钢结构液压同步提升.docx
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钢结构液压同步提升
1工程概况
钢结构屋面主要由H型钢梁组成，屋面主梁两侧与混凝土劲性柱（预埋件）连接，主钢梁规格包括H1500×800×25×50（H1800×800×28×50）、H1300×500×28×45（H1800×500×28×45）等，次梁规格为HN600×200×11×17。
图1、冰场屋面结构平面图
2方案思路
2.1方案整体思路
若采用分件高空散装，不但高空组装、焊接工作量大、现场机械设备很难满足吊装要求，而且所需高空组拼胎架用量多、搭设高度大，存在很大的安全、质量风险。
施工的难度大，不利于钢结构现场安装的工期控制。
根据以往类似工程的成功经验，若将钢结构在正下方楼面上分块拼装成整体后，利用“超大型构件液压同步提升技术”将其整体提升到位，将大大降低安装施工难度，于质量、安全、工期和施工成本控制等均有利。
在此思路指导之下，结合现场主体结构施工工序组织，确定钢结构共分为3个提升单元，每个提升单元单独提升，整个屋面结构两次提升到位。
提升具体思路如下：
✧钢结构在投影面正下方21.0m标高的楼面上散拼成整体提升单元；
✧利用与提升单元两侧的混凝土劲性柱设置提升平台（上吊点），安装液压同步提升系统设备；
✧在提升单元的钢梁的两端设置提升下吊点结构，安装提升专用地锚；
✧在提升上下吊点之间安装专用钢绞线；
✧调试液压同步提升系统；
✧张拉钢绞线，使得所有钢绞线均匀受力；
✧检查屋面结构提升单元以及液压同步提升的所有临时措施是否满足设计要求；
✧确认无误后，开始试提升，即将提升单元提升约150mm后，暂停提升；
✧微调提升单元的各个吊点的标高，使其处于水平。
✧再次检查屋面结构提升单元以及液压同步提升临时措施有无异常；
✧确认无异常情况后，利用液压同步提升系统设备将提升结构单元整体提升至设计标高；
✧提升结构单元与上部结构对接，形成整体；
✧液压提升系统整体卸载，完成钢结构单个提升单元的整体提升安装；
✧按照以上步骤提升其它提升单元，最终完成屋面结构的安装。
2.2方案优点
本工程中屋面管桁架钢结构采用整体液压同步提升技术进行吊装，具有如下明显的优点：
✧钢结构主要的拼装、焊接及油漆等工作在楼面的拼装胎架上进行，可用塔吊进行散件吊装，施工效率高，施工质量易于保证；
✧钢结构的施工作业集中在冰场楼面上，对其它专业的施工影响较小，且能够多作业面平行施工，有利于项目总工期控制；
✧钢结构上的附属次结构件、屋面檩条等可在地面安装或带上，可最大限度地减少高空吊装工作量，缩短安装施工周期；
✧采用“超大型构件液压同步提升施工技术”吊装大跨度钢结构，技术成熟，有大量类似工程成功经验可供借鉴，吊装过程的安全性有保证；
✧通过钢结构的分块整体吊装，将高空作业量降至最少，加之液压提升作业绝对时间较短，能够有效保证钢结构安装的总体工期；
✧液压提升设备设施体积、重量较小，机动能力强，倒运和安装方便，适合本工程的使用；
✧整体提升过程中，屋面结构提升单元可利用液压提升系统设备长时间在空中精确悬停，有利于本方案的实施；
✧提升上下吊点等主要临时结构利用主体结构设置，加之液压同步提升动荷载极小的优点，以及提升平台的重复利用，可以使提升临时设施用量降至最小，有利于施工成本控制。
3液压同步提升关键技术和设备
3.1关键技术和设备
我司已有过将超大型液压同步提升施工技术应用于各种类型的结构、设备吊装工艺的成功经验。
配合本工程施工工艺的创新性，我司主要使用如下关键技术和设备：
✧超大型构件液压同步提升施工技术；
✧YS-SJ-180型液压提升器；
✧YS-SJ-75型液压提升器；
✧YS-PP-60型液压泵源系统；
✧YS-CS-01型计算机同步控制及传感检测系统。
3.2液压同步提升原理
“液压同步提升技术”采用液压提升器作为提升机具，柔性钢绞线作为承重索具。
液压提升器为穿芯式结构，以钢绞线作为提升索具，有着安全、可靠、承重件自身重量轻、运输安装方便等一系列独特优点。
液压提升器两端的楔型锚具具有单向自锁作用。
当锚具工作（紧）时，会自动锁紧钢绞线；锚具不工作（松）时，放开钢绞线，钢绞线可上下活动。
液压提升过程见图2所示，一个流程为液压提升器一个行程。
当液压提升器周期重复动作时，被提升重物则一步步向上移动。
图2、液压提升原理图
