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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(wǎng)    
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(jīng)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(wěn)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(jiān)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(jù)提升油缸的選用原則和現(xiàn)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(jīng)過多項工程的成功應用，提升油缸從未出現(xiàn)故障，表現(xiàn)出很高的可靠性。
    根據(jù)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(tǒng)的選擇與布置
    作為提升油缸進行提升作業(yè)的驅動設備，液壓泵站的選擇應滿足提升油缸驅動數(shù)量、提升速度、提升過程中同步調節(jié)性能以及控制模式等要求。
    根據(jù)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(guī)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(xiàn)場施工

    經(jīng)過幾次專家論證，模擬現(xiàn)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(jiān)理、業(yè)主及各方專家親臨現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(jiān)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(xù)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(xiàn)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(xiàn)在13號點(0，-39)。

    經(jīng)過1 d的提升，以14號點為坐標原點(0，0)，最大偏差出現(xiàn)在6號和13號點(0，一9)，為保證整體能保持穩(wěn)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(xié)調調配(圖5)。各個泵站油缸伸縮量和測量標高值統(tǒng)一匯總到總指揮臺，由總指揮臺分析研究后，發(fā)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(jù)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(xiàn)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(jīng)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(xiàn)場實際，有針對性地編制合理的施工工藝，是確保現(xiàn)場施工質量的重要前提。施工過程中嚴格執(zhí)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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