异形曲面钢结构高空液压顶推施工工法.docx
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异形曲面钢结构高空液压顶推施工工法
异形曲面钢结构高空液压顶推施工工法
工法编号:
编制单位:
中建一局集团第一建筑有限公司
主要执笔人:
李鸿豪,吴春桃,稽雪飞,王明章,石良
1前言
随着建筑业的发展,钢结构的应用愈发广泛,尤其是在建筑设计追求“新、奇、异”的现代设计大背景下,各类高空钢结构设计日益增多,对钢结构的施工安装带来了新的挑战。
在高空钢结构拼装领域,传统的垂直散件吊装拼装工艺已无法满足施工需求。
上海市黄浦区卢湾65号地块(南区)发展项目的高空异形曲面指廊钢结构,依据工程特点,采用液压同步顶推滑移施工工艺,有效解决了钢结构异形曲面施工难度大、高空拼接精度差、散件吊装效率低、工作面受限难以施工等问题。
2工法特点
2.0.1本工法通过分步累计顶推滑移技术,可以解决高空钢结构悬挑段安装问题,同时,避免在钢结构下部搭设支撑脚手架,以免影响拟建结构下部其他工种的施工。
2.0.2与传统的液压爬行滑移相比,本工法所采用的顶推滑移,结构动力由摩擦力替换为顶推力,传力路径直接,并且无需制作专用的滑移轨道,施工措施量减小,精确度提高
2.0.3本工法通过采用液压同步滑移施工技术和计算机同步控制及传感检测系统,精确控制异形曲面网状钢结构同步滑移及纠偏,确保安装过程的精确性与安全性。
液压推进器与被推移结构通过销轴连接,传力途径非常直接,启动过程中无延时,反力点为步进顶紧式接触,不会在滑移过程中产生相对滑动,所以同步控制效果更好。
2.0.4本工法可实现异形钢结构曲面的滑移安装。
通过在滑移轨道上设置不同间距的侧向挡板,通过分段式顶推,可实现顶推曲线滑移。
通过在滑移系统上设置吊杆,吊杆与钢结构的边梁进行连接固定,吊杆的底标高可根据钢结构边梁的标高进行设置,将指廊曲线空间问题,转化为平面圆弧问题,从而实现异形曲面钢结构的整体滑移。
3适用范围
本工法适用于施工精度较高、高空拼装、具有至少一对平行边的异形曲面钢结构施工安装。
4工艺原理
4.0.1异形曲线滑移路径的分解。
通过在滑移单元上设置不同高度的竖向吊杆,来完成竖直平面内的曲线滑移路径;通过设计水平滑移轨道的弧度,并在滑移系统上根据滑移线路进行不等距限位挡板设置,来完成水平曲线的滑移路径。
由竖直平面与水平平面内的曲线滑移路径,可以合成三维空间内的异形曲线滑移路径,从而保证异曲面滑移的可行性。
4.0.2通过液压顶推,分块累积滑移的方法,实现整个钢结构的滑移安装。
采用计算机模拟计算划分滑移单元,确定滑移顺序;安装好滑移轨道梁后,依据滑移顺序依次拼装滑移单元,顶推滑移至设计位置,待全部钢结构滑移拼装完成后,卸载固定,完成安装。
4.0.3滑移过程与精度控制。
采用计算机同步控制和传感检测系统,通过总线控制、主控制器、液压顶推器的三级控制,实现对系统中每一个液压顶推器的独立实时监控和数据调整,依据数据反馈和控制指令传递,实现同步动作、曲线顶推、姿态矫正、偏移矫正、应力控制、过程显示等功能。
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
5.2施工操作要点
5.2.1施工准备
1结构建模与受力计算
利用建模计算软件对结构进行建模,进行结构稳定性分析,结构的应力比分布分析,整体变形分析(拼装时进行预起拱或者就位后调整变形的依据),结构支座反力的计算(复核原结构支座处承载力),各滑移工况验算。
依据结构各项受力分析、设计图纸、现场工况对滑移单元进行划分。
2临时结构措施安装
滑移临时措施利用竖向支撑构件设置,竖向支撑构件立于钢结构构件或混凝土梁上。
滑移梁选用H200×200×8×12的H型钢(每2000mm设置1组加劲板,板厚t=8mm),吊架之间的联系杆选用[10的双拼槽钢。
在支撑构件处设置支撑牛腿,规格同滑移梁,钢结构构件通过滑移吊架悬挂于两侧的滑移梁上,滑移吊架与滑移梁接触位置设置滑移底板,滑移底板直接在滑移梁顶面滑移。