液压提升器工作过程详细步骤如下表1所示。
表1、液压提升器提升工作原理表
第1步：
上锚紧，夹紧钢绞线
第2步：
提升器提升重物
第3步：
下锚紧，夹紧钢绞线
第4步：
主油缸微缩，上锚片脱开
第5步：
上锚缸上升，上锚全松
第6步：
主油缸缩回原位
3.3液压同步提升技术的特点
本工程中采用液压压同步提升施工技术，具有以下的特点：
✧采用“液压同步提升施工技术”安装大型设备，技术成熟，有大量类似工程成功经验可供借鉴，安装过程的安全性有保证；
✧提升过程中采用计算机同步控制，液压系统传动加速度极小、且可控，能够有效保证整个安装过程的稳定性和安全性；
✧液压同步提升设备、设施体积和重量较小，机动能力强，倒运和安装方便；
✧通过提升设备的扩展组合，提升重量、跨度、面积不受限制。
✧提升反力点等和他临时结构合并设置，加之液压同步提升动荷载极小的优点，可使提升临时设施用量降至最小。
✧安装过程十分安全，并且构件可以在安装过程中的任意位置可靠锁定，任一液压提升设备亦可单独调整，调整精度高，有效的提高了结构提升过程中精度控制的可控性。
✧液压提升器通过液压回路驱动，动作过程中加速度极小，对被提升构件及提升框架结构几乎无附加动荷载（振动和冲击）；
✧设备自动化程度高，操作方便灵活，安全性好，可靠性高，使用面广，通用性强。
✧省去大型吊机的作业，可大大节省机械设备、人力资源；
3.4液压提升设备
本工程中液压提升承重设备主要采用穿芯式液压提升器，型号为YS-SJ-180型和YS-SJ-75型，额定提升重量分别为180t和75t，液压提升器如图3所示。
图3、YS-SJ型液压提升器
3.5液压泵源系统
液压泵源系统为液压提升器提供动力，并通过就地控制器对多台或单台液压提升器进行控制和调整，执行液压同步提升计算机控制系统的指令并反馈数据。
液压泵源系统如图4所示。
图4、YS-PP-60型液压泵源系统
3.6计算机同步控制及传感检测系统
“液压同步提升施工技术”采用传感监测和计算机集中控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、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等多种功能。
本公司拟用于本工程的液压同步系统设备采用CAN总线控制、以及从主控制器到液压提升器的三级控制，实现了对系统中每一个液压提升器的独立实时监控和调整，从而使得液压同步提升过程的同步控制精度更高，更加及时、可控和安全。
操作人员可在中央控制室通过液压同步计算机控制系统人机界面进行液压顶推过程及相关数据的观察和（或）控制指令的发布。
通过计算机人机界面的操作，可以实现自动控制、顺控（单行程动作）、手动控制以及单台提升器的点动操作，从而达到钢结构整体提升安装工艺中所需要的同步位移、安装就位调整、单点毫米级微调等特殊要求。
本工程拟采用两套YS-CS-01型计算机同步控制及传感检测系统，其操作的人机界面见图5所示。
图5、液压同步提升计算机控制系统人机界面
4施工工艺重点说明
4.1提升单元的划分
本工程中钢结构分为3个提升单元，提升单元的划分见图6所示。
图6、钢结构提升单元划分
表2、提升单元概况
序号
名称
位置
主梁数量
说明
1
第一提升单元
2-7线×D～H轴
13
总重约615t，设置8组提升吊点
2
第二提升单元
2-7线×H～M轴
13
总重约480t，设置10组提升吊点
合计
26
4.2提升吊点选择
采用液压同步提升技术整体吊装大跨度钢结构，必须事先选择好合适的提升吊点。
吊点的选择应首先充分考虑到被提升结构的受力体系特点，以尽量不改变结构受力体系为原则，使得提升吊装过程中，结构的应力比以及变形情况均控制在可以接受的范围内。
各区域的提升吊点设置如下：
图7、提升吊点平面布置图
表3、各提升吊点反力表
序号
名称
位置
数量
提升反力（kN）
1
提升吊点1
2-3/2-6线×M轴
2
20
2
提升吊点2
2-2线×G～L轴
5
55
提升吊点3
2-2线×F轴
1
80
提升吊点4
2-2线×E轴
1
96
提升吊点5
2-2线×D轴
1
60
提升吊点6
2-7线×G～L轴
5
55
提升吊点7
2-7线×F轴
1
45
提升吊点8
2-7线×F轴
1
91
提升吊点9
2-7线×D轴
1
133
合计
18
1095
4.3提升上吊点的设置
采用液压同步提升设备吊装大跨度钢结构，需要设置合理的提升上吊点。
