钢桁架整体提升的设计与施工.docx

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钢桁架整体提升的设计与施工

危险性较大的分部分项工程

安全专项方案编制示范文本之三

钢桁架整体液压提升吊装专项施工方案的编制

一、概述

钢桁架整体液压提升法是多年来在国内广泛应用于建筑安装施工中的一种大型构件吊装方法。

这种方法一次安装到位、安装精度高、安全可靠、缩短安装工期，已成为成熟的施工工法，列为建设部开发推广应用的新技术。

采用地面拼装和利用计算机控制液压同步提升技术多点高精度整体提升的方法，解决了超重钢桁架的起重和安装施工难题. 该方法结合工程结构形式，尽量利用原结构作为提升的上、下锚点，既方便安装、拆卸，又不影响受力；通过分析和计算，合理选择提升点位，减少桁架提升引起的变形。

 并通过一系列的测量和焊接措施，保证了桁架地面拼装和提升的精度，实现了现场拼装高强螺栓的顺利安装。

该方法适用于大跨度钢屋盖结构、高层超高层钢桁架结构等大型钢结构工程中； 钢结构体型及面积较大，空中组拼难度较大，层高较高的钢桁架，如体育场馆、展览中心、影剧院等。

钢结构跨度较大，结构刚性较好，架空较高的钢桁架构成的支撑、梁、连廊（通廊）等。

提升过程中的受力状态与设计工况受力状态相近，可确保钢结构在结构面或地面位置拼装，能减少高处作业，降低施工安全风险。

我省施工安装企业近年来先后在众多个大跨度重型钢桁架结构安装施工中，如：

哈尔滨太平国际机场飞机库、黑龙江省电视台红宝石演播大厅、长春一汽、黑龙江农垦大学、呼兰河桥钢结构管廊等项目成功应用了这一先进技术。

取得了施工质量优、合同履约好、安全无事故的工程业绩。

二、工艺原理

1  计算机控制液压同步提升技术采用上海同济大学开发的计算机同步控制、液压同步提升、提升油缸集群、柔性钢绞线承重原理。

它的适用条件是：

占用跨内场地；安装高度较高；构建吨位较大；但其限于垂直吊装，不能水平位移。

2  计算机控制液压同步提升技术的核心设备采用计算机控制，可以全自动完成同步升降、实现力和位移控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能，是集机、电、液、传感器、计算机和控制技术于一体的现代化先进设备。

3  计算机控制液压同步提升系统由钢绞线及提升油缸集群（承重部件）、液压泵站（驱动部件）、传感检测及计算机控制（控制部件）和远程监视系统等几个部分组成。

3.1  钢绞线及提升油缸是系统的承重部件，用来承受提升构件的重量。

用户可以根据提升重量（提升载荷）的大小来配置提升油缸的数量，每个提升吊点中油缸可以并联使用。

3.2  液压泵站是提升系统的动力驱动部分，它的性能及可靠性对整个提升系统稳定可靠工作影响最大。

在液压系统中，采用比例同步技术，这样可以有效地提高整个系统的同步调节性能。

3.3  传感检测主要用来获得提升油缸的位置信息、载荷信息和整个被提升构件空中姿态信息，并将这些信息通过现场实时网络传输给主控计算机。

提升油缸数量确定之后，每台提升油缸上安装一套位置传感器，传感器可以反映主油缸的位置情况、上下锚具的松紧情况。

通过现场实时网络，主控计算机可以获取所有提升油缸的当前状态。

根据提升油缸的当前状态，主控计算机综合用户的控制要求（例如，手动、顺控、自动）可以决定提升油缸的下一步动作。

提升系统上升时，提升油缸的工作流程如下：

首先上锚紧，下锚停，油缸伸缸，张拉钢绞线，将负载通过钢绞线作用于上锚。

当油缸伸到底以后，下锚紧，油缸缩缸，上锚松，将负载由上锚转换至下锚。

油缸缩缸到底，上锚紧，下锚停，油缸伸缸，将负载由下锚转换至上锚，并且通过油缸伸缸将重物提升。

当油缸伸到底，一个行程结束，提升重物也随油缸伸缸提升一个油缸行程。

下锚紧，油缸缩缸，上锚松，将负载由上锚转换至下锚。

油缸缩缸到底，上锚紧，下锚停，油缸伸缸，将负载由下锚转换至上锚，开始新的一个行程，通过油缸伸缸将重物提升；这样通过上下锚具负载的转换，油缸的伸缩，将重物随着油缸的伸缸动作逐步提升至规定高度。

