超大型构件液压同步提升施工工法.docx
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超大型构件液压同步提升施工工法
超大型构件液压同步提升施工工法
1.前言
南安市位于闽南地区是海西高速发展一支重要城市，也是全国有名的石材、陶瓷、通讯器材、消防器材等知名品牌的故乡，拥有会展中心地标性建筑做为展示魅力南安平台尤为重要。
福建成功国际会展中心工程1#、2#、3#馆为一体的单位工程，地下一层、地上两层，总建筑面积58654m2,,纵向总长度为363m、横向最大长度约100m,2#、3#展馆部分建筑高度为21m、1#馆建筑高度为34m..屋面钢结构采用桁架形式。
该工程我公司做为施工总承包单位，屋面钢结构安装也是我公司主项资质。
由于该项目做为一项公共建筑、地方标志性建筑，也是泉州市政府的重点工程，为此结构设计安全等级高、施工质量要求高。
鉴于该工程质量的重要性、施工难度大等特点在我司派有相关经验的高级工程师组成的管理团队进行攻坚克难，技术创新的理念形成桁架吊装方案〔主桁架分成三个大段，其中两端段桁架用汽车吊逐个安装、中间段采用双榀钢桁架整体液压同步提升技术。
并将该吊装方案通过专家组进行论证分析确保施工安全得到保障，施工质量到达优良标准。
2.工法特点
（1）钢结构主要的拼装、焊接及油漆等工作在地面的拼装胎架上进行，可用塔吊进行散件吊装，施工效率高，施工质量易于保证；
（2）钢结构的施工作业集中在地面上，对其它专业的施工影响较小，且能够多作业面平行施工，有利于项目总工期控制；
（3）通过钢结构的整体吊装，将高空作业量降至最少，加之液压提升作业绝对时间较短，能够有效保证钢结构安装的总体工期；
（4）液压提升设备设施体积、重量较小，机动能力强，倒运和安装方便，不因场地而受到限制；
（5）整体提升、后装杆件安装及整体落位过程中，钢结构提升单元可利用液压提升系统设备长时间在空中精确悬停，并在提升过程中构件保持平稳的提升姿态，同步控制精度高有利于施工时实施操作；
（6）提升上吊点等主要临时结构利用永久结构设置，加之液压同步提升动荷载极小的优点，可以使提升临时设施用量降至最小，且省去大型吊机的作业，有利于施工成本控制。
（7）液压提升器通过液压回路驱动，动作过程中加速度极小，对被提升设备及提升框架结构几乎无附加动荷载〔振动和冲击〕。
3.适用范围
适合在工业厂房、房屋建筑、大型公共建筑、仓储等钢结构屋面工程。
4.工艺原理
采用液压提升器作为提升机具，柔性钢绞线作为承重索具。
液压提升器为穿芯式结构，以钢绞线作为提升索具，有着安全、可靠、承重件自身重量轻、运输安装方便、中间不必镶接等一系列独特优点。
液压提升器两端的楔型锚具具有单向自锁作用。
当锚具工作〔紧〕时，会自动锁紧钢绞线；锚具不工作〔松〕时，放开钢绞线，钢绞线可上下活动。
液压提升过程见图所示，一个流程为液压提升器一个行程。
当液压提升器周期重复动作时，被提升重物则一步步向上移动。
5.工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
“双榀桁架整体提升”施工工艺如下：
“双榀桁架整体提升+滑移”施工工艺如下：
注：
整体提升:
将提升单元桁架拼装在其正投影的下方地面上拼装为整体；
（2）整体提升+滑移：
将提升单元在其正投影的下方偏移3000mm的地面上拼装为整体；
在每榀桁架断开处下弦杆设置一个吊点，共4组提升吊点，利用提升梁设置提升平台〔上吊点〕；
（3）在提升平台上安装液压提升系统，包括液压泵源系统、液压提升器、传感器以及钢绞线等；
（4）在已拼装完成的桁架提升单元对应上吊点的位置安装吊具〔下吊点〕结构；
（5）调试液压同步提升系统，并对钢绞线进行张拉，使得钢绞线均匀受力；
操作要点
5.2.1提升平台设置及桁架加固