提升上吊点即提升平台，在其上设置液压提升器。
液压提升器通过提升专用钢绞线与钢结构整体提升单元上的对应下吊点相连接。
根据以上思路，提升平台利用混凝土劲性柱以及屋面梁牛腿，用型钢搭设临时提升平台，临时平台与钢骨柱及屋面梁牛腿采用刚性连接。
液压提升器安装在临时平台的提升梁上，提升专用钢绞线通过牛腿上的开孔穿过与下吊点连接。
4.3.1提升平台一
提升平台一适用于提升吊点1，共计2组，最大提升反力为200kN，提升平台梁规格为B400*300*16，平台立柱规格为H300*300*10*15，拉杆规格为H200*200*8*12，撑杆规格为H300*300*10*15，提升平台一见图8所示。
图8、提升平台一
图9、提升平台一计算简图
提升平台尺寸分别为A=1200mm。
提升反力设计值F=1.4*200=280kN。
提升平台最大弯矩M=FA=280*1.2=336kN·m，最大剪力V=F=280kN。
提升平台梁验算：
Wx=2434980mm3，A=21376mm2
，满足设计要求；
，满足设计要求；
4.3.2提升平台二
提升平台二适用于提升吊点2和提升吊点3，共计6组，最大提升反力为800kN，提升平台梁规格为B400*300*16，平台立柱规格为H300*300*10*15，拉杆规格为H200*200*8*12，上撑杆规格为H300*300*10*15，下撑杆规格为HN488*300*11*18，材料材质均为Q345B。
提升平台二具体形式如下图10所示。
图10、提升平台二
图11提升平台二计算简图
提升平台尺寸分别为H1=2500mm，H2=3080mm，l=1065mm，a=135mm，L1=2310mm，L2=4988mm，α=27º，β=47º。
提升反力设计值F=1.4*800=1120kN。
RA=F/2（2+3a/l）=1120/2*（2+3*135/1065）=1333kN
RB=-3Fa/2l=-3/2*1120*135/1065=-213kN
MA=-Fa=1120*0.135=-152kN·m
MB=Fa/2=76kN·m
RC=RA*cosα=1333A*cos27º=1188kN
RD=RC*cosβ=1188*cos47º=810kN
提升平台梁验算：
Wx=2434980mm3，A=21376mm2
，满足设计要求；
，满足设计要求；
上部撑杆验算：
撑杆截面特性：
A=117cm2，ix=13.05cm，iy=7.597cm，则撑杆长细比λx＝L1/ix=2310/130.5=17.7，λy＝L1/iy=2310/75.97=30.41，φx＝0.965，φy＝0.859，考虑压杆承载力降低系数η=0.785。
强度验算：
RC/（Aη）=1188000/（11700*0.785）=102MPa平面内稳定验算：
RC/（φxA）=1188000/（0.965*11700*0.785）=135MPa平面外稳定验算：
RC/（φyA）=1188000/（0.859*11700*0.785）=151MPa拉杆验算：
R拉=RB*cos52º=445*0.6157=274kN
R拉/A=274000/2167.7=127MPa下部撑杆验算：
撑杆截面特性：
A=157.72cm2，ix=20.78cm，iy=7.17cm，则撑杆长细比λx＝L2/ix=4988/207.8=24，λy＝L2/iy=4988/71.7=69.58，φx＝0.939，φy＝0.551，考虑压杆承载力降低系数η=0.759。
强度验算：
RD/（Aη）=810000/（15772*0.759）=67.7MPa平面内稳定验算：
RD/（φxA）=810000/（0.939*15772*0.759）=72.1MPa平面外稳定验算：
RD/（φyA）=810000/（0.551*15772*0.759）=123MPa下部撑杆需设置加劲板，加劲板厚度8mm，间距800mm。
预埋件验算：
V埋=RD*cos47º=810*0.682=552kN
则预埋件的焊缝高度按照8mm计算，长度计算如下：
LW=V埋/（0.7hf*σ）=552000/（0.7*8*160）=616mm,
按照以上计算，预埋件锚筋选用8根L75*8的角钢，总焊缝长度=75*2*8=1200mm，可以满足设计要求。
预埋件形式如下图12所示。
图12、预埋件详图一
4.3.3提升平台三