集群油缸系统通过计算机控制系统对所有油缸的动作统一控制、统一指挥，动作一致（同时进行锚具的松紧，同时进行伸缩缸动作等），完成结构件的提升作业。

三、关键技术

1  提升受力点（上、下锚点）的设计、计算与分析

1.1 提升点的选择：

选取合理的提升点位，尽量选择原结构支撑点作为提升点，对于网架、桁架混合结构的大屋盖，提升点要选择桁架部位。

施工前要对提升工况下大屋盖的受力和变形进行仔细的分析和计算，在不发生大的变形情况下，提升点不宜过多。

1.2  采用ANSYS程序，输入相关参数（上下锚点构造图），建立计算模型，给定荷载值，准确地计算出每个提升点位的力。

1.3  提升受力点分析计算：

 多点整体提升同步性控制：

拟提升的结构往往面积大、结构体系柔,故提升点多，针对这种结构体系，在提升的过程中，必须要保证各提升点的同步性。

为了达到同步提升的目的，首先进行结构整体提升计算分析，分析每个提升点的受力，对千斤顶和油泵进行合理的布置。

同时在提升过程中,通过高精度的测量监控,随时进行计算机整体连动调整。

1.4钢桁架整体提升方法：

用钢铰线承重，液压泵站提供动力，千斤顶提升同步控制。

在整体提升的全过程中，对整个系统采用计算机实时控制。

计算机控制技术是整体提升技术的关键环节。

主要分为承载系统、液压系统、远程实时控制系统、传感检测系统四个系统。

四、专项施工方案的编制、实施要求

1、钢桁架起重吊装工程属于危险性较大的分部分项工程，其专项施工方案应由专业施工单位的技术负责人组织编制，报总包单位的安全、技术、设备、质量等部门审核合格后，由总包单位的总工程师和监理总监审批后方可实施。

2、方案实施前，项目技术负责人应向现场管理人员和施工作业人员进行安全技术交底；施工单位应指定专人对方案实施情况进行现场监督，并按规定进行监测。

五、专项施工方案编制的内容

由于钢桁架结构形式和造型的不同，施工现场条件的差异，可以说没有一种方案能通用于任何钢桁架结构吊装，每一项方案都要有各自的适用范围和支持条件。

应根据钢桁架的结构形式、重量、几何尺寸、安装高度、跨度等特点，结合现场实际情况确定工艺方法。

本文提供了选用钢桁架整体液压提升工艺方法时，编制施工组织设计及专项方案所要求的内容（目录）：

1.编制依据

2.工程概况2.1结构概况2.2结构特点与施工重点

3.施工部署3.1施工管理目标

3.1.1安全目标3.1.2质量目标3.1.3工期目标

3.2施工组织机构

3.3进度计划安排

3.4资源配置计划3.4.1物资供应计划3.4.2现场安装劳动力的配置

4.施工准备4.1技术准备4.1.1技术方案编制计划4.1.2试验计划4.1.3测量基准点的交接与测量控制网的建立4.2材料准备4.3地面拼装的施工准备4.4液压提升的施工准备4.5高空安装的施工准备4.6设备、机具、仪器计划

5.钢桁架地面拼装5.1钢桁架地面拼装设备的选择与布置5.1.1吊装设备的选择5.1.2吊装设备的布置5.2桁架的主要安装工艺5.3钢构件的进场、验收和堆放5.3.1钢构件运输5.3.2钢构件的验收5.3.3构件的配套进场及堆放5.4钢桁架构件地面拼装5.4.1地面拼装施工顺序5.4.2钢桁架现场拼装5.4.3桁架安装调校