根据工程的结构特点、结合液压同步提升吊点设计原则，主要从安全性、稳定性、对设计的影响程度以及制作、安装提升吊点临时措施方便的角度出发，同时考虑尽量减小临时措施用量利用桁架结构预装部分上弦杆设置提升平台〔材料规格详见安全计算书〕。
图5.2.1-1液压提升上吊点模型
图5.2.1-2液压提升+滑移上吊点模型
图5.2.1-3桁架提升加固设置
平台现在制作：
图5.2.1-4液压提升平台焊接
图5.2.1-5塔吊配合对液压提升平台安装
5.2.2液压提升设备安装
提升器系统
本工程选用的液压提升器的型号为YS-SJ-45型，其额定提升重量为45t。
共计4台。
提升器外形尺寸为：
φ240×1200mm，重0.185吨；
每台YS-SJ-45型液压提升器标准配置3根钢绞线，额定提升能力为45t。
钢绞线作为柔性承重索具，采用高强度低松弛预应力钢绞线，抗拉强度为1860MPa，单根直径为17.80mm，破断拉力不小于36t。
桁架结构提升单榀设置2组吊点，每个吊点设置1台液压提升器。
单个吊点的提升最大反力值为19t。
每台YS-SJ-45型液压提升器穿2根钢绞线。
单根钢绞线的最小安全系数为：
36×2/19=3.8>2.5，满足使用要求。
提升地锚及吊具采用配合设计和试验的规格。
图5.2.2-1YS-SJ型液压提升器
滑移动系统
滑移装置及工作原理和液压提升器类似，只是减少了地锚装置，并将滑移装置水平放置与滑移轨道上设置的反力点固定。
在平台上设置导轨，并将垂直方向及水平方向提升器底部设置滑块置于轨道中。
在滑移过程中可在轨道内涂抹润滑油，使得滑移过程更加平稳。
垂直及水平方向提升器的连接采用专用工具锚固定连接
滑移方向
图滑移装置原理
泵源系统
桁架单元提升共设置2台YS-PP-15型液压泵源系统，置于地面吊点附近位置。
泵源系统外形尺寸为：
1.2×1.1×3m，重1.5吨；
每台泵源系统4～5米范围内需提供15KW电源〔电缆要求10平方以上，配电箱空开不小于50安培〕；
图5.2.2-3YS-PP-15型液压泵源系统
泵源系统及提升器需配合人员和吊机进行安装。
提升器加固
液压提升器利用塔吊直接安装在提升平台上，安装到位后，利用临时固定板固定，临时固定板形式如下所示：
提升器临时固定板详图
提升专用锚环固定板详图
注：
提升器及专用锚环固定板技术要求：
（1）先按图纸制作好固定板〔每台提升器4块〕，A、B面用打磨机打磨光滑，使之能卡住提升器底座；
（2）将固定板紧靠提升器底座，C面同下部结构焊接，焊接时不得接触提升器底座；
（3）地锚固定板技术要求同提升器。
图9临时固定板现场使用图片
电气同步控制系统
电气同步控制系统由动力控制系统、功率驱动系统、传感检测系统和电脑控制系统等组成。
电气控制系统主要完成以下两个控制功能：
集群提升器作业时的动作协调控制。
无论是提升器主油缸，还是上、下锚具油缸，在提升工作中都必须在电脑的控制下协调动作，为同步提升创造条件；
各点之间的同步控制是通过调节液压系统的流量来控制提升器的运行速度，保持被提升构件的各点同步运行，以保持其空中姿态。
液压同步提升施工技术采用行程及位移传感监测和电脑控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。
操作人员可在中央控制室通过液压同步电脑控制系统人机界面进行液压提升过程及相关数据的观察和〔或〕控制指令的发布。
电源
最少按2台液压泵源系统同时使用，单台液压泵源系统需要15kW电容量，配置不小于10mm2的单根五芯电缆线。
提升过程中需要安装单位将相应的二级电源配电箱提供到液压泵源系统附近4～5米范围内。
现场提升电源从总盘箱拉设专用线路，以确保提升作业过程中，以上专用电源的不间断供电。
5.2.3导向架制作及安装
