空作业的安全要求高。(3)起吊过程中对结构变形
3、要求高。(4)就位时整体钢结构与原预留的钢梁对接的精度控制难度大。 3方案确定及施工设计 钢连廊施工前施工单位高度重视,监理单位积极参与方案的确定,并组织各参建单位对其他整体提升技术成功应用的工程进行考察(杭州市民中心R座钢连廊,提升质量2600t,提升高度105m;杭州UT斯达康钢连廊,提升质量850t,提升高度26m)。综合考虑最终确定采用液压提升设备(液压泵源系统TJV-60)提升钢结构构件,因无国家标准,采用上海市工程建设规范DG/TJ0820562009重型结构(设备)整体提升技术规程,并编制专项施工方案,由专业人员对液压提升设备的提升能力进行计算并利用计算机建立空间有限元程序对被提
4、升结构进行整体建模分析,结构应力比应小于1,结构变形应小于规范要求1/400,提升反力及钢绞线安全系数均应大于2。确保整体提升符合安全要求并组织了专家论证,针对专家提出的建议,完善施工方案监理项目部编制钢结构整体提升监理实施细则,由总监审核并报总工批准。 3.1整体构思 根据工程特点在地面上进行拼装,然后利用液压千斤顶将整个钢结构提升到设计位置,完成钢结构的安装,在成本上较划算。由于绝大部分工作都在平台上操作,在施工安全上比较有保障。 3.2吊点布置与设备选择 采用液压提升设备(液压泵源系统TJV-60)提升钢结构构件,在待提升构件的正上方设置专用的提升吊点,通过钢绞线与设置在提升构件上的下吊
5、点连接来提升构件。提升吊点设置在框架柱外,本工程提升吊点各吊装单元布置8个,位置相同。钢绞线采用17.8,1860MPa,提升器采用穿芯式液压提升器,额度提升能力为600kN,液压同步提升速度约为6m/h,设备配置见表1。 3.3提升工况 总体安排先提升构架层处3层连廊,连接后再提升23层处一层连廊。采用整体液压同步提升技术,预提升250mm后,停留4h,检查上下吊点及原结构是否稳定,确认无误后开始正式提升。在提升过程中当出现各吊点高差超出20mm时暂停,利用计算机对各吊点进行微调,确保各吊点在同一水平上。提升至设计标高附近,微调各提升点,使钢连廊整体高度满足与混凝土柱上预留主梁的对口精度要求
6、。当出现就位时提升梁与预留主梁在水平位置不能对中时,采用在两端对面焊接7字形钢板利用千斤顶加压,使其对中焊接。连接采用先中间后两边,同一轴线(同一主梁)两端同步焊接。结构在空中各主梁与预埋主梁进行对口焊接,补焊斜撑,使提升结构与原预留主梁成为1个整体受力体系,即提升安装就位。安装就位后各吊点同步卸载,依次为20%,40%,60%,80%,在确认无异常的情况下,可继续卸载至100%,即提升钢绞线不再受力,逐一拆除设备,完成提升安装作业。考虑提升过程中风力对提升将产生不利影响,在拼装时楼承板不予安装,待吊装完成后再安装楼承板,提升单元仅为梁柱结构,减少风力影响,并选择在天气晴好的时候提升。 3.4
7、吊点监测 液压同步提升施工技术采用行程及位移传感监测液压泵源系统(TJV-60)和计算机控制,通过数据反馈和控制指令传递,实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警。监理部在吊装前要求在每个吊点上设置标尺(竖向焊接短钢筋并将500mm短卷尺固定在短钢筋上),安排专人每提升1个楼层测量2次水平变形,并要求施工单位及时调整(单个吊点微调),确保结构在提升中各吊点的水平变形在可控范围内。 3.5有限元模拟分析计算书 3.5.1构架层有限元模拟分析计算书 (1)构架层计算模型如图2所示。(2)结构应力比。通过SAP2000建模分析,结构的最大应力比为0.57,应力比均小于
8、1,结构满足规范要求。(3)结构变形图。通过SAP2000建模分析,结构最大竖向变形仅为9.3mm,跨长约为25000mm,变形为跨长的1/2688,满足规范小于1/400的要求。 3.5.223层有限元模拟分析计算书 (1)结构应力比。通过SAP2000建模分析,结构的最大应力比为0.339,应力比均小于1,结构满足规范要求。(2)结构变形图。通过SAP2000建模分析,结构最大竖向变形仅为6.5mm,跨长约为25000mm,变形为跨长的1/3846,满足规范小于1/400的要求。 4结束语 通过有限元分析软件,对东阳市总部中心一期G地块工程钢结构连廊整体提升吊点及拼装、提升过程进行模拟分析
9、,为施工工艺控制提供了有力支持。现场施工时项目部严格按照规范控制,达到了预期效果,得到了施工单位、建设单位、质量安全监督站、建筑业管理局的一致好评。监理单位在吊装前积极参与,吊装过程中安排专人对吊点检测及安全管理进行全过程旁站,吊装后及时整理相关数据及经验报公司存档。通过本工程的实践为大型钢结构整体提升施工开拓了新的思路,提供了成功实例。 参考文献 1吴欣之.现代建筑钢结构安装技术M.北京:中国电力出版社,2008. 2钢结构工程施工质量验收规范:GB502052012S. 3李瑞锋.液压提升中施工验算边界条件的模拟研究J.建筑施工,2012(8):799800. 作者:杨金华 单位:三方建设集团有限公司第 5 页 共 5 页