提升平台三适用于提升吊点4，共计1组，最大提升反力为960kN，提升平台梁规格为B400*300*16，平台立柱为钢骨柱的延伸段，规格为H600*500*20*30，撑杆规格为HN488*300*11*18，材料材质均为Q345B。
由于提升吊点4无法直接与屋面钢梁连接，故下吊点采用一根短托梁将相邻的两根屋面梁连接成整体，下吊点专用吊具直接与短托梁连接，短托梁规格采用H700*300*12*24的型钢。
提升平台三具体形式及下吊点连接形式见图13所示。
图13、提升平台三
图14、提升平台三计算简图
提升平台尺寸分别为l=4665mm，a=135mm，L1=7454mm，α=37º。
提升反力设计值F=1.4*960=1344kN。
RA=F/2（2+3a/l）=1344/2*（2+3*135/4665）=1402kN
RB=-3Fa/2l=-3/2*1344*135/1065=-256kN
MA=-Fa=1344*0.135=-299kN·m
MB=Fa/2=150kN·m
RC=RA*cosα=1402*cos37º=1120kN
提升平台梁验算：
Wx=2434980mm3，A=21376mm2
，满足设计要求；
，满足设计要求；
撑杆验算：
撑杆截面特性：
A=157.72cm2，ix=20.78cm，iy=7.17cm，则撑杆长细比λx＝L/ix=7454/207.8=35.86，λy＝L/iy=7454/71.7=103.98，φx＝0.8847，φy＝0.3524，考虑压杆承载力降低系数η=0.679。
强度验算：
Rc/（Aη）=1120000/（15772*0.679）=105MPa平面内稳定验算：
Rc/（φxA）=1120000/（0.8847*15772*0.679）=119MPa平面外稳定验算：
Rc/（φyA）=1120000/（0.3524*15772*0.679）=298MPa>f=295MPa，不满足设计要求！
安装后在撑杆两侧增加水平支撑，水平支撑与平台两侧钢梁临时连接，同时，撑杆需设置加劲板，加劲板厚度10mm，间距800mm。
短托梁计算
短托梁截面抗弯模量W=5560190mm3，抗剪截面面积8476mm2。
提升反力设计值F=1.4*960=1344kN，最大弯矩M=1344*1.05=1411kN·m，最大剪力V=F=1344kN。
，满足设计要求；
，不满足设计要求；
因短托梁抗剪不满足设计要求，故需对短托梁进行改造，在其两侧各焊接1块12mm的钢板，使其截面变为箱型截面。
其截面形式如右图：
，满足设计要求。
4.3.4提升平台四
提升平台四适用于提升吊点5，共计1组，最大提升反力为600kN，提升平台梁规格为B400*300*16，撑杆规格为HN488*300*11*18，提升平台梁及撑杆均与主楼混凝土柱通过后装埋件连接，材料材质均为Q345B。
提升平台四具体形式如下图15所示。
图15、提升平台四
提升平台四计算见图见图14。
提升平台尺寸分别为l=4565mm，a=135mm，L1=7536mm，α=37º。
提升反力设计值F=1.4*600=840kN。
RA=F/2（2+3a/l）=840/2*（2+3*135/4565）=877kN
RB=-3Fa/2l=-3/2*840*135/4565=-38kN
MA=-Fa=840*0.135=-114kN·m
MB=Fa/2=57kN·m
RC=RA*cosα=877*cos37º=700kN
提升平台梁验算：
Wx=2434980mm3，A=21376mm2
，满足设计要求；
，满足设计要求；
撑杆验算：
撑杆截面特性：
A=157.72cm2，ix=20.78cm，iy=7.17cm，则撑杆长细比λx＝L/ix=7536/207.8=36.26，λy＝L/iy=7454/71.7=105.1，φx＝0.8827，φy＝0.3474，考虑压杆承载力降低系数η=0.679。
强度验算：
Rc/（Aη）=700000/（15772*0.676）=65.7MPa平面内稳定验算：
Rc/（φxA）=700000/（0.8827*15772*0.676）=75MPa平面外稳定验算：
Rc/（φyA）=700000/（0.3474*15772*0.676）=189MPa>f=295MPa，满足设计要求！
撑杆需设置加劲板，加劲板厚度10mm，间距800mm。
预埋件验算：