在液压提升器提升或下降过程中，其顶部必须预留长出的钢绞线，如果预留的钢绞线过多，对于提升或下降过程中钢绞线的运行及液压提升器天锚、上锚的锁定及打开有较大影响。
所以每台液压提升器必须事先配置好导向架，方便其顶部预留过多钢绞线的导出顺畅。
多余的钢绞线可沿提升平台自由向后、向下疏导。
导向架安装于液压提升器上方，导向架的导出方向以方便安装油管、传感器和不影响钢绞线自由下坠为原则。
导向架横梁离天锚高约1.5～2米，偏离液压提升器中心5～10cm为宜。
具体可在现场用角钢或脚手管架临时制作。
尺寸见图。
导向架尺寸图
图5.2.3液压提升装置及导向架安装完成
5.2.4专用地锚的安装
每一台液压提升器对应一套专用地锚结构。
地锚结构安装在提升下吊点专用吊具的内部，要求每套地锚与其正上方的液压提升器、提升吊点结构开孔垂直对应、同心安装。
5.2.5钢绞线的安装
穿钢绞线采取由下至上穿法〔暂定〕，即从液压提升器底部穿入至顶部穿出。
应尽量使每束钢绞线底部持平，穿好的钢绞线上端通过夹头和锚片固定。
待液压提升器钢绞线安装完毕后，再将钢绞线束的下端穿入正下方对应的下吊点地锚结构内，调整好后锁定。
每台液压提升器顶部预留的钢绞线应沿导向架朝预定方向疏导。
5.2.6液压管路连接
（1）连接油管时，油管接头内的组合垫圈应取出，对应管接头或对接头上应有O形圈；
（2）应先接低位置油管，防止油管中的油倒流出来。
液压泵源系统与液压提升器间油管要一一对应，逐根连接；
（3）依照方案制定的并联或串连方式连接油管，确保正确，接完后进行全面复查。
5.2.7控制、动力线的连接
（1）各类传感器的连接；
（2）液压泵源系统与液压提升器之间的控制信号线连接；
（3）液压泵源系统与电脑同步控制系统之间的连接；
（4）液压泵源系统与配电箱之间的动力线的连接；
（5）电脑控制系统电源线的连接。
5.2.8提升吊点
提升吊点的具体布置原则如下：
（1）对结构的影响最小；
（2）主结构的加固措施量少；
（3）尽量靠近主结构，以减少提升临时措施用量；
根据屋面钢桁架的柱网平面布置特点及提升工艺的要求，每榀桁架布置2组吊点，每组吊点布置1台YS-SJ-45型液压提升器，每个提升单元共计4台。
提升吊点的具体示意图：
图5.2.8-3-12#馆液压同步提升吊点布置图〔黑色圆点为提升吊点〕
图5.2.8-3-23#馆液压同步提升吊点布置图〔黑色圆点为提升吊点〕
注：
2#馆第1、3、4、5组提升单元采用“整体提升”的施工工艺安装。
第2、4组提升单元由于吊点正下方有混凝土结构，需要采用“整体提升+滑移”的施工工艺安装。
3#提升思路与2#相同，即8、9、10、12组提升单元采用“整体提升”的施工工艺安装；第7、11组提升单元需要采用“整体提升+滑移”的施工工艺安装。
图5.2.8-4.1提升立面布置
图5.2.8-4.2提升下吊点
图5.2.8-4.3临时吊具图
5.2.9双榀桁架验收
图5.2.9-1液压提升原位双榀桁架现场组装焊接
图5.2.9-2桁架准备提升前的桁架验收
5.2.10提升分级加载
通过试提升过程中对桁架、提升设施、提升设备系统的观察和监测，确认符合模拟工况计算和设计条件，保证提升过程的安全。
以电脑仿真计算的各提升吊点反力值为依据，对桁架单元进行分级加载〔试提升〕，各吊点处的液压提升系统伸缸压力应缓慢分级增加，依次为20%、40％、60％、70%、80％；在确认各部分无异常的情况下，可继续加载到90％、95％、100％，直至桁架单元全部脱离拼装胎架。
在分级加载过程中，每一步分级加载完毕，均应暂停并检查如：
上吊点、下吊点结构、桁架等加载前后的变形情况，以及主楼结构的稳定性等情况。
一切正常情况下，继续下一步分级加载。
当分级加载至桁架即将离开拼装胎架时，可能存在各点不同时离地，此时应降低提升速度，并密切观查各点离地情况，必要时做“单点动”提升。
