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中國石油大廈主中庭鋼結構索桁架整體提升施工技術

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:15 [收藏]



    摘要：中石油大廈主中庭屋蓋結構施工，采用地面拼裝、整體提升的方法，屋蓋的面積達1600多m2，為預應力索結構，在國內尚屬首次。
    關鍵詞：整體提升；預應力索；千斤頂；泵站

    中國石油大廈工程所需整體提升鋼結構部分為中庭屋頂，長43．2m，寬40．5m，是由兩榀桁架HJ2和31榀桁架SHJ組成。其中HJ2單重約200 t，SHJ單重約6 t，總重約600t，加上31根索及索頭，中庭屋面結構總重約650 t。安裝就位標高為53．5 m。針對提升重量大、安裝標高較高的結構，整體提升有高空組拼式和地面拼裝后整體提升兩種方法。
    高空組拼式安裝方法需要在中庭范圍內由地面到53．5 m高空搭設滿堂腳手架，地下室還需要支頂，工作量大，工期長，工作效率低。
    地面拼裝后整體提升的方法是先將散件在地面胎架上拼裝，最后整體提升到設計標高，難度相對空中散拼大大降低，具有工作量小、工期短、工作效率高等特點。
    結合本工程的特點，經過計算分析決定采用地面散拼后整體提升就位的安裝方法。
    本工程提升的難點和重點在于面積大、結構體系柔、提升點多。針對這種結構體系，在提升的過程中，必須要保證各提升點的同步性。為達到同步提升的目的，我們首先進行結構整體提升計算分析，分析每個提升點的受力，對千斤頂和油泵進行合理的布置，使各個提升點同步進行提升。

    1主中庭屋蓋施工準備

    1．1施工模擬計算
    1．1．1 HJ2、頂棚上弦整體拼裝計算
    先在地面拼裝頂棚張弦梁結構上弦與HJ2桁架，在頂棚上弦中部設置六處支撐點，兩側與主樓的連接處每8．1 m處設置一個支撐。
    由于在地面拼裝，結構荷載僅有結構自重，荷載小，支撐點在滿足結構拼裝要求的情況下，上弦結構變位和應力很小，說明張弦梁結構是安全的。
    1．1．2 HJ2、頂棚鋼結構整體提升
    在地面拼裝完HJ2和頂棚上弦的構件，安裝下弦的索，并施加預應力，施加到最終預應力的100％。
    頂棚整體提升時，一定要保證張弦梁結構兩側提升點在提升過程中各提升點的同步性，盡可能控制各提升點提升高度差異，這樣才能保證整體結構在提升過程中內力分配均勻和結構的整體穩定。
    在提升過程中，頂棚結構中部最大起拱值為88mm，X向水平的最大位移為3．78 mm，l，向水平最大位移為1．5mm。整體提升時HJ2在結構自重下的撓度為13．62 mm，基本滿足施工過程中結構的撓度要求。兩側的HJ2由于剛度較大，所以豎向位移較小，約14mm的位移，完全能保證提升過程中的剛度要求。各支座間最大位移差為6．4 mm。
    各提升點的內力為鋼結構自重標準值，建議各提升點的內力設計值為1．2×1．5xE，高差的允許值控制在10 MM為宜。各提升點高差過大，易引起相鄰提升點的提升索松弛，造成提升力卸載，部分提升點分擔較多的內力。
    1．2提升體系的設計和布置
    1．2．1提升吊點及同步觀測點的布置


    在提升過程中，我們除了監控提升的14個點以外,在屋面中間還設置了5個觀測點。
    1．2．2提升油缸的選擇與布置
    根據提升油缸的選用原則和現有的設備能力以及本工程的實際情況，在本工程中使用40t提升油缸。選用的所有油缸都經過多項工程的成功應用，提升油缸從未出現故障，表現出很高的可靠性。
    根據各個提升吊點的受力情況以及結構本身的特點，我們在2、6、9、13號提升點各布置3臺提升油缸，其他各個提升吊點各布置兩臺提升油缸。各吊點的提升油缸布置見表1。
    表1各吊點提升油缸布置

    1．2．3液壓系統的選擇與布置
    作為提升油缸進行提升作業的驅動設備，液壓泵站的選擇應滿足提升油缸驅動數量、提升速度、提升過程中同步調節性能以及控制模式等要求。
    根據上述原則，結合本工程提升油缸的布置。共準備6臺液壓泵站，流量為4Q L／min，兩側主結構上各布置3臺。該規格的泵站為雙泵、單比例閥和雙路液壓泵站．提升速度可達3 m／h．

    2主中庭屋蓋現場施工

    經過幾次專家論證，模擬現場計算，對已有結構測量定位，提升托座安裝等準備措施，中庭整體屋面開始試提升。設計、監理、業主及各方專家親臨現場指揮。
    第一次試提升，準備一次提升300 mm(300 mm是一個油缸行程)。但提升最初桁架出現了扭轉，由于設計提供屋面各點的受力值與實際值有出入，初步認為可能是桁架外側點受力值偏大或內側點受力偏小．所以桁架本身出現了外高內低的情況(圖3)。
    為盡快找到準確的屋面各點受力值，并能隨時控制提升14個點的油缸流量及壓力大小，我們在每個點增加截流閥，南、北各兩個減壓閥(圖4)。
    要求測量全程監控，每提升25 mm測量一次整體標高，然后單點調整水平度，保證整體基本水平后再繼續提升。第一次6號點提升25 mm，9號點提升20 mm9此-時以14號點為坐標原點(0，0)，最大偏差出現在6號點(0，59)；隨后再單提6號點40mm，9號點提升20mm, 以14號點為坐標原點(0，0)，最大偏差出現在13號點(0，-39)。

    經過1 d的提升，以14號點為坐標原點(0，0)，最大偏差出現在6號和13號點(0，一9)，為保證整體能保持穩定的趨勢上升，決定調整油泵位置和油路連接形式。
    在正式提升過程中，為保證提升屋面上空四周沒有障礙物，專門安排一個人員在整體屋面上隨著屋面提升檢查墻面突出物，及時消除隱患。夜間提升時在6個測量點設置探照燈，方便測量。各個提升點及測量處均設有人員并配有對講機，隨時進行協調調配(圖5)。各個泵站油缸伸縮量和測量標高值統一匯總到總指揮臺，由總指揮臺分析研究后，發出下步提升命令。
    最初以每次行程20-60MM向上提升，逐步掌握提升受力值及油缸壓力值后，最大一次行程為4800mm(圖6)。
    提升初期整個過程全部在人為控制下完成，后期根據找到的平衡點計算機控制完成提升過程。其中與主結構托座對接也是一個相對復雜的過程。整體屋面接近已有結構托座是在夜間，為方便對接，決定第二日上午進行。主結構托座是連接在桁架柱上的，由于整體垂直度有些許變形，導致托座與桁架連接時出現偏差。其中8、9號點和對角點1、2號點托座偏差比較小。其余6、7、13、14號點在提升時最大偏差10mm。我們采用千斤頂矯正對接偏差。桁架托座的加勁板與屋面之間空隙很小，為防止相互碰撞，采用楔子分開或切割連接板(圖7)。

    經過3 d的試提升，正式提升3 d后，中庭屋面終于與結構對接完成，下一步工序就是將桁架與托座焊接，將屋面處托座安裝。
    3結束語
    結合現場實際，有針對性地編制合理的施工工藝，是確保現場施工質量的重要前提。施工過程中嚴格執行已定的工藝要求是施工質量的保證。同時，謹慎大膽的采用新工藝新技術，可起到提高施工質量及施工效率的作用。
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