提升平台采用预埋件的形式与原有结构连接，预埋件采用化学螺栓与混凝土柱连接，计算另详。
4.3.5提升平台五
提升平台五适用与提升吊点6、提升吊点7和提升吊点8，共计7组，最大提升反力为910kN，提升平台梁规格为B400*300*16，撑杆规格为H300*300*10*15，材料材质均为Q345B。
提升平台五具体形式如下图16所示。
图16、提升平台五
提升平台五计算见图见图14。
提升平台尺寸分别为l=1465mm，a=135mm，L1=2230mm，α=20º。
提升反力设计值F=1.4*910=1274kN。
RA=F/2（2+3a/l）=1274/2*（2+3*135/1465）=1802kN
RB=-3Fa/2l=-3/2*1274*135/1465=-176kN
MA=-Fa=1274*0.135=-172kN·m
RC=RA*cosα=877*cos20º=1693kN
提升平台梁验算：
Wx=2434980mm3，A=21376mm2
，满足设计要求；
，满足设计要求；
撑杆验算：
撑杆截面特性：
A=117cm2，ix=13.05cm，iy=7.597cm，则撑杆长细比λx＝L1/ix=2230/130.5=17.1，λy＝L1/iy=2230/75.97=29.4，φx＝0.968，φy＝0.867，考虑压杆承载力降低系数η=0.785。
强度验算：
RC/（Aη）=1693000/（11700*0.785）=184MPa平面内稳定验算：
RC/（φxA）=1693000/（0.968*11700*0.785）=190MPa平面外稳定验算：
RC/（φyA）=1693000/（0.867*11700*0.785）=213MPa4.3.6提升平台六
提升平台六适用于提升吊点9，共计1组，最大提升反力为1330kN，提升平台梁规格为B500*300*20，上撑杆规格为H300*300*10*15，下撑杆规格为HN488*300*11*18，材料材质均为Q345B。
提升平台六具体形式如下图17所示。
图17、提升平台六
提升平台六计算简图见图11，其中H1=2500mm，l=3065mm，a=135mm，L1=2279mm，L2=2680mm，α=29º，β=45º。
提升反力设计值F=1.4*1330=1862kN。
RA=F/2（2+3a/l）=1862/2*（2+3*135/3065）=2231kN
RB=-3Fa/2l=-3/2*1862*135/3065=-123kN
MA=-Fa=1862*0.135=252kN·m
RC=RA*cosα=2231*cos29º=1951kN
RD=RC*cosβ=1188*cos45º=1380kN
提升平台梁验算：
Wx=4064210mm3，A=20400mm2
，满足设计要求；
，满足设计要求；
上部撑杆验算：
撑杆截面特性：
A=117cm2，ix=13.05cm，iy=7.597cm，则撑杆长细比λx＝L1/ix=2279/130.5=17.46，λy＝L1/iy=2279/75.97=30，φx＝0.966，φy＝0.862，考虑压杆承载力降低系数η=0.785。
强度验算：
RC/（Aη）=1951000/（11700*0.785）=213MPa平面内稳定验算：
RC/（φxA）=1951000/（0.966*11700*0.785）=220MPa平面外稳定验算：
RC/（φyA）=1951000/（0.862*11700*0.785）=247MPa4.4提升下吊点的设置
屋面结构提升单元在整体提升过程中主要承受自重产生的垂直荷载。
提升吊点的设置以尽量不改变结构原有受力体系为原则。
本工程中根据提升上吊点的设置，下吊点分别垂直对应每一上吊点设置在待提升的钢梁上翼缘上。
根据钢梁提升中心的位置焊接专用吊具，提升下吊点吊具如下图18所示。
图18、提升下吊点吊具图
4.5托梁计算
根据本工程的施工工艺，提升时需在屋面梁底部设置钢托梁，用于搁置不在吊点位置的屋面钢梁，以达到整体提升的目的，钢托梁通长布置于2-3线和2-6线。
托梁布置图如下图19所示。
图19、托梁布置图
4.5.12-E～2-M轴托梁计算
根据提升吊点的布置，钢托梁的主要受力状态为支撑2根钢梁提升，即2-E～2-M轴，其受
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