临时措施材料材质均为Q345B。
滑道系统如下图所示
图5.2.1-2-1滑道系统
本工法滑移单元可直接利用滑移梁进行滑移滑移,即以滑移梁作为滑移轨道。
轨道的侧挡板采用规格为-20×30×100mm的钢板,材料材质均为Q235B,沿滑移轨道两侧对称设置,净间距为120mm,沿滑移方向间距430~450mm不等。
滑道侧挡板布置详见下图如下图所示。
5.2.1-2-2轴侧挡板平面布置图
5.2.2滑移系统调试
液压顶推滑移系统安装完成后,按下列步骤进行调试:
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顶推器之间电源线、通讯电缆的连接是否正确。
3检查液压泵站与液压顶推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,截止阀编号和液压顶推器编号是否对应。
6检查行程传感器,使就地控制盒中相应的信号灯发讯。
7启动液压泵站,调节一定的压力,伸缩液压顶推器主油缸:
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。
5.2.3分级加载试滑移
待液压顶推系统设备检测无误后开始试滑移。
开始试滑移时,液压顶推器伸缸压力逐渐上调,依次为所需压力的20%,40%,在一切都正常的情况下,可继续加载到60%,70%,80%,90%,95%,100%。
滑移单元开始有移动时暂停顶推作业,保持液压顶推设备系统压力。
对液压顶推器及设备系统、结构系统进行全面检查,在确认整体结构的稳定性及安全性绝无问题的情况下,才能开始正式顶推滑移。
5.2.4钢结构单元拼装滑移
1结构单元拼装滑移流程
序号
步骤
图示
1
第一步:
在拼装胎架上,拼装第一榀框架,并安装滑移轨道、吊架、联系杆、顶推装置等。
绿色部分为散装好的框架,红色为拼装的第一榀框架。
2
第二步:
将拼装好的第一榀框架顶推滑移,滑移行程为框架的宽度,预留第二榀框架拼装位置。
灰色部分为滑移后的第一榀框架。
3
第三步:
拼装第二榀框架,并安装滑移吊架、联系杆。
红色为拼装的第二榀框架,灰色为滑移后的第一榀框架。
4
第四步:
按照以上流程,依次拼装滑移剩余的各个框架。
红色部分是最后一榀滑移框架,滑移后,中间预留两榀框架空间,后续进行嵌补。
5
第五步:
此时累积滑移已完成,校正后进行焊接,再进行卸载工作,拆除滑移轨道、滑移吊架、联系杆等辅助措施。
6
第六步:
利用塔吊进行中间嵌补段的高空散装,并进行焊接。
红色部分是嵌补段。
至此整个累积滑移施工完成,隐蔽验收合格后,进行防火涂装作业。
2曲线滑移同步性控制
滑移平面路径为曲线时,滑移轨道两侧滑移路程不同,滑移单元各点线速度与角速度均不相同。
本工法通过传感检测与计算机同步控制系统实时收集滑移结构的位移、受力、速度等信息,通过信息反馈同步下发指令至液压顶推系统,调整各滑移顶推点的液压顶推器推力,以完成曲线滑移的同步控制与自主纠偏。
同时,操作人员在中央控制室通过液压同步计算机控制系统人机界面进行液压顶推过程及相关数据的观察和控制指令的发布,确保滑移过程的精确度与安全性。
3防卡轨措施
水平滑移过程中,为防止出现“卡轨”和“啃轨”现象的发生,将滑移支座前端(滑移方向)设计为锥面形式,通过以上设计,可以有效防止滑移支座与两侧滑道侧壁顶死—“卡轨”,以及滑移底板因滑道不平整卡住—“啃轨”的情况出现。
具体形式如下图所示。
图5.2.4-3-1滑移支座平面图
图5.2.4-3-2滑移支座1-1剖面图
4结构卸载
结构滑移就位后,根据工况模拟和卸载方案进行分级卸载,安装完成。
结构卸载及不同单元连接时,需考虑温度影响,不宜在午间卸载、安装。
6材料与设备
6.1主要设备配置
主要设备配置见表6.1。
表6.1液压同步滑移系统主要设备配置表
序号
名称
规格
型号
设备单重
数量
1
液压泵源系统
15kw
XY-BY-15
