施工用大型支撑结构钢平台自提升技术

 姚  苇1，余运波1，张守贵1，冯  锋1，唐鹏举1，金晓飞2，张天翼3

 （1．中建钢构有限公司，广东  深圳  518040；2．中建一局集团公司总承包公司，北京  100161；3．西南交通大学土木工程学院，四川  成都  610031）

[摘要]在使用大型支撑结构进行钢结构施工时，对标高不同的构件进行安装时需要对这些大型支撑结构进行升降，这样不仅耗时费力，在起重设备吊装半径覆盖不到的地方进行这类大型支撑结构的升降更是困难重重。施工用大型支撑结构自提升技术有效避免了以上弊端，通过在国内西南某国际机场新建T3A航站楼建设过程中的实践应用，证明施工用大型支撑结构自提升技术可靠实用，保证了安装进度，节约了施工成本。

[关键词]钢结构；支撑结构；钢平台；自提升；施工技术

[中图分类号]TU974  [文章编号]1002-8498(2016)11-0008-04

1工程概况

 某国际机场新建T3A航站楼位于西南某市，南北方向长约1060m，东西方向长约750m，总建筑面积50万m2，建筑高度48m。主楼钢结构屋盖使用空间双曲面钢网架结构，天窗带采用立体桁架、铸钢节点，网架结构共使用杆件约3.6万件，球节点约1万件，铸钢件780余件；钢结构总用量约1.8万t，工程面积大、体量大。

 本工程中心区域网架采用高空滑移法安装，滑移单元焊接涂装后通过滑移支撑结构沿轨道滑移至安装位置与钢柱连接固定，整个滑移区域的网架分为10个滑移块依次进行。由于网架为空间曲面造型，滑移支撑结构钢平台每次滑移完成后都需进行高度调整，调整后最大高差为10m。

 本工程使用的支撑结构圆管柱截面为ф609×14，钢平台主梁采用HM588×300×12×20规格H型钢，次梁采用H450×300×8×14和H350×250 x8×14规格H型钢，水平支撑管采用ф377×12和ф203×8圆钢管，斜撑管采用ф377×12和ф219×8圆钢管（见图1）。单个支撑结构重约250t，顶部钢平台整体重约100t。

2  自提升支撑结构设计

2.1  现有支撑结构升降方法缺点

 现有支撑结构的升降、调整主要依靠机械和大量人工，方法过于原始，费时费力。现有支撑结构的主要缺点如下。

 1)大型支撑结构高度的调整需要机械配合，单靠人工无法完成，增加了机械台班用量，措施量大，效率低，成本高。

 2)在特殊施工环境下，施工机械难以到达指定位置，即便使用大型设备，经常也是困难重重。

 3)大型支撑结构的钢构件经多次焊接割除后易对钢材强度造成损坏，施工安全不能保证，同时增加了施工耗材的用量。

2.2设计思路

 目前，钢结构安装工程普遍采用一次性焊接支撑结构作为钢结构安装的支撑体系，由于现在的钢结构工程高度越来越大、跨度越来越大，致使安装过程中用到的支撑结构也越来越大、越来越高。特别是在安装过程中运用到滑移和提升等比较先进的安装技术时，对支撑结构的要求更高。所以，这些大型支撑结构的安拆工作量无异于一项小型钢结构工程。传统上一般采用焊接和切割的方法进行支撑结构高度的调整以及结构的安拆工作。该方法费时费力，效率低，且效果不佳。使用本结构体系，可以快速便捷地进行这类大型支撑结构的高度调整以及安拆工作，提高工作效率。

 为解决上述问题，针对大型支撑结构升降过程中措施量大，机械、人力消耗较多，制作完成了自提升支撑结构。在支撑结构顶部加装提升架，以可靠人力安拆的手拉葫芦作为动力，支撑结构顶部钢平台即可依靠此提升装置实现自身高度的调节。为减少整个提升过程的安拆量，滑移胎架立柱采用法兰螺栓连接的标准节，钢平台与立柱之间采用螺栓连接。滑移胎架斜杆采用可转动的销轴与立杆连接，依靠插销的方式改变斜撑管长度，采用由带螺纹的圆钢和两端的螺帽组成的插销。

2.3提升动力系统选择

为方便人工安拆，考虑采用可靠人工安拆的手拉葫芦作为提升动力。本工程支撑结构钢平台重100t。为方便施工，将钢平台分为3个可独立升降的单元。每个单元重100/3= 33. 4t。每个独立小单元设置6个提升点，即每个提升点需要的提升动力为334/6=55. 7kN。考虑乘以1.5的不均匀系数，以此来抵消钢平台升降过程中由于各提升点速度不一致而产生的附加荷载。因此，每个提升点实际提升动力为55.7×1.5=83. 5kN。因此，选用型号为10t的手拉葫芦。