6.钢桁架提升施工6.1提升方案的选择6.2提升设备的选择及布置6.2.1设备选择6.2.2结构设计及提升有关的关键问题6.2.3设备布置6.2.4提升机具安全性能指标6.3提升工装设计6.3.1提升支撑架设计6.3.2提升过程中支撑点变形验算6.3.3提升锚点及提升机构与桁架连接的设计6.4桁架整体提升验算6.4.1整体提升过程中桁架变位验算6.4.2提升点的提升力计算6.5钢桁架的液压提升施工6.5.1.整体提升技术措施6.5.2提升施工工艺流程6.5.3提升施工原理与工艺6.5.4提升施工阶段6.5.5桁架提升过程示意6.5.6提升过程施工管理措施

7.钢桁架高空安装技术措施7.1.后装段的确定7.2桁架高空就位后的总体安装顺序7.3桁架就位后高空安装阶段变位验算7.4钢桁架高空安装7.4.1钢桁架高空安装的措施7.4.2钢桁架高空安装就位7.4.3钢桁架高空安装节点焊接顺序7.5钢结构安装测量校正7.5.1钢结构测量控制流程7.5.2平面轴线位置控制7.5.3地面拼装过程跟踪测量7.5.4地面拼装完成、上空牛腿施工完成后的测量数据采集7.6桁架各部分在高空安装前的测量与控制7.7钢桁架合拢焊接时环境温度的选择7.8安装钢桁架的辅助结构及补漆

8.钢结构焊接施工8.1焊接施工准备8.1.1焊接技术交底8.1.2焊接材料准备8.1.3焊接机械准备8.1.4焊接质量控制8.2焊接施工工艺8.2.1焊前清理8.2.2定位焊8.2.3焊接过程温度控制8.2.4焊后保温及后热处理8.2.5焊接工艺流程8.3焊接施工工艺顺序8.3.1安装焊接工艺顺序的原则8.3.2安装焊接程序一般规定8.3.3.焊接顺序8.4桁架拼装焊接顺序8.5桁架高空焊接顺序8.6焊接检验8.6.1焊缝外观检验8.6.2焊缝的无损检测8.6.3不合格焊缝的返修

9.提升施工指挥机构、人员岗位及职责安排

10.提升施工进度安排

11.提升期间特殊处理措施11.1钢桁架试提升及提升期间的测量措施11.2提升线路的障碍物处理措施11.3提升期间的结构干涉处理措施11.4提升前的上下锚点结构干涉处理措施11.5高空安装焊接时设备的保护措施11.6防止起升不同步导致的起升点受力不均的措施11.7预防钢铰线焊接导电措施11.8现场通讯措施

12.钢结构质量保证体系与措施12.1质量保证体系12.1.1质量控制体系12.1.2质量检查控制程序12.2质量保证措施12.2.1采购物资质量保证12.2.2技术保证12.3质量控制主要依据、环节及重点12.3.1质控主要依据12.3.2质量控制环节12.3.3质量控制重点12.3.4安装的质量保证措施

13.安全施工管理措施（详见后页）13.1起吊提升过程的安全措施13.2高处安全作业措施13.3安全检测措施　13.4钢桁架提升时的安全围护措施13.5提升期间的钢桁架悬停措施13.6桁架就位后安全措施13.7现场消防措施13.8提升设备安全防护措施13.9提升期间用电安全保障措施13.10突发事件的应急措施预案