1t
1台
2
液压顶推器
50t
XY-HY-50
0.2t
2台
3
高压油管
31.5MPa
标准油管箱
4箱
4
计算机控制系统
32通道
XY-KZ-01
1套
5
传感器
锚具、行程、油压
2套
6
对讲机
摩托罗拉
2台
7
全站仪
2″
2台
8
经纬仪
2″
2台
6.2主要材料配置
主要材料配置见表6.2。
表6.2液压同步滑移系统主要材料配置表
序号
名称
规格
单位
型号
备注
1
H型钢
H200*200*8*12
mm
Q345B
滑移梁,滑移吊架等
2
钢板
-20*50*100
mm
Q345B
滑移吊架,顶推耳板
3
钢板
-25*80*400
mm
Q235B
滑移底板
4
钢板
-20*30*100
mm
Q235B
轨道侧挡板
5
槽钢
[10
m
Q235B
吊架联系杆
7质量控制
7.1本工法质量检查和验收所执行的主要规范、标准见表7.1。
表7.1本工法主要相关规范
序号
名称
编号
1
钢结构工程施工质量验收规范
GB50205-2001
2
钢结构设计规范
GB50017-2003
3
钢结构焊接规范
GB50661-2011
4
钢结构工程施工规范
GB50755-2012
5
空间网格结构技术规程
JGJ7-2010
7.2壳体单元拼装对接点的质量控制
7.2.1安装端固定时的温度点作为温度基准点,在安装的当天,选择与固定时的时间温度点悬殊不大的时段进行组对。
7.2.2在安装前,用全站仪对两侧已经安装好的构件轴线进行精密测量,发现超标误差,马上进行校核,以免对接处就位的时间过长。
7.3卸载质量控制
网壳型钢结构卸载必须根据体系卸载内力分析制定详尽的卸载方案。
采用同步、分级、等比的卸载方法,将体系分为几个卸载区,各个区的卸载协调进行。
7.4滑道侧挡板的质量控制要求
7.4.1为保证滑道侧挡板与顶推支座之间有足够的接触面,滑道侧挡板的设置形式应严格按照图纸设计形式安装。
7.4.2滑道侧挡板与滑道、滑移梁的焊缝高度应满足设计要求,满足抵抗顶推反力的使用要求。
7.4.3所有滑道上的侧挡板的起始安装位置应在同一轴线位置处,并在每条轴线位置处重新设置起始点,以减小累积误差,满足滑移同步性的要求。
7.4.4同一滑道两侧的侧挡板安装误差应小于1mm,相邻滑道侧挡板的间距误差应小于3mm。
8安全措施
8.0.1在顶推作业进行前,必须对顶推系统进行全面检查,包括液压顶推器,泵站,油管,控制系统等,及时排除安全隐患。
若在顶推过程中发生故障,应严格按照应急方案处理。
8.0.2所有施工人员要对施工方案及工艺进行了解、熟悉,在施工前必须逐级进行安全技术交底,交底内容针对性强,并做好记录,明确安全责任,班后总结;
8.0.3现场安全设施齐备,设置牢靠,施工中加强安全信息反馈,不断消除施工过程中的事故隐患,使安全信息及时得到反馈;
8.0.4顶推器在安装时,高空应铺设安装、操作临时平台,地面应划定安全区,应避免重物坠落,造成人员伤亡;滑移过程中,应指定专人观察滑移梁、滑移轨道、顶推点、顶推器等的工作情况,若有异常现象,直接通知现场指挥。
8.0.5在施工过程中,施工人员必须按施工方案的作业要求进行施工。
如有特殊情况进行调整,必须通过一定的程序以保证施工过程安全。
8.0.6在结构整体液压同步滑移过程中,注意观测设备系统的压力、荷载变化情况等,并认真做好记录工作。
8.0.7在液压滑移过程中,测量人员应通过测量仪器配合测量各监测点位移的准确数值。
8.0.8液压滑移过程中应密切注意液压顶推器、液压泵源系统、计算机同步控制系统、传感检测系统等的工作状态。
8.0.9现场无线对讲机在使用前,必须向工程指挥部申报,明确回复后方可作用。
通讯工具专人保管,确保信号畅通。
8.0.10大风、大雨雪天不得从事露天高空作业,施工人员应注意防滑、防雨、防水及用电防护。
不允许雨天进行焊接作业,如必须,需设置卡靠的挡雨、挡风蓬,防护后方可作业。
8.0.11易燃、易爆有毒物品一定要隔离加强保管,禁止随意摆放。
