中國石油大廈主中庭鋼結(jié)構(gòu)索桁架整體提升施工技術(shù)

        作者:建筑鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)施工,采用地面拼裝、整體提升的方法,屋蓋的面積達(dá)1600多m2,為預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu),在國內(nèi)尚屬首次。
          關(guān)鍵詞:整體提升;預(yù)應(yīng)力索;千斤頂;泵站

          中國石油大廈工程所需整體提升鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)總重約650 t。安裝就位標(biāo)高為53.5 m。針對提升重量大、安裝標(biāo)高較高的結(jié)構(gòu),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(nèi)由地面到53.5 m高空搭設(shè)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(shè)計標(biāo)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(jié)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(jié)構(gòu)體系柔、提升點多。針對這種結(jié)構(gòu)體系,在提升的過程中,必須要保證各提升點的同步性。為達(dá)到同步提升的目的,我們首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)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(jìn)行合理的布置,使各個提升點同步進(jìn)行提升。

          1主中庭屋蓋施工準(zhǔn)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(jié)構(gòu)上弦與HJ2桁架,在頂棚上弦中部設(shè)置六處支撐點,兩側(cè)與主樓的連接處每8.1 m處設(shè)置一個支撐。
          由于在地面拼裝,結(jié)構(gòu)荷載僅有結(jié)構(gòu)自重,荷載小,支撐點在滿足結(jié)構(gòu)拼裝要求的情況下,上弦結(jié)構(gòu)變位和應(yīng)力很小,說明張弦梁結(jié)構(gòu)是安全的。
          1.1.2 HJ2、頂棚鋼結(jié)構(gòu)整體提升
          在地面拼裝完HJ2和頂棚上弦的構(gòu)件,安裝下弦的索,并施加預(yù)應(yīng)力,施加到最終預(yù)應(yīng)力的100%。
          頂棚整體提升時,一定要保證張弦梁結(jié)構(gòu)兩側(cè)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(jié)構(gòu)在提升過程中內(nèi)力分配均勻和結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。
          在提升過程中,頂棚結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)自重下的撓度為13.62 mm,基本滿足施工過程中結(jié)構(gòu)的撓度要求。兩側(cè)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(nèi)力為鋼結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值,建議各提升點的內(nèi)力設(shè)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(dān)較多的內(nèi)力。
          1.2提升體系的設(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(jìn)行提升作業(yè)的驅(qū)動設(shè)備,液壓泵站的選擇應(yīng)滿足提升油缸驅(qū)動數(shù)量、提升速度、提升過程中同步調(diào)節(jié)性能以及控制模式等要求。
          根據(jù)上述原則,結(jié)合本工程提升油缸的布置。共準(zhǔn)備6臺液壓泵站,流量為4Q L/min,兩側(cè)主結(jié)構(gòu)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(dá)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(jié)構(gòu)測量定位,提升托座安裝等準(zhǔn)備措施,中庭整體屋面開始試提升。設(shè)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(zhǔn)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(zhuǎn),由于設(shè)計提供屋面各點的受力值與實際值有出入,初步認(rèn)為可能是桁架外側(cè)點受力值偏大或內(nèi)側(cè)點受力偏小.所以桁架本身出現(xiàn)了外高內(nèi)低的情況(圖3)。
          為盡快找到準(zhǔn)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(biāo)高,然后單點調(diào)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(diào)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(shè)置探照燈,方便測量。各個提升點及測量處均設(shè)有人員并配有對講機(jī),隨時進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)配(圖5)。各個泵站油缸伸縮量和測量標(biāo)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(jī)控制完成提升過程。其中與主結(jié)構(gòu)托座對接也是一個相對復(fù)雜的過程。整體屋面接近已有結(jié)構(gòu)托座是在夜間,為方便對接,決定第二日上午進(jìn)行。主結(jié)構(gòu)托座是連接在桁架柱上的,由于整體垂直度有些許變形,導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(jié)束語
          結(jié)合現(xiàn)場實際,有針對性地編制合理的施工工藝,是確?,F(xiàn)場施工質(zhì)量的重要前提。施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行已定的工藝要求是施工質(zhì)量的保證。同時,謹(jǐn)慎大膽的采用新工藝新技術(shù),可起到提高施工質(zhì)量及施工效率的作用。
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