确保桁架离地平稳，各点同步。
5.2.11结构离地检查
桁架离开拼装胎架约150mm后，利用液压提升系统设备锁定，空中停留4-12小时作全面检查〔包括吊点结构，承重体系和提升设备等〕，并将检查结果以书面形式报告现场总指挥部。
各项检查正常无误，再进行正式提升。
5.2.12姿态检测调整
用测量仪器检测各吊点的离地距离，计算出各吊点相对高差。
通过液压提升系统设备调整各吊点高度，使桁架到达水平姿态。
5.2.13整体同步提升
以调整后的各吊点高度为新的起始位置，复位位移传感器。
在桁架整体提升过程中，保持该姿态直至提升到设计标高附近。
5.2.14提升过程的微调
桁架在提升及下降过程中，因为空中姿态调整和杆件对口等需要进行高度微调。
在微调开始前，将电脑同步控制系统由自动模式切换成手动模式。
根据需要，对整个液压提升系统中各个吊点的液压提升器进行同步微动〔上升或下降〕，或者对单台液压提升器进行微动调整。
微动即点动调整精度可以到达毫米级，完全可以满足桁架单元安装的精度需要。
5.2.15提升就位〔滑移定位〕
桁架提升至设计位置后，暂停；各吊点微调使各弦杆精确提升到达设计位置；液压提升系统设备暂停工作，保持桁架单元的空中姿态，后装杆件安装，使桁架结构形成整体稳定受力体系。
滑移部分：
液压提升至指定标高位置后重新进行姿态检测调整，以防未到达理想提升标高。
滑动过程原理同液压垂直垂直提升、过程微调、定位复核。
图5.2.9-1液压提升+滑移错位桁架现场组装焊接
图5.2.9-2双榀液压提升+滑移吊装完成
5.2.16设备同步卸载、拆除
待交接点焊接点验收合格后进行液压提升系统设备同步卸载，至钢绞线完全松弛；
拆除液压提升系统设备及相关临时措施，完成桁架单元的整体提升安装。
6.主要材料与机具
序号
名称
规格
型号
设备单重
数量
1
液压泵源系统
15kW
YS-PP-15
2台
2
液压提升器
45t
YS-SJ-45
4台
3
高压油管
标准油
箱
12箱
4
电脑控制系统
32通道
YS-CS-01
1套
5
专用钢绞线
φ17.80mm
1860MPa
1Km
6
传感器
锚具、行程、油压
4套
7
对讲机
摩托罗拉
3台
8
激光测距仪
徕卡
1台
7.质量控制
7.1提升前严格对设备检查及调试
调试前的检查工作：
（1）提升临时措施结构状态检查〔如详细检查所有结构的连接情况，各节点探伤检查及报验合格后才允许提升，每节点每焊缝检查，确保无漏焊，无不合格焊缝〕；
（2）设备电气、油管、节点的检查；
（3）提升结构临时固定措施是否拆除〔断开所有与地面连接的胎架及支撑〕；
（4）将提升过程可能产生影响的障碍物清除。
系统调试：
（1）检查液压泵站上所有阀或油管的接头是否有松动，检查溢流阀的调压弹簧处于是否完全放松状态。
（2）检查液压泵站控制柜与液压提升器之间电源线、通讯电缆的连接是否正确。
（3）检查液压泵站与液压提升器主油缸之间的油管连接是否正确。
（4）系统送电，检查液压泵主轴转动方向是否正确。
（5）在液压泵站不启动的情况下，手动操作控制柜中相应按钮，检查电磁阀和截止阀的动作是否正常，截止阀编号和液压提升器编号是否对应。
（6）检查行程传感器，使就地控制盒中相应的信号灯发讯。
（7）操作前检查：
启动液压泵站，调节一定的压力，伸缩液压提升器主油缸：
检查A腔、B腔的油管连接是否正确；检查截止阀能否截止对应的油缸。
7.2提升过程中的质量控制
临时结构设计的稳定性控制：
（1）与整体提升有关的临时结构设计，包括加固措施，均应充分考虑各种不利因素的影响，保证整体提升过程的稳定性和绝对安全。
（2）临时结构设计除应考虑荷载分布不均匀性、提升不同步性、施工荷载、风荷载、动荷载等因素的影响，在计算模型的建立过程以及荷载分项系数选取时充分考虑以上因素，还应该对相关永久结构的加固以及临时结构与永久结构的连接要求有充分的认识。