14.文明施工环境保护措施14.1文明施工措施14.2环境管理14.3协调关系，防止施工扰民

15.技术资料管理

六、钢桁架提升的实施

1、钢桁架提升工艺流程图（见下页）

2、提升前对钢桁架的加固

根据提升吊点位置对钢桁架在提升过程中的强度、稳定性、结构变形量进行验算。

一般情况下都应对钢桁架采取必要的加固。

为简化对钢桁架验算的复杂性，可假设整体结构为以吊点为支点的简支体系。

同时由于结构的对称性，可将三维问题简化为二维平面等直杆的单元分析。

根据有限单元法很方便地得出桁架中每个受力杆件内应力及变形情况，来确定加固的方式和选取加固的构件的大小。

ε=Bue（3-18）

σ=Eε=EBue（3-19）

式中：

ε——杆端应变列阵；

B——应变矩阵；

E——材料弹性模量；

σ——杆端应力列阵；

ue——杆端位移矩阵。

3、提升准备

3.1．提升设备就位。

利用起重设备将提升设备安装到提升支架或混凝土框架上。

3.2．钢绞线安装。

按要求将钢绞线穿入提升油缸。

3.3．疏导板就位。

为了保证钢绞线在油缸中的位置正确，在安装钢绞线之前，每台油缸应使用一块疏导板。

3.4．安全锚就位。

当油缸出现故障需要更换时，安全锚可以起安全保护作用。

3.5．疏导板和安全锚在安装时，应保证与油缸轴线一致、孔对齐。

3.6．地锚处理。

地锚与钢桁架的连接应经过计算校核，连接可靠。

3.7．钢绞线预紧。

在地锚和油缸钢绞线穿好之后，应对钢绞线进行预紧。

每根钢绞线的预紧力为10kN。

4、提升施工技术要点

4.1．解除钢桁架与地面的所有连接。

认真检查钢桁架是否承受其它多余载荷。

4.2．认真检查提升系统的工作情况（地锚、钢绞线、提升油缸、安全锚、液压泵站、计算机控制系统、传感检测系统）。

对提升系统进行空载试验，检查泵站及油缸运行是否正常，有无泄漏和压力损失；对油缸进行满负载试验，然后再对其进行150%超载试验；对液压泵站电气控制系统进行动作试验，检查各元件动作准确无误。