施工现场焊接或切割等动火操作时要事先注意周围上下环境有无危险,清除易燃物,并派专人监护;
8.0.12施工用电、照明用电按规定分线路接线,非电气人员不得私自动电,现场要配备标准配电盘,现场用电要设专职电工。
电缆的敷设要符合有关标准规定;
9环保措施
9.0.1建立健全施工现场环保管理规章制度,并认真贯彻执行。
9.0.2详细调查施工中可能存在的影响环境的因素,有针对性地制定切实可行的保护措施
9.0.3尽量避免夜间施工,防止噪声污染影响居民生活,如需要进行夜间施工,必须提前向业主和上级主管部门进行申请。
9.0.4对主要噪声源如吊车等采用有效的吸音、隔音材料施作封闭隔声屏,同时,夜间施工严禁大声喧哗,装卸物料及码放时轻拿轻放,最大限度地减少噪声扰民。
9.0.5在焊接过程中所产生的废料等,要及时清理。
9.0.6对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的应对措施,加强实施中的监测、分析、优化。
10效益分析
10.0.1本工法与传统高空散件拼装工艺相比,采用模块式单元拼装整体滑移作业,减少了大量高空吊装工作,有效缩短建设工期,极大地提高施工精度。
有效解决了场地受限问题,减少了吊车等起重设备的使用,施工产生的振动、噪音等公害也得到了最大限度的降低。
此工法的推广应用为类似工程的规划建设提供了可靠的决策依据和建设指标,将有效促进高空钢结构施工的技术进步,社会效益和环境效益显著。
10.0.2本工法采用的液压顶推滑移施工工艺与传统液压爬行滑移系统相比,其传力途径直接,滑移过程中不会产生相对滑动,同步控制效果更好,精确度更高。
同时,传统液压爬行滑移系统的滑移轨道主要为钢轨,措施量大,本工法滑移轨道可采用槽钢、滑移梁(钢梁)等,措施量相对较小,经济效益明显。
本工艺的应用将极大提高类似钢结构工程的施工质量,有效降低施工成本,刺激钢结构设计理念、施工技术的进步,更为有效地利用社会资源。
11应用实例
11.1上海市黄浦区卢湾65号地块(南区)发展项目指型天窗钢结构安装
11.1.1工程概况
上海市黄浦区卢湾65号地块(南区)发展项目占地面积24002㎡,建筑面积190867㎡,地下室5层,地上裙房6层,塔楼31层,主体高度161.1m,本工程天窗钢结构位于各个裙房之间,共由2个部分组成,分别为蘑菇天窗、指形天窗。
开工时间为2013年12月27日,竣工时间为2017年12月18日。
11.1.2工法应用
该工程位于城市繁华地段,施工场地狭小,周边无法布置起重机械。
部分指型天窗结构位于塔吊吊重范围外,且结构悬挑外伸,传统的散拼工艺难以施工。
因此根据现场实际情况采用液压推进滑移方法安装指型天窗钢结构。
轴线B3~B1轴线方向的指型天窗钢结构共划分为6个滑移单元(如图11.1.2-1),每个滑移单元宽度约为4105mm,最重分块重量约为5t。
滑移施工时在B2~B3线之间设置6m×11m的拼装平台,并分别在BB轴和BD轴利用天窗吊挂柱各设置一条通长的滑道,单条滑道长度约为22m,顶面标高+32.411m。
滑移时由B3线向B1线方向滑移,拼装时,各滑移单元按照B1轴线到B3轴线的顺序依次拼装滑移。
图11.1.2-1滑移单元划分
11.1.3效益分析
应用本工法后,避免了周边起重机械的布置问题,下部无需搭设约30米高的支撑脚手架,节约大量工期与人工。
同时,结构单元为预拼装后整体滑移,避免了高空散拼作业,施工难度降低,施工精确度提高,整体工期缩短取得了良好的经济效益。
图11.1.3-1滑移挡板图11.1.3-2滑移挡板布置
图11.1.3-3滑移轨道图图11.1.3-4滑道系统
图11.1.3-5滑移胎架图11.1.3-6胎架上拼装
图11.1.3-7滑移单元拼装完成图11.1.3-8竖向吊架安装
图11.1.3-9分步累积滑移1图11.1.3-10分步累积滑移2
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