这样才能够保证提升过程中不出现结构安全隐患。
桁架自身的稳定性控制：
（1）桁架的设计工作状态中，在桁架结构卸载就位之前，无论在建筑造型和结构体系上都与设计状态不一致。
另外，桁架结构的提升工艺特殊性导致部分杆件无法在就位之前安装。
这些都对整体提升过程中桁架结构的稳定性带来了隐患。
（2）通过对整体提升过程各种工况的桁架结构进行分析，对提升安装过程中的结构变形、应力状态进行预先调整控制；桁架中间及端部分段在组拼时、提升之前通过加设临时支撑结构、加固构件/板件，临时改变永久结构的受力体系，到达控制局部变形和改善局部应力状态的目的，保证桁架结构在提升安装过程的稳定性和安全。
液压提升力的控制：
（1）通过预先分析计算得到的桁架结构整体提升过程中各吊点提升反力数值，在液压同步提升系统中，依据计算数据对每台液压提升器的最大提升力进行相应设定。
（2）当遇到某吊点实际提升力有超出设定值趋势时，液压提升系统自动采取溢流卸载，使得该吊点提升反力控制在设定值之内，以防止出现各吊点提升反力分布严重不均，造成对永久结构及临时设施的破坏。
空中停留的稳定性控制：
为保证桁架结构在暂停提升时的稳定性，主要从以下几个方面考虑。
（1）液压提升器自身独有的机械和液压自锁装置，保证了桁架单元在整体提升过程中能够长时间的在空中停留。
（2）桁架单元提升离地之前，应在其立柱附近，将水平限位所需的钢丝绳、卸扣和导链等预先挂好，方便随时使用。
提升过程同步控制措施
首先是液压同步提升系统设备自身设计的安全性保障。
通过液压回路中设置的液压自锁装置以及机械自锁系统，在液压提升器停止工作或遇到停电、油管爆裂等意外情况时，液压提升器能够长时间锁紧钢绞线，确保被提升结构的安全。
其次是保证液压提升系统设备的完好性，在正式提升之前进行充分的调试，以确保其在整个提升过程中能够将同步精度控制在预先设定的安全范围之内。
另外采用人工测量的方式进行辅助监控。
提升前在每个吊点下方地面上设好测量点，提升过程中每提升一段距离〔约5米〕，利用激光测距仪对每个吊点进行绝对高度测量，并进行高差比对。
当相对最大高差大于预设数值时，立即通过手动控制的方式进行调整。
提升速度及加速度控制
液压提升设备采用油压提供动力，每个提升行程由缓慢加速、减速的过程组成，整体的加速度非常小，由此保证整个提升过程的平稳。
提升设备配置提升速度可无极变速，最快可达12m/小时，本次提升过程提升速度控制在6m/小时，分级加载以及对口就位过程根据现场要求适当降低速度。
液压同步提升系统的提升速度取决于液压泵源系统的流量、锚具切换、同步精度设定、其他辅助工作所占用的时间以及整个系统工作的状况。
在本工程中，系统理论提升速度约为6m/h〔提升就位前降低提升速度〕。
液压同步提升作业过程中各点速度保持匀速、同步。
在提升的启动和制动时，其加速度取决于液压泵源系统流量及液压提升器的工作压力，加速度极小，以至于可以忽略不计。
这为提升过程中临时措施的安全性增加了保证。
压力、位移不同步防控措施
（1）提升过程按照实际压力的110%-115%调节各个点的泵源压力，保证个别或者部分点无法单独完成整体桁架的升降动作；
（2）提升加载阶段复核重量，如偏差较大需重新分析及设定泵源压力；
（3）所有提升器集群动作，每个提升行程实时进行各点位移监控，同步超差过大系统自动报警，停止提升，检查复核后方能再次启动，保证构件不会在各点不同步超差的状态下提升；
（4）根据天气预报，选取小风天气提升，大于6级风停止提升，临时风绳固定。
电脑同步、传感检测系统控制
液压同步提升施工技术采用传感监测和电脑集中控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。