4.3．特殊情况下试验。

如油管突然破裂、中间停止提升、手动操作失误、各系统抗电磁干扰、突然停电等紧急情况时各安全机构动作是否到位。

4.4．对桁架进行试提升。

采用同步控制的方式完成油缸的第一个行程，这时桁架离地面约200mm，停止提升30分钟左右。

检查钢桁架的受力变形情况的同时，也要对提升系统中油缸、泵站、控制系统进行全面检查，无异常情况后方可继续再作第二、第三行程提升试验。

4.5．试提升完成后，开始正式提升至预定高度。

提升过程中，可以通过计算机控制泵站上流量比例阀流量大小来调节提升的速度。

注意观察钢桁架在整个过程的变形情况。

4.6．提升过程中，认真做好记录工作。

七、专项方案中的施工安全措施

1起吊提升过程的安全措施

1.1建立安全警戒区：

针对起升过程中可能造成危害人身安全及影响起吊过程正常进行的区域范围，建立警戒区,设安全警示带，设置专人看守,明确责任并建立24h值班制度。

起吊过程严格限制施工现场人员流动。

1.2钢桁架结构提升吊装安全措施

1.2.1严禁酒后作业和在工地吸烟,并服从现场管理人员指挥。

严格按照安全规定进行指挥,并做好每天对工人班前安全交底。

1.2.2结构吊装人员进入施工现场,要戴好安全帽、系好帽带、穿好工作服、工作鞋。

高空作业（2m以上）须系好安全带。

专业人员佩戴专职标志。

信号工的旗、哨或对话机要随身携带。

1.2.3提升前对起重装置及钢绞线进行全面系统监测检查。

起吊时先试吊，当整体钢桁架离地200mm左右时，停止起升10~30分钟。

检查构件及吊装机具有无异常现象，测量结构变形，确认无异常后再进行起升。

构件上严禁站人或放零散未装容器的构件。

1.2.4信号指挥者言语、信号应保持一致,指挥要口齿清楚,作业人员要听从统一指挥。

1.2.5．雨天或五级风以上停止提升。

1.2.6．提升过程中要设专人对设备及钢桁架进行检查、观测，如发现异常立即停止提升并及时采取措施。

2高处安全作业措施　　

高处防护作业区域应建立健全安全防护设施、做好防高空坠落的防范措施。

起吊前搭设完成高空组对区域脚手平台。

进入高空作业,要对佩带的安全带认真检查。

系好安全带并将其挂在安全绳上或者将安全带系牢固,随身的工具要挂好或放入工具包中。

高处作业时上下传递工具应用绳索绑好递送,严禁抛撒。

在高空区域内,任何零散的小构件及物品、工具、容器,均不得随手乱放,一定要挂好或放在容器内并将容器固定好。

5级以上大风、雨、雪、浓雾阻碍视线天气,严禁提升吊装作业。

操作人员严禁在钢梁上直立行走,必须要通过时安全带必须挂在梁的安全绳上,脚要踩下翼缘,手扶上翼缘而过。

焊接和安装就位人员在高处操作时,必须穿好劳保用品,系好安全带。

3、安全检测措施　

定期进行安全检测,预防完善起吊过程中的安全检测、预防措施

3.1起吊工程中千斤顶应有专人监测并通过步话机及时通报运行情况。

严防千斤顶打滑等失效情况。

3.2、监测油泵工作情况,出现过热、漏油、输出压力不稳时应及时通报,经总指挥同意后统一停车,严禁单方自作主张单独停车。

3.3、起吊工程中桁架两端增设稳绳,以防钢桁架晃动保证起升过程的平稳进行。

3.4、起升到位后杆件焊接时,做好钢绞线的防电弧烧伤和钢绞线及锚件做好绝缘工作。

4　钢桁架提升时的安全围护措施　

钢桁架在提升前,牛腿及与之相连的钢桁架构件上预先分别搭设操作防护脚手架,并满挂安全网,钢桁架上预先焊好爬梯,待提升完成后,将同一层上的脚手架连成整体,形成安全通道和安装、焊接操作平台。

脚手架与钢柱、钢梁抱成稳定整体,并预铺部分脚手板,脚手板与脚手架应绑扎牢固。

5、提升期间的钢桁架悬停措施　

提升期间的钢桁架悬停包括夜间悬停及不利气候时悬停。

由于钢桁架提升的速度为6m/h,每天结束的时间也应考虑方便钢桁架夜间悬停的位置,提升期间的钢桁架悬停时须采取有效的稳固措施。

悬停点的稳固采用Φ16钢丝绳,在钢桁架每端的弦杆第一个节点处分别设置2根钢丝绳,另一端与建筑结构连接。

连接点采用同样规格的钢丝绳,钢丝绳采取穿门洞环抱中间混凝土墙体的方式。

6、桁架就位后安全措施

建立安全防护区。

针对桁架就位后两端处的构件安装与焊接工作,对可能造成危害人身安全及影响操作工作正常进行的区域范围建立防护区,设置明显的标识,严禁无关人员进入防护区内。

7、消防措施

焊接作业前，作人员必须对现场易燃易爆物品进行清理，气焊点火时不能对人,燃烧的割炬不能随手放置。

乙炔气瓶必须装有防火装置。

氧气表、乙炔表及割炬上不得沾有油污、油脂。

氧气瓶和乙炔瓶要保持10m以上的距离,搬运氧气、乙炔瓶时不应碰撞,乙炔、氧气瓶不能同车运送。

要有防雨、防晒措施,乙炔瓶须立放。

构件堆放场区用麻绳围好做警戒标志,严禁非作业人员进入。

工完场清。

工作完毕后将氧气、乙炔瓶关闭好。

检查作业场地,确无火灾危险后,方可离开。

遇有雷电天气,严禁电焊作业,雨、雪天气,禁止露天电焊作业。

8提升设备安全防护措施

8.1．在钢绞线承重系统设置多道锚具，如安全锚、天锚等。

8.2．每台提升油缸上装有液压锁。

通过调节安全阀的设定压力，限制每点的最高提升能力，确保不会因为提升力过大而破坏结构；同时也防止油管破裂重物下坠。

8.3．液压和电控系统采用联锁设计，以保证提升系统由于误操作带来的失控。

8.4．控制系统具有异常情况自动停机、断电保护等功能。

9、提升期间用电安全保障措施

　在提升期间必须保障用电安全。

每边提升设备的电源采用专用电源线。

现场安排专业电工值班负责现场供电及安全用电。

特殊原因停电时对提升设备进行停电保护措施。

桁架高空就位焊接时应确保焊接回路仅形成于钢桁架和预埋牛腿间,其地线与预埋牛腿接触应保证可靠导电,同时做好下锚及钢绞线的绝缘。

电源线严禁破皮外露。

电焊工工作要戴齐面罩、手套、鞋盖。

电焊机的一次电源线,拆、接须由电工完成。

电焊机需有接地保护。

10、突发事件的应急预案

施工现场进行危险源辨识、风险分析及确定重大危险源，制定有针对性的应急预案。

主编：

孙东明李英超

参编人员：

鲍玉萍齐会林孝延林