基于建筑钢桁架提升施工技术及质量控制的探讨

基于建筑钢桁架提升施工技术及质量控制的探讨

近年来，随着我国建筑行业的快速发展，钢结构建筑因其强度高、重量轻、施工速度快等优点而得到广泛应用。在钢结构建筑的施工过程中，如何安全、高效地完成钢桁架的提升安装是一个重要的技术难题。本文以某配套初中新建项目为例，详细介绍了采用整体液压同步提升技术进行钢桁架提升施工的具体方案、计算分析以及质量控制措施，为类似工程的实施提供了参考和借鉴。

项目概况

上海某配套初中新建项目中，食运楼屋顶桁架提升范围为屋顶层部分钢结构，桁架投影面积707.4 m²，最大安装标高为16.784 m。钢结构的最大跨度为39.3 m，结构顶标高为16.784 m，自身高度为2.0~3.2 m，提升高度约为9 m，提升重量约184 t。其他构件用130 t汽车吊安装，回转半径35 m，最大起重量6.3 t。

图1. 钢结构吊装平面示意图

钢结构施工方案

本项目采用整体液压同步提升技术，安装临时提升平台，利用钢绞线连接上下吊点。这种技术具有技术成熟、操作方便、安全性高、施工高效等优点。具体提升设备配置如下：

图3. 液压提升平台结构示意图

计算分析

液压提升平台设计

提升平台由前、后立柱、提升梁和水平加固杆组成。提升梁规格为B300 × 200 × 14，前后立柱规格为HW200 × 200 × 8 × 12，水平加固杆规格为P114 × 4，提升平台中所有加劲板板厚均为12 mm。

根据本工程中各吊点提升反力大小，最大提升反力为34.8 t，拟选择YS-SJ-45型液压提升器作为主要提升承重设备，45/34.8 = 1.29，满足规范要求的1.25倍的安全系数。

提升平台荷载计算分析

本次钢结构安装采用液压整体提升，上部受力结构为与钢结构上弦组成提升平台，液压提升器作用在提升梁上，采用Midas GEN V860有限元程序仿真分析。其中DL为结构构件自重，LL为提升反力，WL+ WL−为水平风荷载。

参考《重型结构和设备整体提升技术规范》GB51162-2016，应力取基本荷载组合，变形、反力取标准荷载组合，均取包络值。荷载组合见表3所示：

图4. 液压提升流程示意图

本次顶推过程采用Midas GEN V860有限元程序仿真分析。其结构应力比分布图及结构剪应力比分布图如图6所示。提升工况中，构件最大应力比为0.27 < 1，原结构杆件最大应力比为0.07 < 1，被提升结构杆件应力比均小于1，满足要求。

根据仿真模拟验算结果，各方向的最大变形见表4，其中DXYZ变形分布图如图7所示。提升工况中结构最大综合变形16 mm。主桁架跨度36,800 mm，竖向变形为跨度的16/36,800 = 1/2300 < 1/400，满足规范要求。

图7. DXYZ变形分布图

提升下吊点计算分析

下吊具分析采用ANSYS有限元程序仿真分析，基本荷载组合：1.4 LL，其中LL为提升反力标准值。

根据GB50017-20017《钢结构设计规范》，钢材抗拉、抗压、抗弯设计值为[f] = 295 MPa。

挤压应力θ= F/A = 90 MPa < [f] = 295 MPa；两块侧板的拉应力σ= F/2A2= 84 MPa < [f] = 295 MPa。

所以，综合以上计算结果，吊具满足规范要求。提升反力分布图见图8所示：

图8. 提升反力分布图

质量控制及安全管控

质量控制要点

本项目施工过程中安排专人进行自检并作好自检记录。专业施工单位负责钢结构的施工质量，配合总包单位做好桁架安装过程中的测量和记录。实施对施工设备、工具、索具每日安全检查、维护保养，确保设备安全无故障运行。

桁架提升安装操作和指挥人员必须经过技术和安全培训，每一个作业人员必须熟知施工程序和基本性能。所有参加作业人员必须遵守施工现场各项安全规定和本工种安全操作规程。作业前明确分工，指定专人统一指挥，并在作业范围设明显的安全标志及警戒线。

整体提升前，应进行试吊，持荷≥12小时。液压提升设备、控制系统、钢绞线、吊点焊缝等应组织验收工作，检测合格后方可作业。

液压提升过程中应密切注意液压提升器、液压泵源系统、传感检测系统等的工作状态。上吊点提升平台操作区域，应当设置符合安全标准的走道和防护栏杆，可利用脚手架及跳板等搭设。

在杆件安装过程中，需要进行气割、电焊等工作，操作区域靠近钢绞线，为保证安全，应对钢绞线进行特殊保护处理。

安全管控要点

吊装作业按照专项方案要求进行，并将吊装作业区封闭，设专人加强安全警戒，防止其他人员进入吊装危险区。

施工现场应设置安全区域隔离，设置警示标志，严禁非作业人员进入现场；加强作业指挥，操作人员应按照指挥人员的信号进行作业。

提升作业前，技术人员应对作业人员进行详细的技术交底，明确作业方法、作业要求、安全措施等。钢绞线在安装施工前，应进行全面清场，在下降过程中，应指定专人观察底锚、上下吊点、提升器、钢绞线等的工作情况，若有异常现象，直接通知现场指挥，且6级及以上大风和雨雪天气，不得进行提升施工。

结语

本项目采用的有限元仿真模拟结合液压同步提升施工技术，动荷载小，利于施工成本控制，液压提升器锚具具有逆向运动自锁性，操作安全，通过计算机人机界面的操作，实现提升单元整体提升安装工艺中所需要的同步提升、空中姿态调整等特殊要求。

根据本项目验收结果，液压提升模型及提升平台模型符合实际情况，构件应力比和变形均满足要求，结构安全，保障了整体提升过程的稳步进行，为未来同类工程的实施提供了相应的指导思路和施工经验。