拟用于本工程的液压同步提升系统设备采用CAN总线控制、以及从主控制器到液压提升器的三级控制，实现了对系统中每一个液压提升器的独立实时监控和调整，从而使得液压同步提升过程的同步控制精度更高，更加及时、可控和安全。
操作人员可在中央控制室通过液压同步电脑控制系统人机界面进行液压提升过程及相关数据的观察和〔或〕控制指令的发布。
通过电脑人机界面的操作，可以实现自动控制、顺控〔单行程动作〕、手动控制以及单台提升器的点动操作，从而到达桁架整体提升安装工艺中所需要的同步提升、空中姿态调整、单点毫米级微调等特殊要求。
电脑同步控制及传感检测系统人机操作界面见图所示。
图7.2液压同步提升电脑控制系统人机界面
7.3工程实体质量控制执行标准
表2
序号
标准名称
标准编号
1
《建筑结构荷载标准》
GB50009-2012
2
《建筑抗震设计标准》
GB50011-2012
3
《建筑抗震设防分类标准》
GB50223-2008
4
《钢结构制作安装施工标准》
Y
9254-95
5
《钢结构检测评定及加固技术标准》
YB9257-96
6
《钢及钢产品交货一般技术要求》
GB/T17505-1998
7
《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》
GB/T2975-1998
8
《建筑工程施工质量验收统一标准》
GB50300-2001
9
《钢结构工程施工质量验收标准》
GB50205-2012
10
《冷弯薄壁型钢结构技术标准》
GB50018-2002
11
《厚钢板超声波检验方法》
GB/T2970-2004
12
《无缝钢管超声波探伤方法》
GB8651-2008
13
《焊缝符号表示法》
GB324-2008
14
《建筑钢结构焊接技术规程》
JCJ81-2002
15
《钢结构焊缝外形尺寸》
GB5777-1999
16
《工程建设施工现场焊接目视检验标准》
CECS71-94
17
《手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》
GB985-88
18
《埋弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》
GB986-88
19
《钢焊缝手工超声波探伤及分级评定方法》
GB11345-2007
20
《钢熔化焊对接街头射线照相和质量分级》
GB3323-2005
21
《焊接质量保证钢熔化焊接头的要求和缺陷分级》
GB/T12469-90
22
《重型结构〔设备〕整体提升技术规程》
J11400-2009
8.安全措施
8.1重要受力进过严格进行安全计算分析
（1）提升平台计算：
结构提升吊点反力标准值为186.2kN，提升时考虑恒载系数1.35，动载系数1.05，提升器、临时吊具以及钢绞线等按照10kN考虑,提升最大反力设计值大小为
，图中尺寸为
平台计算简图
平台梁规格为B400×200×16，材质Q345B，截面特性如图：
抗弯强度〔C截面〕：
，满足设计要求；
抗剪强度：
，满足设计要求；
（2）提升平台梁计算
提升平台计算简图如下列图所示：
提升平台梁计算简图
结构提升吊点反力标准值为186.2kN，提升时考虑恒载系数1.35，动载系数1.05，提升器、临时吊具以及钢绞线等按照10kN考虑,提升最大反力设计值大小为
，图中l=5.316m，a=1.158m。
；
（3）提升平台梁验算
平台梁规格为B400×300×16，材质为Q345B,截面特性如图：
抗弯强度验算〔A截面〕：
，满足设计要求；
抗剪强度计算：
，满足设计要求；
整体稳定性计算：
提升平台梁下翼缘受压，受压翼缘的自由长度最长l1=1158mm
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