大跨度桁架提升工装的设计

大跨度桁架提升工装的设计

周骧明

上海建工四建集团有限公司上海201803

摘要：通过分析诸多提升工艺的施工实例，根据实际现场工况来设计、计算、选择、安装合适的提升工装，是提升施工能否顺利实施的重要因素。在充分考虑周边结构已有条件，确保结构稳定、施工安全、缩短工期、降低成本的前提下，设计最合理的提升工装，并计算分析提升前、中、后各阶段的应力、应变情况，是保证提升施工顺利的关键。本文即为在特殊工况下提升大跨桁架的提升工装的设计及相应计算分析，可供类似工程进行参考。

关键词：桁架提升；工装设计；变形分析

Designofliftingequipmentforalargespantruss

ZhouXiangming

ShanghaiConstructionNo.4（Group）Co.，Ltd.Shanghai201803

1.引言

随着国家文化、体育事业的大力发展，大空间开放式建筑要求被设计出来。相应其大跨桁架的安装及提升工艺亦愈来愈多地被成熟应用。

作为桁架提升的重要因素，提升工装的设计及计算分析是方案是否可行的基本要求。

2.工程概况

余杭文化艺术中心项目地处杭州余杭临平新城核心区，在建大剧院建筑体（含大小剧院、展览中心）、过街天桥及项目附属设施、广场等。项目总建筑面积128932.70㎡，其中地上建筑面积72537.40㎡，地下建筑面积56395.30㎡。

桁架长72.5m（中心线），高4.5m（上弦表面至下弦表面），弦杆截面Box700x700x80x80，两侧补强PL-80钢板，宽度300mm，通长布置，上下2道；腹杆H700x300x25x30，材质均为Q420GJC。

3.桁架提升技术路线

由于本工程2榀大跨桁架重量重、跨度大、净空高、且直接影响两端劲性剪力墙及屋面钢构的安装进度。因此，桁架的安装施工方案需在确保桁架本身的强度及受力安全的同时，兼顾降低对周边相关结构施工的影响，并充分考虑到所投入的经济措施成本，从而在满足设计要求的同时，达到质量、安全、经济、进度的最优平衡点。

根据本工程的结构形式及特点，大跨桁架两侧为刚度极大的1.2m（其中劲性钢结构0.8m宽）、高30m的冰裂缝劲性剪力墙，下方为+5.650m的悬挑钢平台。为降低施工措施费用，拟在两端冰裂缝劲性墙体上安装提升平台，钢桁架散件形式在+5.650m钢平台上拼装焊接成整榀（+5.650m悬挑钢平台需提前设置支撑架使其成为稳定框架结构）。具体技术路线如下所示：

1）两榀大跨桁架于+5.650m钢平台上拼装完毕。

2）于两侧冰裂缝劲性结构上安装提升工装。

3）安装提升设备、钢绞线、吊具等。

6）第一榀桁架的提升设备及钢绞线暂不拆除。

7）安装第一榀桁架与周边结构相连的屋面钢梁。

8）同样方式逐榀提升第二榀桁架。

9）暂不拆除第二榀桁架的提升设备及钢绞线。

10）安装两榀桁架之间的连接钢梁。

11）拆除提升工装、设备等。

提升平台前斜撑、横杆规格为B450x25，提升梁规格为B600x450x25，立柱规格为B500x450x25，后拉杆1/2规格为H450x450x10x15，稳定杆规格为H250x250x9x14。

所有临时措施材质均为Q345B。提升平台各杆件之间均采用焊接连接，焊缝均采用熔透焊缝，焊缝等级二级，加劲板采用角焊缝连接。

提升梁详图如下：

提升单元在整体提升过程中主要承受自重产生的垂直荷载。本工程中根据提升上吊点的设置，下吊点分别垂直对应每一上吊点设置在待提升的单元弦杆的上翼缘上。

2）变形分布

MODEL

屈曲分析控制

特征值

最小屈曲系数为64>1，满足要求。

4.2.2下吊具计算分析

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

经计算，405t下吊具节点最大应力为340MPa（底锚接触边缘很小部分应力集中），其节点大部分应力在251MPa以下，最大变形为0.79mm。整个计算模型符合设计要求。

5.提升工装设计的合理性分析

由于该项目的2榀大跨桁架单榀重达450t、桁架高4.5m、安装高度+30.650m、跨度达72.5m，中间无任何结构支撑，且桁架正下方有楼层结构，故考虑到投入成本、工程进度、实际工况，最终确定采取提升工艺进行安装施工。

本工程大跨桁架两侧提升点不比常见的已成形结构，是两面宽仅1.2m（其中劲性钢结构0.8m宽）、高30m的劲性剪力墙，因此对提升工艺的选择、提升工装平台的设计以及对劲性墙体的变形影响有着更高的限制及要求。同时，因桁架跨度达72.5m，若需在跨中设置辅助提升用的高达30m以上贝雷架提升点，则需对地基进行额外加固，且措施用钢量机械设备及劳动力投入极大，对施工成本及工期造成极大的影响。

因此，在充分统筹考虑到已有原结构的基础上，进行合理的规划设计，经过充分的计算验证，在桁架两端的劲性剪力墙上设置鹰嘴型的提升工装平台，逐榀提升大跨钢桁架，及时安装榀间连接钢梁，并辅以正确必要的施工措施，使得该工程大跨度桁架能安全、按期、保质、经济地顺利完成提升施工。

经测算，若采用下方设置支撑架的传统方式，需投入约120t钢材、大型吊机台班及必要的地基处理措施（涉及约147万人民币费用）；若采用贝雷架提升点的方式，需投入约105万人民币的各类设备租赁、材料采购、安装费用，且工期较长，带来其他各类隐形损失。而在充分利用原有结构，经模拟计算分析后设置针对性强的提升工装，采用优化合理的提升方案后，合计投入约68万人民币，且对周边其他相关结构的施工影响降到了最小，达到了良好的工效及经济效益。

通过在已有结构上安装提升平台、工装杆件、下吊具等针对性极强且有效的提升工装设计，既避免了设置提升贝雷架等措施投入，又能充分利用现有结构进行提升受力计算，在施工技术路线的设计上为较好的合理性选择。

6.结束语

背景项目由于需要一个超大开放式空间进行今后大型文艺活动的表演舞台，设计了非常有特点冰裂缝钢构立面及72m大跨钢桁架，给安装施工难度、技术策划、进度安排等带来了许多困难。

因此，选择提升工艺来安装大跨钢桁架，并通过一系列计算分析设计了针对性极强的提升工装，即确保了桁架提升的安全进行，有效降低了工装措施所需的用钢量，且对已完成结构的不利影响在可控范围之内，又大大缩短了整体施工工期，为其他类似提升项目的工装设计提供了一套可行、优化的方式和一系列工程示范经验。

参考文献：

[1]周小二．钢桁架整体提升施工技术．北京：北京兴电国际工程管理有限公司，2015．

[2]徐飚．屋顶钢桁架液压整体提升施工技术．上海：上海建工一建集团有限公司，2014．

[3]成海荣．大跨度钢结构门廊桁架整体液压提升技术．上海：上海建工一建集团，2012