2.4各节点改装（见图2）

 节点改装流程为：顶部提升装置→可伸缩斜撑管→斜撑管与立柱连接节点→斜撑管与平台梁连接节点。

3  滑移胎架钢平台设计计算

3.1计算模型

 滑移胎架采用专业的钢结构计算分析软件进行计算，计算模型如图3所示。

 柱底约束条件：所有柱底采用x向间隙约束，间隙为5mm，即节点有5mm允许位移，若位移>5mm，则开始提供约束反力；z向刚性约束；与助动器相连的柱底增加y向刚性约束。

 节点约束为：除柱顶面铰接，操作平面上檩条与主梁连接处为铰接约束外，其余各处均为刚接约束。操作平面的约束布置如图4所示。

3.2材料计算参数

 胎架钢材为Q235b，计算模型中材料具体参数为：弹性模量E=2.06×1011N／m2，泊松比μ=0.3，密度p=7 850kg/m3。

3.3荷载取值

 网架荷载取值：本工程滑移单元组装和滑移全过程中，滑移胎架所承受网架荷载作用，选取最不利的单元滑移时1个胎架所承受的网架荷载（网架自重约400t，有3个滑移胎架支承）进行计算，荷载数值如图5所示。

 滑移过程中，距离胎架纵边最近的网架支撑点压力较大，施工时应通过在檩条上设置分配梁的方式传递到相邻的3根檩条上。支撑压力由3根檩条共同承担。分配梁布置如图6所示。分配梁架设于距离荷载最近的檩条及其两侧2根檩条上。

 荷载经过分配梁分配后，此网架区域的荷载施加位置如图7所示。

 施工活荷载取值：操作平面上施加0.5 k N/m2的均布施工荷载。

3.4计算结果

 由胎架验算应力比分布图可知，最大应力比为0. 855；胎架位移如图8所示。胎架验算结果满足规范要求。

4技术实施

4.1  滑移胎架支撑结构组装及自提升施工

 滑移胎架按先底部后顶部的顺序进行安装。

4.2  滑移胎架试滑移试验

 通过理论计算分析，确认网架在滑移胎架顶部组拼时，滑移胎架满足承载力要求。在滑移胎架安装完成后，采用试滑移方法对滑移胎架进行动荷载试验。

 试验步骤为：①对滑移胎架进行全面检查，确保滑移胎架安装质量达到允许施工条件；②对滑移胎架进行试滑移，试滑移行程控制为250mm。

 试滑移启动时，对单个滑移胎架3个滑靴同时施加平稳均匀动力，滑移速度控制在8 m/h，试滑移过程中滑移胎架运行安静平稳，作业人员位于滑移胎架旁边无震颤感觉，试滑移成功。

4.3钢平台自提升操作要点

 本工程支撑钢平台分为3个可独立升降的单元。自东向西依次编号为A，B，C。钢平台提升总的顺序也依次按照A，B，C进行（见图9）。

 1)操作要点1  在每根支撑立柱上部安装提升架。在提升架安装完成后将起重量为10t的手拉葫芦挂钩穿过提升吊耳固定，葫芦吊钩穿过正下方位于主梁上的吊耳固定，调节倒链，绷直拉紧。

 2)操作要点2拆除A号块中所有主梁与钢支撑立柱的连接以及斜撑杆的插销螺帽。4～5～6立柱之间的主梁与其垂直方向主梁间的螺栓连接保留。用葫芦将A号块提升至要求标高，就位后，进行高强螺栓的安装和支撑立板的焊接，斜撑杆插销螺帽拧紧固定，A号块提升完成。B，C号块的提升同上。

 3)操作要点3  提升完成后，采用高精度全站仪进行钢平台标高复测。校核是否满足施工要求。

 4)操作要点4  校核完成且满足要求后，拆除手拉葫芦及提升装置，提升完成。

 支撑结构顶部钢平台高度降低的操作要点与提升一致。

4.4  钢平台提升注意事项

 1)手拉葫芦的型号需根据钢平台实际质量选取适宜型号，建议所选手拉葫芦质量能由人力搬运安装为宜；且每个支撑结构所选用的手拉葫芦应保证型号和规格一致。

 2)钢平台提升过程中须保证每个提升点的作业人员配置对讲机，由专人统一指挥，保证提升速度一致。

 3)支撑结构每次调整完成后需检查各螺栓节点是否固定拧紧，满足要求。

4.5解决的现场技术问题

 1)升降方便，减少措施投入，提高了钢材的循环使用周期，降低施工成本。

 2)解决了楼板承载力不足、不能使用起重设备进行辅助升降的问题，能够完全依靠人力进行大型支撑结构的升降作业。

5  结语

 通过在某国际机场新建T3A航站楼工程中的实践，3个分别重约250t的大型滑移支撑结构均能够完全由人力进行钢平台标高调整的升降作业，提高了这类大型支撑结构的高度调整和安拆效率，相比于传统的方法，更安全、快速、便捷，减少了机械成本、措施成本、劳动力成本，有效提高施工的经济效益。其他工程同样可以参考这种思路，按照实际需求对此类大型支撑结构加以改造利用。